МГТУ им. Н.Э. Баумана
    оглавление | алфавитный указатель | поиск
ГЛАВА 6

6.5. Производство
энтропии в необратимых процессах
При протекании необратимых термодинамических процессов происходит возрастание энтропии. Производство энтропии в единичном объеме при протекании различных процессов можно вычислить с помощью выражения (4.78), полученного в параграфе 4.5:
Формула,(6.49)
где: - плотности термодинамических потоков, - соответствующие им термодинамические силы. Тогда производство энтропии внутри выделенного объема среды определяется с помощью формулы
Формула.(6.50)
Получим выражения, позволяющие рассчитывать производство энтропии при протекании рассмотренных выше необратимых процессов в газах: переноса теплоты (теплопроводности) и переноса импульса (вязкости). В соответствии с полученными в параграфе 6.2 выражениями, плотности термодинамических потоков в указанных процессах имеют вид:
Формула,(6.51)
Формула,(6.52)
где: и - коэффициенты теплопроводности и вязкости, и - температура и скорость течения газа соответственно.
Для рассматриваемого случая линейной термодинамики без учета взаимного влияния процессов соотношение между термодинамическими силами и потоками имеет линейную зависимость
Формула,(6.53)
где - кинетические коэффициенты, пропорциональные введенным выше коэффициентам теплопроводности и вязкости. Они имеют вид:
Формула,(6.54)
Формула.(6.55)
Тогда выражения для термодинамических сил примут форму:
Формула,(6.56)
Формула,(6.57)
а соответствующие формулы для расчета производства энтропии принимают вид
Формула,(6.58)
Формула.(6.59)
Анализ полученных выражений показывает, что при протекании необратимых процессов теплопроводности и вязкости производство энтропии является положительной величиной. Если газ находится в равновесном состоянии, которое характеризуется постоянством параметров состояния (в данном случае, если и ), то в такой среде будут отсутствовать термодинамические потоки и производство энтропии станет равным нулю.
Задача 6.3. Определить производство энтропии в газе, находящимся между двумя плоскими стенками, имеющими температуры и . Считать, что расстояние между стенками много меньше линейных размеров стенок.
Решение: Так как поток теплоты во всех точках (пренебрегая краевыми эффектами) между близко расположенными друг к другу стенками должен быть одинаковым, то в установившемся режиме на основании выражения (6.23) можно записать:
или после интегрирования
,
где константы и могут быть определены из граничных условий и . Тогда имеем:
,
.
Подстановка этих выражений в формулу (6.58) дает
.
Из полученного выражения следует, что в разных точках газа производство энтропии различно.
Производство энтропии внутри всего газа, расположенного между стенками, можно вычислить с помощью формулы (6.50):
,
где - площадь поверхности стенки.
Такой же результат можно получить и воспользовавшись для определения производства энтропии непосредственно выражением (3.52):
,
где - поток теплоты , взятый с обратным знаком:
.
Подстановка этого выражения в предыдущую формулу позволяет получить следующую формулу
,
которая полностью совпадает с выражением, полученным выше первым способом.
Copyright © 2001 МГТУ им. Н.Э.Баумана
 
Designed by krE[]Sote