Термодинамические диаграммы

редактировать
Диаграмма, показывающая термодинамические состояния материала

Термодинамические диаграммы - это диаграммы, используемые для представления термодинамических состояния материала (обычно жидкость ) и последствия манипулирования этим материалом. Например, диаграмма температура– энтропия (диаграмма T – s ) может использоваться для демонстрации поведения жидкости при ее изменении компрессором.

Содержание

  • 1 Обзор
  • 2 Типы термодинамических диаграмм
  • 3 Характеристики
  • 4 Пример
  • 5 Ссылки
  • 6 Дополнительная литература
  • 7 Внешние ссылки

Обзор

Особенно в метеорологии они используются для анализа фактического состояния атмосферы, полученного из измерений радиозондов, обычно получаемых с помощью погоды. воздушные шары. На таких диаграммах значения температуры и влажности (представленные точкой росы ) отображаются по отношению к давлению. Таким образом, диаграмма дает на первый взгляд реальную стратификацию атмосферы и вертикальное распределение водяного пара. Дальнейший анализ дает фактическую высоту основания и вершины конвективных облаков или возможные нестабильности в стратификации.

Принимая количество энергии, обусловленное солнечным излучением, можно прогнозировать 2 м (6,6 футов ) температура, влажность и ветер в течение дня, развитие пограничного слоя атмосферы, возникновение и развитие облаков и условия для парящего полета в течение дня.

Главная особенность термодинамических диаграмм - это эквивалентность площади на диаграмме и энергии. Когда воздух изменяет давление и температуру во время процесса и задает замкнутую кривую на диаграмме, площадь, ограниченная этой кривой, пропорциональна энергии, которая была получена или высвобождена воздухом.

Типы термодинамических диаграмм

Диаграммы общего назначения включают:

Специфично для погодных служб, в основном используются три различных типа термодинамических диаграмм:

Все три диаграммы получены из физической диаграммы P – альфа, которая сочетает в себе давление (P) и удельный объем (альфа) в качестве основных координат. Диаграмма P – alpha показывает сильную деформацию сетки для атмосферных условий и поэтому не используется в атмосферных науках. Три диаграммы построены из диаграммы P – alpha с использованием соответствующих преобразований координат.

Не термодинамическая диаграмма в строгом смысле слова, поскольку она не отображает эквивалентность энергии и площади, это

Но из-за своей более простой конструкции она предпочтительнее в образовании.

Характеристики

Термодинамические диаграммы обычно представляют собой сеть из пяти различных линий:

  • изобары = линии постоянного давления
  • изотерм = линии постоянная температура
  • сухой адиабат = линии постоянной потенциальной температуры, представляющие температуру поднимающегося участка сухого воздуха
  • насыщенные адиабаты или псевдоадиабаты = линии, представляющие температуру поднимающегося участок насыщен водяным паром
  • коэффициент смешивания = линии, представляющие точку росы восходящего участка

градиент, сухой адиабатический градиент (DALR) и влажный адиабатический градиент (MALR). С помощью этих линий задаются такие параметры, как уровень конденсации облаков, уровень свободной конвекции, начало образования облаков. и т.д. могут быть получены из зондирований.

Пример

Путь или последовательность состояний, через которые система переходит от начального состояния равновесия к состоянию конечного равновесия, и может быть отображена графически на графике давление-объем (PV), давление- диаграммы температура (PT) и температура-энтропия (Ts).

Существует бесконечное количество возможных путей от начальной точки до конечной точки в процессе. Однако во многих случаях путь имеет значение, изменения термодинамических свойств зависят только от начального и конечного состояний, а не от пути.

Рисунок 1

Рассмотрим газ в цилиндре со свободно плавающим поршнем, находящимся наверху. объем газа V 1 при температуре T 1. Если газ нагревается так, что температура газа повышается до T 2, в то время как поршню позволяют подняться до V 2, как показано на рисунке 1, то давление поддерживается на уровне то же самое в этом процессе из-за того, что свободно плавающий поршень может подниматься, делая процесс изобарическим процессом или процессом постоянного давления. Этот путь процесса представляет собой прямую горизонтальную линию от состояния один до состояния два на диаграмме P-V.

Рисунок 2

Часто бывает полезно рассчитать работу, проделанную в процессе. Работа, выполняемая в процессе, - это область под процессом на диаграмме P-V. Рис. 2 Если процесс изобарический, то работа , выполняемая на поршне, легко вычисляется. Например, если газ медленно расширяется по направлению к поршню, работа, выполняемая газом для подъема поршня, равна силе F, умноженной на расстояние d. Но сила равна давлению P газа, умноженному на площадь A поршня, F = PA. Таким образом,

  • W=Fd
  • W=PAd
  • W = P (V2-V1)
рисунок 3

Теперь предположим, что поршень не мог двигаться плавно внутри цилиндра из-за статического трения о стенки цилиндра. Если предположить, что температура повышалась медленно, вы обнаружите, что технологический путь не является прямым и больше не изобарическим, а вместо этого подвергнется изометрическому процессу, пока сила не превысит силу трения, а затем подвергнется воздействию изотермический процесс возврат к состоянию равновесия. Этот процесс будет повторяться до достижения конечного состояния. См. Рисунок 3. Работа, выполняемая над поршнем в этом случае, будет отличаться из-за дополнительной работы, необходимой для сопротивления трению. Работа, выполненная из-за трения, будет разницей между работой, выполненной на этих двух технологических путях.

Многие инженеры сначала пренебрегают трением, чтобы создать упрощенную модель. Для получения более точной информации высота наивысшей точки или максимальное давление, превышающее статическое трение, будет пропорциональна коэффициенту трения, а наклон, возвращающийся к нормальному давлению, будет таким же, как при изотермическом процессе, если температура был увеличен с достаточно низкой скоростью.

Другой путь в этом процессе - изометрический процесс. Это процесс, при котором объем поддерживается постоянным, что отображается вертикальной линией на диаграмме P-V. Рис. 3 Поскольку поршень не движется во время этого процесса, никакой работы не ведется.

Ссылки

Дополнительная литература

  • Справочник по метеорологическому прогнозированию для парящего полета Техническая нота ВМО № 158. ISBN 92-63-10495-6 особенно глава 2.3.

Внешние ссылки

Викискладе есть материалы, связанные с термодинамическими диаграммами.
  • www.met.tamu.edu/../aws-tr79-006.pdf Очень большое техническое руководство (164 страницы), как пользоваться диаграммами.
  • www.comet.ucar.edu/../sld010.htm Курс по использованию диаграмм в Comet, «Совместной программе оперативной метеорологии, образования и Обучение '.
Последняя правка сделана 2021-06-11 08:32:30
Содержание доступно по лицензии CC BY-SA 3.0 (если не указано иное).
Обратная связь: support@alphapedia.ru
Соглашение
О проекте