Adiabatická účinnosť

Porovnanie skutočného (1-2) a izoentropického(1-2_is) procesu kompresie v T-s a p-V diagrame

Adiabatická účinnosť (iné názvy izoentropická účinnosť, termodynamická izoentropická účinnosť) je parameter, ktorý kvantitatívne vyjadruje, ako účinne sa približuje skutočný proces v zariadení, ak je pre toto zariadenie ako najvhodnejší idealizovaný proces zvolený izoentropický (adiabatický).. Označuje sa symbolom η, pre jednotlivé typy zariadení sa zvykne k označeniu pridávať index, podľa typu zariadenia.

Adabatická účinnosť patrí do širšej skupiny parametrov definovaných ako termodynamická účinnosť. Používa sa na hodnotenie zariadení pracujúcich (s priblížením) za stacionárnych podmienok, v ktorých prebieha zväčša jeden proces a pracovná látka nevykonáva uzavretý termodynamický cyklus. Takéto zariadenia sú napríklad dýzy alebo prúdové stroje: turbíny a kompresory.

Voľba ideálneho procesu

Podmienky práce väčšiny zariadení stacionárneho prúdenia možno s priblížením považovať za adiabatické, ak je prestup tepla medzi zariadením a okolím zanedbateľne malý. Ďalej sa predpokladá, že ideálne realizovaný proces v týchto zariadeniach nebude obsahovať žiadne nevratnosti, preto sa za modelový poces vybral adiabatický vratný proces = izoentropický proces.

Výpočet adiabatickej účinnosti

Pretože rôzne zariadenia sú skonštruované na rôzny účel, definícia vzťahu pre ich adiabatickú účinnosť bude závisieť od tohoto účelu.

Adiabatická účinnosť turbín

Turbína je skonštruovaná na získanie práce z energie prúdiacej látky. Na vstupe je pracovná látka v nejakom stave na výstupe táto látka s výstupným tlakom. Adiabatická účinnosť turbíny je definovaná ako podiel efektívnej práce skutočnej turbíny k práci rovnakej turbíny, ak by proces z rovnakého vstupného stavu prebiehal izoentropicky:

η_T = ${\frac {w_{e}}{w_{s}}}$

Pri prechode prúdu pracovnej látky turbínou sa mení je potenciálna energia, kinetická energia a entalpia. Zmena prvých dvoch veličín je malá v porovnaní so zmenou entalpie, preto ju je možné zanedbať.

η_T = ${\frac {h_{1}-h_{2}}{h_{1}-h_{2s}}}$

kde:

• $h_{1}$ - entalpia látky na vstupe
• $h_{2}$ - entalpia látky na výstupe pri skutočnom procese
• $h_{2s}$ - entalpia látky na vstupe pri izoentropickom procese

V praxi veľkosť adiabatickej účinnosti okrem konštrukčného návrhu závisí aj od veľkosti turbíny. Dobre navrhnuté veľké turbíny môžu dosahovať nad 90%, malé turbíny niekedy neprekonajú ani 70%.

Adiabatická účinnosť kompresorov

Kompresor je skonštruovaný na zvýšenie tlaku prúdiacej látky, na čo je spotrebovaná práca na jeho pohon. Adiabatická účinnosť kompresora je definovaná ako podiel práce potrebnej na pohon izoentropicky pracujúceho kompresora ku prácí potrebnej na pohon skutočného kompresora:

η_K = ${\frac {w_{s}}{w_{e}}}$

Podobne ako pri turbíne je možné zanedbať zmenu potenciálnej a kinetickej energie.

η_K = ${\frac {h_{2s}-h_{1}}{h_{2}-h_{1}}}$

kde:

• $h_{1}$ - entalpia látky na vstupe
• $h_{2}$ - entalpia látky na výstupe pri skutočnom procese
• $h_{2s}$ - entalpia látky na vstupe pri izoentropickom procese

Dobre navrhnuté kompresory môžu dosahovať účinnosť v rozmedzí 75% - 85%.

Adiabatická účinnosť dýz

Dýza je skonštruovaná na urýchlenie prúdiacej látky na úkor poklesu jej entalpie. Adiabatická účinnosť dýzy je definovaná ako podiel skutočnej kinetickej energie na výstupe ku kinetickej energii, ktorá by bola dosiahnutá pri izoentropickom procese:

η_D = ${\frac {E_{Ke}}{E_{Ks}}}={\frac {c_{2}^{2}}{c_{2s}^{2}}}$

Pri prechode prúdu pracovnej látky dýzou sa potenciálna energia mení málo a nespotrebúva, ani neprodukuje sa mechanická práca. Ak je možné zanedbať rýchlosť pracovnej látky na vstupe oproti rýchlosti na výstupe platí:

$h_{2}+{\frac {c_{2}^{2}}{2}}=h_{1}+{\frac {0^{2}}{2}}$

z čoho vyplýva:

η_D = ${\frac {h_{1}-h_{2}}{h_{1}-h_{2s}}}$

kde:

• $h_{1}$ - entalpia látky na vstupe
• $h_{2}$ - entalpia látky na výstupe pri skutočnom procese
• $h_{2s}$ - entalpia látky na vstupe pri izoentropickom procese

V praxi veľkosť adiabatickej účinnosti dýz dosahuje 90% - 95%.

Pozri aj

• termická účinnosť
• izotermická účinnosť

Referencie

Fyzikálny portál