Temperatura stagnacji

W termodynamice i mechanice płynów temperatura stagnacji to temperatura w punkcie stagnacji w przepływie płynu. W punkcie stagnacji prędkość płynu wynosi zero, a cała energia kinetyczna została zamieniona na energię wewnętrzną i dodana do lokalnej entalpii statycznej . Zarówno w przepływie płynu ściśliwego , jak i nieściśliwego , temperatura stagnacji jest równa temperaturze całkowitej we wszystkich punktach linii prądu prowadzącej do punktu stagnacji. Zobacz dynamikę gazu .

Pochodzenie

adiabatyczny

Temperaturę stagnacji można wyprowadzić z pierwszej zasady termodynamiki . Stosując równanie energii stałego przepływu i ignorując pracę, ciepło i energię potencjalną grawitacji, mamy:

${\ Displaystyle h_ {0} = h + {\ Frac {V ^ {2}} {2}} \,}$

Gdzie:

${\ Displaystyle h_ {0} = \,}$ specyficzna dla masy entalpia stagnacji (lub całkowita) w punkcie stagnacji

${\ displaystyle h = \,} specyficzna dla$ masy entalpia statyczna w punkcie zainteresowania wzdłuż linii prądu stagnacji

${\ displaystyle V = \,}$ prędkość w interesującym punkcie wzdłuż linii prądu stagnacji

${\ Displaystyle h = C_ {p} T}$ zakładając stałą pojemność cieplną właściwą przy stałym ciśnieniu ( ) mamy:

${\ Displaystyle T_ {0} = T + {\ Frac {V ^ {2}} {2C_ {p}}} \,}$

Lub

${\ Displaystyle {\ Frac {T_ {0}} {T}} = 1 + {\ Frac {\ gamma -1} {2}} M ^ {2} \, }$

Gdzie:

$\ Displaystyle C_ {p} = \,}$ ciepło właściwe przy stałym ciśnieniu

${\ Displaystyle T_ {0} = \,}$ temperatura stagnacji (lub całkowita) w punkcie stagnacji

${\ Displaystyle T = \,}$ temperatura (lub temperatura statyczna) w punkcie zainteresowania wzdłuż linii prądu stagnacji

${\ Displaystyle V = \,}$ prędkość w punkcie zainteresowania wzdłuż linii prądu stagnacji

$)$$Displaystyle \ gamma = \,}$ Stosunek ciepła właściwego ( , ~ 1,4 powietrze o temperaturze ~300 K

${\ Displaystyle M = \,}$ interesującym punkcie wzdłuż linii prądu stagnacji

Przepływ z dodatkiem ciepła

${\ Displaystyle h_ {02} = h_ {01} + q}$

${\ Displaystyle T_ {02} = T_ {01} + {\ Frac {q} {C_{p}}}}$

q = Ciepło na jednostkę masy dodane do układu

Ściśle mówiąc, entalpia jest funkcją zarówno temperatury, jak i gęstości. Jednak odwołując się do powszechnego założenia gazu doskonałego kalorycznie, entalpię można przekształcić bezpośrednio w temperaturę, jak podano powyżej, co umożliwia zdefiniowanie temperatury stagnacji w kategoriach bardziej podstawowej właściwości, entalpii stagnacji.

Właściwości stagnacji (np. temperatura stagnacji, ciśnienie stagnacji) są przydatne w obliczeniach osiągów silnika odrzutowego . W pracy silnika temperatura stagnacji jest często nazywana całkowitą temperaturą powietrza . Termoelement bimetaliczny jest często używany do pomiaru temperatury stagnacji, ale należy uwzględnić promieniowanie cieplne.

Kolektory słoneczne

Testy wydajności kolektorów słonecznych wykorzystują termin temperatura stagnacji , aby wskazać maksymalną możliwą do osiągnięcia temperaturę kolektora przy stojącym płynie (bez ruchu), temperaturze otoczenia 30C i padającym promieniowaniu słonecznym 1000W/m ² . Powyższe liczby to „wartości najgorszego scenariusza”, które pozwalają projektantom kolektorów zaplanować potencjalne scenariusze przegrzania w przypadku awarii systemu kolektorów.

Zobacz też

• Punkt stagnacji
• Ciśnienie stagnacji
• Całkowita temperatura powietrza

Bibliografia

• Van Wylen, GJ i Sonntag, RE (1965), Podstawy klasycznej termodynamiki , John Wiley & Sons, Inc., Nowy Jork