Energiehaushalt in einem lebhaften Fluss

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Ein der Schwerkraft unterworfener Hohlraum wird mit einer zunächst gleichmäßig temperierten Flüssigkeit gefüllt. Anfänglich sind alle Grenzen adiabatische Oberflächen; zum Zeitpunkt T = 0 Zwei gegenüberliegende Grenzen (in Rot und Blau dargestellt) beginnen mit der exakt gleichen Rate, Wärmeenergie in das System einzuspeisen/aus dem System zu extrahieren ( Q Quelle = – Q Waschbecken ). Eine Turbine entzieht dem System Energie und wandelt die kinetische Energie der Auftriebsströmung, die durch die Wärmeeinspeisung und -entnahme erzeugt wird, in Elektrizität um.

Die ursprüngliche Frage war: Wie wird sich die Durchschnittstemperatur dieses Systems im Laufe der Zeit entwickeln?

BISHERIGE ANTWORTEN (aus anderen Quellen): Eine vereinfachte Analyse würde darauf hindeuten, dass die Durchschnittstemperatur gleich bleibt, da Wärmeeinspeisung und -extraktion identisch sind. Dies würde (fälschlicherweise) implizieren, dass die von der Turbine entzogene Energie durch die Auftriebsströmung auf magische Weise in den Systemen erscheint.

Eine richtige Antwort, basierend auf dem zweiten Hauptsatz der Thermodynamik, zeigt an, dass in einem solchen Fall die Energie aus der inneren Energie des Fluids stammen muss. Es ist merkwürdig, dass die Flüssigkeit in diesem System trotz der identischen Wärmeeinspeisung/-entnahme einen Abfall der Durchschnittstemperatur proportional zur entnommenen elektrischen Energie erfährt. Tatsächlich wandelt die kalte Flüssigkeit, wenn sie von der Schwerkraft mitgerissen auf den Boden des Systems fällt, ihre potenzielle Energie in kinetische Energie um, die dann in Wärme umgewandelt wird (dh eine Erhöhung der inneren Energie als Temperatur und Druck), was eine ordnungsgemäße Erhaltung zeigt Energie im Fluss. Wenn die Turbine einen Teil der kinetischen Energie in Strom umwandelt und diese dem System entzieht, verringert sie tatsächlich die innere Energie des Fluids, daher die Verringerung der Durchschnittstemperatur.

Irgendwelche zusätzlichen Gedanken?

Haben Sie eine Idee, wie Sie dieses Problem lösen können, zunächst ohne die vorhandene Turbine (um die Temperatur- und Geschwindigkeitsprofile der Flüssigkeit in der Kammer als Funktion der Zeit zu erhalten).
BowlOfRed, danke, dass du darauf hingewiesen hast. Ja, es wird ein Temperaturfeld sein. Ich meinte die Durchschnittstemperatur des Systems (Frage wurde bearbeitet, um dies zu beheben).

Antworten (1)

Ein paar Gedanken:

  • Die Situation, wo Q S Ö u R C e = − Q S ich N k Wenn es eine stromerzeugende Turbine in der Mischung gibt, ist das eine erstaunlich spezielle Situation, die in den meisten realen Situationen nicht vorkommt. Daher sollte es nicht überraschen, dass die Situation kontraintuitiv ist.
  • Während eindeutig etwas mit Energie (wie die thermische Temperatur der Flüssigkeit) diese Energie an die Turbine abgeben muss, müssen mehr als die höchsten Antworten auf die genauen Besonderheiten dieser bestimmten Turbine und deren physischer Form eingehen diese bestimmte Zelle, weil es schnell mathematisch komplex werden wird!
  • Die an die Turbine verlorene Energie ist nicht von Wärmeverlusten durch andere Wände als die Senke zu unterscheiden. Die einzige Möglichkeit, den Unterschied zu erkennen, besteht darin, dass sich die Turbine offensichtlich nicht dreht, wenn kein thermischer Gradient vorhanden ist.
  • Sie würden sich schwer tun, eine solche Vorrichtung herzustellen, die in irgendeiner Weise effizient ist, also könnten wir in erster Linie wahrscheinlich die Auswirkungen der Turbine von Hand wegwinken und die "einfache" Antwort geben.

Letztendlich denke ich, dass der Schlüssel zum Problem darin besteht, dass Q-Quellen und Q-Senken sich überhaupt nicht um die Temperatur kümmern, daher ist es keine große Sache, dass das Ergebnis ihrer Operation die Temperatur senkt. Eine praktische Quelle und Senke werden wahrscheinlich realistischere Verhaltensweisen aufweisen und daher wahrscheinlich nicht so kontraintuitiv sein.

Energiehaushalt in einem lebhaften Fluss
AntwortenHierDatenschutz-Bestimmungen1y, 0v