Первый закон термодинамики в применении к потоку газа

В технике имеется большая группа машин, в которых работа производится за счет внешней кинетической энергии рабочего тела: паровые и газовые турбины, реактивные двигатели, ракеты и др.

В процессах изменения состояния движущегося с конечной скоростью газа теплота расходуется не только на изменение внутренней энергии и на совершение внешней работы (против внешних сил), но и на приращение внешней кинетической энергии газа при его перемещении по каналу. Поэтому уравнение первого закона термодинамики для газа в дифференциальной форме получает следующий вид:

, (9.1)

где dq – подведенное удельное количество теплоты от внешних источников теплоты; du – изменение удельной внутренней энергии газа; - работа против внешних сил, называемая работой проталкивания (она не равна работе расширения газа dl); - изменение внешней кинетической энергии рабочего тела (располагаемая работа). Уравнение (9.1) не учитывает влияние гравитационных сил и предполагается, что газом не совершается так называемая техническая работа (см. 9.2).

Изменение кинетической энергии рабочего тела может происходить как в каналах постоянного сечения (трубах), так и в специальных каналах переменного сечения, называемых соплами и диффузорами.

Если при перемещении газа по каналу происходит его расширение с уменьшением давления и увеличением скорости, то такой канал называется соплом.

Если в канале происходит сжатие рабочего тела с увеличением давления и уменьшением скорости, то такой канал называется диффузором.