Termodynamik - Åt vilket håll går flödet?

(a) Ångan flödar från vänster till höger. (b) Effektutgången är 317.9 kJ/kg.

Hur tar man reda på åt vilket håll det går? Hittade inget liknande i kursmaterialet och efter två veckors googling hittade jag ekvationen som jag använde, men... som inte kändes helt logisk.

@JonisTV, är du säker på att ångan flödar från vänster till höger? Trycket till höger är ju 10 ggr. högre än till vänster så rimligtvis borde väl ångan flöda från höger till vänster. Vi kan ju ställa upp energibalansen för systemet, där vi försummar kinetiska och potentiella energetiska effekter och antar steady-state:

$\displaystyle 0=\sum_{\text{inlets}}H^\text{in}\dot{m}^{in}-\sum_{\text{outlets}}H^{\text{out}}\dot{m}^{\text{out}}+\dot{W}_S$

där entalpierna är de specifika entalpierna och $W_S$ är "skaftarbetet" som den roterande axeln bidrar med. Eftersom det är steady state har vi ingen massackumulering så $\dot{m}^{\text{in}}=\dot{m}^{\text{out}}$ och vi har

$\displaystyle \dot{W}_S=\left(H^{\text{out}}-H^{\text{in}}\right)\dot{m}$

Vi får alltså att tidsderivatan av arbetet är negativt, vilket innebär att systemet generar arbete. Detta innebär att ångan går från höger till vänster, inte från vänster till höger. Om vi hade velat höja trycket (gå från vänster till höger) hade vi behövt komprimera gasen vilket hade krävt ett arbete.

Tillägg: 22 okt 2025 00:46

EDIT: detta är rent illustrativt och gäller endast om vi antar att sidan med högre tryck är inlet och sidan med lägre tryck är outlet.

Tack snälla för bra och tydligt svar som var lätt att följa!

Som jag antydde i min kommentar tror jag strikt sett inte att frågan går att besvara. Får vi veta någonting om vad det där skaftet gör? Problemet är att det inte går att veta på vilken sida fluiden kommer in och på vilken sida den kommer ut. Utan att veta detta går det inte att veta om skaftet uträttar ett arbete på fluiden (någon snurrar det) eller om fluiden uträttar ett arbete på skaftet...

Nej, det enda man får veta är det som visas i bilden och det man kan ta fram genom Steam Tables. I min lilla hjärna fattar jag egentligen inte hur man kan konstatera att det arbete går in eller ur från power shaft.

Ekvationen som jag utgick ifrån sa att man kan avgöra flödet ifrån vilken sida som har högre entropi (entropin kommer alltid att öka), men det hade ju lika gärna kunnat vara energi utifrån genom power shaft som fick oss dit? Tror inte jag tänkt rätt där heller, har använt specifik entropi från Steam Tables.

Ska läsa ditt svar igen noggrannare, det lät vettigt.

Eller så är svaret att man inte kan veta!

Ekvationen som jag utgick ifrån sa att man kan avgöra flödet ifrån vilken sida som har högre entropi (entropin kommer alltid att öka)

Jag tror vi är ute på extremt djupt vatten om vi börjar tala om entropi. Jag tänker bara högt nu, så någon får gärna inflika om jag talar i nattmössan.

För det första är entropin för ett system endast definierad vid jämvikt och är för system av enkel karaktär (ett system som är homogent, isotropt, oladdat, så stort att yteffekter kan försummas och som inte påverkas av några kraftfält) en funktion av $U$, $V$ och $N_1,...,N_r$ (substansmängder). För ett mer komplicerat system (som detta) är entropin en funktion av många fler termodynamiska koordinater. Jag är osäker på hur man ens skulle kunna bestämma någon entropi eller entropiskillnad eftersom det finns så många oberoende (okända) variabler man skulle behöva. Kontentan av det hela är att även om vi visste exakt vilka termodynamiska koordinater entropin berodde på (vilket vi inte gör) så är fluiden inte ens i jämvikt någonstans. Skulle du kunna länka källan du fick din ekvation ifrån? Det finns ju det man brukar kalla för "den allmänna entropibalansen" men det är en ganska suspekt ekvation (i min mening, lite oklart exakt hur den ska användas) och den är inte tillämpbar här eftersom vi inte vet hur irreversibel den här turbinen/kompressorn är.

För det andra är det bara sant för ett isolerat system (vilket detta inte är) att $dS\ge 0$ då processen tar systemet mellan två jämviktstillstånd. Om vi ser universum som ett isolerat system har vi garanterat $dS\ge 0$ även då flödet är från lågt tryck till högt tryck. Det "entropiska priset" betalas helt enkelt någon annanstans.

Sammanfattningsvis tror jag helt enkelt att det saknas information för att besvara frågan.