Mühendislik Termodinamiği · 7. Ünite: Entropi

İzentropik Süreçler ve T-s/h-s (Mollier) Diyagramları

Türbin, kompresör, lüle ve pompa gibi adyabatik cihazlarda en iyi mümkün performansı veren ideal süreç izentropik süreçtir: hem tersinir hem adyabatiktir ve entropi sabit kalır. Gerçek cihaz bu ideale göre ölçülür. Bu konuda izentropik süreci tanımlayıp saf maddelerde çıkış halini $s_2 = s_1$ koşuluyla tablolardan bulmayı, $T$-$s$ ve $h$-$s$ (Mollier) diyagramlarında yorumlamayı ve izentropik iş ile hızı hesaplamayı öğreneceksiniz.

Öğrenme hedefleri

Konu anlatımı

  1. Bağlam: İdeal Cihaz Neden İzentropiktir?

  2. İzentropik Sürecin Tanımı ve Saf Maddelerde Hal Bulma

  3. T-s Diyagramında İzentropik Süreç

  4. h-s (Mollier) Diyagramı

  5. Çözümlü Örnekler

  6. Simülasyonla Keşfet

  7. Sık Yapılan Hatalar ve Kavram Yanılgıları

Anahtar terimler

İzentropik süreç (isentropic process)
Adyabatik ve tersinir süreç; $s_1 = s_2$, T-s ve h-s diyagramlarında dikey doğru.
Mollier diyagramı (h-s)
Entalpi–entropi diyagramı; adyabatik cihazlarda dikey uzaklık iş (Δh) ve lüle hızı için kullanılır.
Doyma kubbesi
Doymuş sıvı ve doymuş buhar çizgileriyle çevrili karışım bölgesi; izentropik çıkışın faz kontrolünde kullanılır.
İzentropik iş
Verilen giriş hali ve çıkış basıncı için ideal (tersinir adyabatik) türbin ya da kompresör işi, $|h_1 - h_{2s}|$.
Kısılma (throttling)
Adyabatik, işsiz basınç düşüşü; $h_2 = h_1$ ve $s_2 > s_1$ (tersinmez).
Kuruluk ve kanat erozyonu
Türbin çıkışında düşük kuruluk ($x < 0.9$) sıvı damlacıkları nedeniyle kanat aşınmasına yol açar.
Eğim ilişkisi
$(\partial h/\partial s)_P = T$ ve $(\partial h/\partial P)_s = v$; izobarın eğimi sıcaklıktır.
Lüle çıkış hızı
$V_2 = \sqrt{V_1^2 + 2(h_1 - h_2)}$; izentropik en yüksek hızı verir.

Örnek soru

Bir sürecin izentropik olması için hangi koşulların birlikte sağlanması gerekir?

  1. Adyabatik ve izotermal olması
  2. Tersinir ve adyabatik olması
  3. Yalnızca adyabatik olması
  4. Tersinir ve izotermal olması
  5. Sabit basınçta ve tersinir olması

Doğru cevap: B

Çözüm

1. Tersinir bir süreçte $\delta q = T\,ds$; süreç ayrıca adyabatikse $\delta q = 0$ olur ve $ds = 0$ elde edilir: $s_1 = s_2$.
2. Yalnızca adyabatik olması yetmez: sürtünmeli bir türbin ya da kısılma vanası adyabatiktir ama entropi üretir ($s_2 > s_1$).
3. İzotermal ya da izobar olmak izentropiklikle ilgisizdir; izentropik genleşmede sıcaklık düşer.
Doğru cevap: tersinir ve adyabatik (entropi dengesinde $S_{\text{gen}} = 0$ ve $Q = 0$).

Mühendislik Termodinamiği: tüm konular