Procese ireversibile legate de curgerea fluidului real

Procese ireversibile legate de curgerea fluidului real

Transportul fluidului real prin conducte

Se considera ca prin conducta circula un gaz perfect(Fig. 4.12), adica fara  viscozitate si fara inertie, fara coeziune si aderenta fata de peretii conductei. In acest caz viteza va fi aceiasi in orice punct al sectiunii de curgere. Peretii conductei fiind izolati, gazul nu face schimb de caldura cu exteriorul (entropia nu variaza, S₁=S₂) si conducta nu opune nici o rezistenta gazodinamica.

Daca gazul poseda viscozitate si aderenta fata de pereti, viteza este variabila in sectiune. Forta de frecare datorita viscozitatii este:

unde:

h- viscozitate dinamica (N·s/m²);

S_f - suprafata de frecare (m²);

Dw/Dn)- variatia vitezei fata de normala la perete sau gradient de viteza. Forta de frecare va provoca o pierdere de energie mecanica in masa  de fluid in curgere (DL_f), care se va transforma ireversibil in caldura de frecare:

Q_f = DL_f.

In ipoteza ca peretii constructiei sunt termoizolanti, aceasta caldura va provoca cresterea entropiei fluidului (DS>0). La inversarea sensului de curgere a gazului, caldura nu este recuperata, ci apare din nou frecarea in curentul de fluid, care va aduce la aparitia caldurii de frecare, entropia va creste din nou irevesibil - punand astfel in evidenta ireversibilitatea transportului de fluid real (cu viscozitate).

Pierderea de energie mecanica se determina in hidromecanica cu relatia:

unde

- viteza medie de curgere;

l- coeficient de pierderi dependent de regimul de curgere.

Scriind caldura de frecare ca provenind din lucrul mecanic tehnic de frecare:

rezulta ca dp<0, adica in timpul curgerii fluidului real prin conducta presiunea se micsoreaza(p₂<p₁); deci, pentru curgerea gazului este necesar ca intre capetele conductei sa se aplice o diferenta finita de presiune. Se poate spune ca transportul fluidului real sub diferenta finita de presiune este un proces ireversibil, adica cu crestere de entropie .

Laminarea

Este un proces care apare in cazul cand conducta prezinta stangulari. Aceste strangulari se datoresc unor dispozitive de comanda(robinete, diafragme, ventile de laminare).

In stangulare, viteza w este mai mare decat in sectiunea  libera a conductei, ceea ce face ca pierderea de energie mecanica sa fie mai mare (DL ~ w²).

In fata si in spatele strangularii se formeaza zone de vartejuri prin care se disipeaza energie ce ar fi putut fi transformata in energie mecanica utilizabila. Frecarile din strangulare influenteaza asupra proprietatilor fluidului in acelasi mod cu transferul de caldura.Considerand peretii conductei izolati in zona strangulata, procesul este numit "laminare adiabatica". Ecuatia bilantului energetic este: Q_f - L_f =DI

Dar caldura de frecare Q_f provine dintr-o pierdere de energie mecanica L_f:  Q_f = L_f, rezulta astfel ca DI =0;  i₁ = i₂ =i= ct.

Asadar, laminarea adiabatica este un proces izentalpic (i=ct).

Pierderea de energie este mult mai mare decat in conducta libera, datorita vitezei mai mari de curgere si turbioanelor din aval si amonte de strangulare. Pentru gaze:

rezulta:

Energia mecanica pierduta sub forma de frecari interne si frecari  de pereti este regasita sub forma de caldura, care provoaca cresterea ireversibila a entropiei gazului cu viscozitate finita, deci laminarea gazelor reale este un process reversibil.