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Thermal and Hydraulic Machines

Thermodynamics Review

Introduction

A fluid machine is a system that converts energy by means of a working fluid.

  • Motor Machines
    • Fluid energy ➜ shaft work
    • (turbine)
  • Operating Machines
    • Shaft work ➜ fluid energy
    • (compressor)

Primary energy sources

  • Chemical energy (combustion process)
  • Hydraulic energy (head)
  • Solar energy
  • Wind energy
  • Tidal energy
  • Renewable sources
  • Bio-masses (alternative source)
  • Geothermal energy (hot springs)
  • Nuclear energy (fission)

Fluid machines classification

  • Thermal Machines
    • p ≠ const
    • Thermal phenomena are relevant
  • Hydraulic Machines
    • p = const
    • Negligible thermal phenomena
  • Turbomachines
    • Dynamic actions (flowing fluid)
    • Negligible heat exchanges
  • Volumetric Machines
    • Pressure actions (fixed fluid mass)
    • Heat exchanges

Fluid machines

Thermal machines Hydraulic machines Operating machines Volumetric compressors Volumetric pumps Motor machines Internal combustion engines Positive displacement motors Turbo-machines Gas and steam turbines Turbopumps and fans Turbo-compressors Hydraulic turbines

Thermal and Hydraulic Machines

Thermodynamics Review

Introduction

A fluid machine is a system that converts energy by means of a working fluid.

Motor Machines

  • Fluid energy ⇒ shaft work (turbine)

Operating Machines

  • Shaft work ⇒ fluid energy (compressor)

Primary energy sources

  • Chemical energy (combustion process)
  • Hydraulic energy (head)
  • Solar energy
  • Wind energy
  • Tidal energy
  • Renewable sources
  • Bio-masses (alternative source)
  • Geothermal energy (hot springs)
  • Nuclear energy (fission)

Fluid machines classification

Thermal Machines

  • p≠const
  • Thermal phenomena are relevant

Hydraulic Machines

  • p≈const
  • Negligible thermal phenomena

Turbomachines

  • Dynamic actions (flowing fluid)
  • Negligible heat exchanges

Volumetric Machines

  • Pressure actions (fixed fluid mass)
  • Heat exchanges
Fluid machinesThermal machinesHydraulic machinesOperating machinesVolumetric compressorsVolumetric pumpsMotor machinesInternal combustion enginesPositive displacement motorsTurbo-machinesGas and steam turbinesTurbopumps and fansTurbo-compressorsHydraulic turbines

System

Work interaction

mass interaction

heat interaction

Open System

  • ≠ const

  • (mass interaction might happen)

Closed System

  • = const

  • (Fixed mass)

Isolated System

  • = const

  • ̇ = 0 , ̇ = 0

Properties

Thermodynamic properties are the quantities whose numerical value does not depend on the history of the system, as the system evolves between two different states.

Extensive Properties

V [m³] = V₁ + V₂ + V₃ + V₄

V = Σ Vₐ

V = ∫ᵐₑₘ dV

Intensive Properties

ₐ , ₐ specific volume

Vₐ / mₐ = ₐ

dV = ₑ dm

V = ∫ᵐₑₘ dm = ⋅ m

only for homogeneous systems

State

The state of a system is a condition of it, as described by its properties.

A system is said to be at steady state if none of its properties changes with time.

Process

When any of the properties of a system changes, its state changes and it is said to have undergone a process from an initial to a final state.

Lagrangian vs Eulerian Approach

Lagrangian Approach

  • Closed system

Eulerian Approach

  • Open system

Closed Systems

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I contenuti di questa pagina costituiscono rielaborazioni personali del Publisher Aldo1957 di informazioni apprese con la frequenza delle lezioni di Thermal and hydraulic machines e studio autonomo di eventuali libri di riferimento in preparazione dell'esame finale o della tesi. Non devono intendersi come materiale ufficiale dell'università Politecnico di Torino o del prof Misul Daniela.
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