열 동 력

열 동 력 제2장 열역학 Review 건국대학교 기계공학과 박 정 규

1-2 제1법칙과 개방시스템 (The First Law and The Open System) PE1 + KE1 + IE1 + FE1 + ▵Q =PE1 + KE1 + IE1 + FE1 + ▵WSF PE = 위치에너지 = mz g/gc gc :conversion factor KE = 운동에너지 = m (VS2/2gc) 32.2 lbm‧ft/(lbf‧s2) IE = 내부에너지 = U 1.0 kg‧m(N‧s2 ) Q = net heat added = QA - | QR | Wsf = net steady-flow mechanical work done by the syst . = Wby - | WON |

수학적으로 정상유동일 단위 질량에 대해서 여기서 u= 비 내부 에너지 = u/m, v=비체적 =v/m

The Enthalpy H= U + PV h= u + pv (1-1b) 를 H 를 이용하여 다시 정리하면

1-3 제1법칙과 폐쇄시스템(The First Law and The Closed System) U1 + ΔQ = U2 + ΔWnf ΔQ = ΔU + ΔWnf Δq = Δu + Δwnf ΔWnf (monflow work) : 1. Closed(폐쇄) rigid tank ΔWnf = 0 ΔQ = U2 + U1 = ΔU 2. 피스톤 뒤에서 유체가 팽창하는 절연된 실린더 ΔQ = 0 ΔWnf = U1 - U2 = -ΔU

1-4 사이클 (The Cycle) ΔU = U1 - U1 = 0 ΔQnet = QA - |QR| = Δwnet (For cycled)

1-5 성질관계(Properties Relations) 완전가스(Perfect gas) 여러과정에 대한 완전가스의 Property관계는 Table1-3에 주어진다. 완전(또는 이상)가스는 어느 상태에서도 완전 가스에 대한 상태 방정식을 따른다. PV = mRT Pv = RT pV = mR0T 불완전 가스(Imperfect gas) 완전가스가 매우 압축됐을 때 임계점과 비교해서 크게 냉각됐는지와 같이 분자가 서로 큰힘을 발휘할 만큼 가까이 있을 때 완전기초 방정식 변형이 필요하다. PV = mZRT Z : comprossibility factor generalized compressibility chart(Fig.1-3) reduced prossurePr = P / Pc reduced tempTr = T / Tc

증기(vapor) steam table(App. AHF) -> saturated liquid, saturated vapor, superhented vapor T-s, P-v & h-s diagram quality x h = hf + xhfg, v= vf + xvfg, s = sf + xsfg Subcooled liquids Subcooled 액체는 주어진 압력에서 포화온도 밑의 온도에 있는 것 (ex : 70℉ if saturated 0.36292 psia, 14.696psia 이므로 compressed 됐다) Subcooled liquid의 데이터는 주어진 온동서의 포화액인것처럼 압력은 무시해서 구할 수 있다.

1-6 열역학 제 2 법칙 (The Second Law of Thermodynamics) 두 개의 역사적 서술 (제2법칙) 1. Kelvin-Plank Statement 한 열원으로부터 열교환을 하고 무게를 올린 것 외에는 다른 영향을 끼치지 않는 사이클로 작동하는 기구를 구축할 수 없다.

2. Clasius Statement 사이클로 작동하고 찬 물체로부터 뜨거운 물체로 열을 전달하는 것 외에 다른 영향을 끼치지 않는 기구를 구축하는 것은 불가능하다.

1-7 The Concept of Reversibility reversibility(가역성)는 1824년 Sadi Carnot에 의해서 소개되었다. carnot은 제2법칙 기초와 사이클 개념을 소개한 사람이다. Reversibility는 프로세스에 응용한다.사이클은 모든 이 프로세스들이 가역적(reversible)이면 reversible이 될 수 있다.사이클 내에서 하나의 비가역 과정은 전 사이클을 비가역적으로 만든다. 가역과정(reversible process)은 첫 장소에서 일어났던 같은 경로를 통해서 전에 교환된 같은 열과 일을 시스템 또는 주변에 restore하는 이상적인 과정. 말할 것도 없이 실제 세계에는 가역과정(이상적 과정)은 존재하지 않는다.실제과정은 비가역적이다.그렇지만 비가역성의 정도는 processes 사이에서 변한다.자연에는 많은 irreversibility source가 있다.이들은 마찰(friction), 열전달(heat transfer), 쓰로틀링(throttling), 혼합(mixing)이다.

Friction 기계마찰은 베어링에서 회전하는 축의 경우와 같이 기계적 일이 열로 소멸된다.같은 양의 열을 베어링에 더했을 때 축이 회전하는 것을 기대하는 것은 불가능하다. 다른예 (손을 문지르는 것) 유체마찰(Fluid friction)은 기계적 마찰과 유사하다.피스톤과 터빈을 통해 유체가 팽창할 때 내부 마찰을 겪는다.이로인해 유용한 일의 대가로 가열로 에너지가 소비된다.유체는 일을 적게 하고 배기가 더 높은 온도에서 배출된다.더 비가역적일수록 더 큰 가열 효과가 있고 더 적은 일을 한다. 열전달(heat transfer) 높은 온도와 낮은 온도 사이에서 일이 없다면 가용에너지를 잃어버린다.온도차가 크면 클수록 availability를 더 많이 잃어버리고 reversibility가 더 크다.

쓰로틀링(Throttling) 높은 압력에서 낮은 압력으로 유체의 제어되지 않은 팽창일이 행하여지지 않고 좁은 opening을 통한 열전달은 무시할 만하다.결과적으로 높은 kinetic energy는 유체의 엔탈피를 원래 값으로 restore하기 위해서 유체마찰로 소멸된다. H1 = H2, 엔탈피가 일정한 유체마찰의 형태, ‘Joule-Thompson 팽창!’ Throttling은 낮은 압력 영역에서 높은 압력없이 되돌릴 수 없기 때문에 비가역이다.이상적으로 일어날 수 있는 일을 하지 않았기 때문에 얻을 수 있는 일을 잃어버렸다. throttling에 압력차가 크면 클수록 availability를 크게 잃고 비가역성이 더 크다. 혼합(mixing) 두 개 또는 2 이상의 분리된 유체나 가스는 서로 혼합되거나 확산할 수 있도록 만들어 졌을 때 외부 도움없이 unmix 할 수 없다. 경계를 넘어서 일어나는 것(External irreversibility) 기계적 마찰, 열전달 경계내에서 일어나는 것(Internal irreversibility) 유체마찰, 쓰로틀링, 혼합

1-8 엔트로피의 개념 (The Concept of Entropy) 엔트로피(1865년 Clausius에 의해서 소개된)는 압력, 온도, 내부에너지, 엔탈피와 같은 성질(property)이다. 단위는 J/K이고 비 엔트로피(specific entropy)는 J/(kg,k)이다. 유사성은 nonflow 일과 맺어진다.

1-9 카르노 사이클 (The Carnot Cycle) (1) 1 - 2 : reversible adiabatic compression (2) 2 - 3 : reversible constant - temperature heat addition (3) 3 - 4 : reversible adiabatic - expansion (4) 4 - 1 : reversible adiabatic heat rejection

열 동 력

열 동 력

Presentation Transcript