Bilanzierung offener Systeme

Zusammenfassung

Ein offenes thermodynamisches System besitzt im Gegensatz zum geschlossenen System mindestens einen Eintritts- oder einen Austrittsquerschnitt, über den ein Massenstrom fließt. Im allgemeinen Fall strömen in das Bilanzgebiet (offenes System) N _i Massenströme Ṁ _i ein und N _j Massenströme Ṁ _j aus. Die offenen Systeme haben in der Technik große Bedeutung. Beispiele für offene Systeme sind Pumpen, Verdichter, Turbinen, Reaktoren, Wärmeübertrager, Dampferzeuger, ganze Anlagen, wie Kraftwerke, aber auch ein Stromröhrenabschnitt (Rohrleitungsabschnitt), Bilder 22 und 23. Für die offenen Systeme stellt man, ausgehend von den Erhaltungssätzen, Massen- und Energiebilanzen auf. Hierzu grenzt man einen geeigneten Kontrollraum, das Bilanzgebiet, ab. Die zweckmäßige Wahl der Bilanzgrenze ist von der Aufgabenstellung und der Verfügbarkeit der Bilanzgrößen an der gewählten Grenze abhängig. Beispielsweise kann die aus einem Turboverdichter und Kühler bestehende Anlage im Bild 22 als Gesamtsystem bilanziert werden. Interessiert man sich aber für die Zustandsgrößen (p₂, T₂) am Austritt des Verdichters, so muß man die Bilanzgrenze um das Einzelaggregat ziehen. Berücksichtigung in den Bilanzen finden stets nur die Ströme, die die jeweilige Bilanzgrenze überschreiten sowie die an dieser übertragenen Wärmen und Arbeiten. Die Bilanzen erlauben damit zwar keine speziellen Aussagen über die Vorgänge innerhalb des Bilanzgebietes, sie besitzen aber den Vorteil, daß Gleichgewichtszustände lediglich am Ein- und Austrittsquerschnitt vorliegen müssen.