熱力學(xué)第一定律

1、2022年2月6日第二章 熱力學(xué)第一定律1第二章第二章 熱力學(xué)第一定律熱力學(xué)第一定律2- -1 熱力學(xué)第一定律的實(shí)質(zhì)熱力學(xué)第一定律的實(shí)質(zhì)2- -2 閉口系統(tǒng)能量方程式閉口系統(tǒng)能量方程式2- -3 開口系統(tǒng)能量方程式開口系統(tǒng)能量方程式2- -4 穩(wěn)定狀態(tài)穩(wěn)定流動能量方程式穩(wěn)定狀態(tài)穩(wěn)定流動能量方程式2- -5 軸功軸功2- -6 穩(wěn)定流動能量方程式應(yīng)用舉例穩(wěn)定流動能量方程式應(yīng)用舉例2022年2月6日第二章 熱力學(xué)第一定律22- -1 熱力學(xué)第一定律的實(shí)質(zhì)熱力學(xué)第一定律的實(shí)質(zhì) 熱力學(xué)第一定律熱力學(xué)第一定律能量守恒和轉(zhuǎn)換定律在工程熱力學(xué)中的應(yīng)用。能量守恒和轉(zhuǎn)換定律在工程熱力學(xué)中的應(yīng)用。 能量守恒和轉(zhuǎn)換

2、定律：能量可以相互轉(zhuǎn)換，且轉(zhuǎn)換前后的總量能量守恒和轉(zhuǎn)換定律：能量可以相互轉(zhuǎn)換，且轉(zhuǎn)換前后的總量保持不變。保持不變。 熱力學(xué)第一定律：熱能與機(jī)械能可以相互轉(zhuǎn)換，且轉(zhuǎn)換前后的熱力學(xué)第一定律：熱能與機(jī)械能可以相互轉(zhuǎn)換，且轉(zhuǎn)換前后的總量保持不變?？偭勘３植蛔儭?第一類永動機(jī)第一類永動機(jī)是不可實(shí)現(xiàn)的。是不可實(shí)現(xiàn)的。WQwq 系統(tǒng)經(jīng)歷一個熱力循環(huán)后，其所接受的凈熱量轉(zhuǎn)換為對外所作系統(tǒng)經(jīng)歷一個熱力循環(huán)后，其所接受的凈熱量轉(zhuǎn)換為對外所作的凈功。即：的凈功。即：2022年2月6日第二章 熱力學(xué)第一定律32- -2 閉口系統(tǒng)能量方程式閉口系統(tǒng)能量方程式 能量方程式能量方程式熱力過程中，系統(tǒng)與外界交換的能量及系統(tǒng)本

3、身熱力過程中，系統(tǒng)與外界交換的能量及系統(tǒng)本身總能量之間的關(guān)系式?？偰芰恐g的關(guān)系式。 熱力學(xué)能熱力學(xué)能U（J）：系統(tǒng)內(nèi)部各種形式能量的總和。熱力學(xué)能是系統(tǒng)內(nèi)部各種形式能量的總和。熱力學(xué)能是狀態(tài)參數(shù)。狀態(tài)參數(shù)。 比比熱力學(xué)能熱力學(xué)能u (J/kg)：mUu 系統(tǒng)的總能量系統(tǒng)的總能量E（J）：UEEEpk),(1vpuu ),(2Tvuu ),(3Tpuu 比熱力學(xué)能可由任意兩個獨(dú)立參數(shù)確定：比熱力學(xué)能可由任意兩個獨(dú)立參數(shù)確定：宏觀動能宏觀動能宏觀位能宏觀位能，2022年2月6日第二章 熱力學(xué)第一定律4 閉口系統(tǒng)與外界間可能發(fā)生的能量交換：閉口系統(tǒng)與外界間可能發(fā)生的能量交換：Q和和W 一般不作整體

4、位移一般不作整體位移，Ek與與Ep的變化均為零，因此與外界交換能的變化均為零，因此與外界交換能量（功量量（功量W、熱量、熱量Q）的結(jié)果只是導(dǎo)致熱力學(xué)能）的結(jié)果只是導(dǎo)致熱力學(xué)能U 的變化。的變化。WUQd 對于熱力過程對于熱力過程1-2, ,有有211221)(WUUQ 對對1kg工質(zhì)，有工質(zhì)，有wuqd211221)(wuuq 正、負(fù)號規(guī)定：系統(tǒng)吸熱為正，放熱為負(fù)；系統(tǒng)對外作功為正，正、負(fù)號規(guī)定：系統(tǒng)吸熱為正，放熱為負(fù)；系統(tǒng)對外作功為正，外界對系統(tǒng)作功為負(fù)。外界對系統(tǒng)作功為負(fù)。 上式既適用于準(zhǔn)靜態(tài)過程，也適用于非準(zhǔn)靜態(tài)過程。上式既適用于準(zhǔn)靜態(tài)過程，也適用于非準(zhǔn)靜態(tài)過程。 對于微元過程，有對于微

5、元過程，有2022年2月6日第二章 熱力學(xué)第一定律5 對可逆過程對可逆過程:vpwd因此上述諸式可寫為因此上述諸式可寫為VpUQdd2112d)(VpUUQ21vpuqdd211221d)(vpuuq對對1kg工質(zhì)，有工質(zhì)，有2022年2月6日第二章 熱力學(xué)第一定律62- -3 開口系統(tǒng)能量方程式開口系統(tǒng)能量方程式物理模型物理模型2022年2月6日第二章 熱力學(xué)第一定律7經(jīng)歷時間經(jīng)歷時間 后，系統(tǒng)內(nèi)的質(zhì)量變化：后，系統(tǒng)內(nèi)的質(zhì)量變化：21dmmm由此可得由此可得dddd21mmm21ddmmqqm該式稱為該式稱為連續(xù)性方程式連續(xù)性方程式，它說明單位時間內(nèi)開口系統(tǒng)中工質(zhì)質(zhì)量增，它說明單位時間內(nèi)開口

6、系統(tǒng)中工質(zhì)質(zhì)量增加的數(shù)量等于流入和流出系統(tǒng)的質(zhì)量流量之差。加的數(shù)量等于流入和流出系統(tǒng)的質(zhì)量流量之差。 能量交換的情況：能量交換的情況： 加入系統(tǒng)的熱量：加入系統(tǒng)的熱量： 系統(tǒng)對外所作的軸功：系統(tǒng)對外所作的軸功： QsWdd2022年2月6日第二章 熱力學(xué)第一定律8推動功推動功推動流體流入或流出系統(tǒng)所消耗的功量。推動流體流入或流出系統(tǒng)所消耗的功量。1111111)(dmvpAdVApxFi出口截面處，系統(tǒng)為推動微元工質(zhì)流出系統(tǒng)消耗的推動功為出口截面處，系統(tǒng)為推動微元工質(zhì)流出系統(tǒng)消耗的推動功為 222mvp 于是，開口系統(tǒng)對外界輸出的凈推動功為于是，開口系統(tǒng)對外界輸出的凈推動功為111222mvp

7、mvp 過程中流入、流出系統(tǒng)的工質(zhì)所帶入系統(tǒng)的凈能量為過程中流入、流出系統(tǒng)的工質(zhì)所帶入系統(tǒng)的凈能量為2211meme 即即入口處，外界推動工質(zhì)流入系統(tǒng)所消耗的推動功入口處，外界推動工質(zhì)流入系統(tǒng)所消耗的推動功111mvp2022年2月6日第二章 熱力學(xué)第一定律9由上述各項(xiàng)能量，可以得到開口系統(tǒng)的能量轉(zhuǎn)換關(guān)系為由上述各項(xiàng)能量，可以得到開口系統(tǒng)的能量轉(zhuǎn)換關(guān)系為)()(d2211111222smememvpmvpWQEUEEEpk因因2fk21mcE 2fk21ce mgzE pgze p而而以及以及將其代入上述開口系統(tǒng)能量轉(zhuǎn)換關(guān)系式，即有將其代入上述開口系統(tǒng)能量轉(zhuǎn)換關(guān)系式，即有)21(d2222f2

8、22vpgzcumEQs1112f111)21(Wvpgzcum)21(dd2222f222vpgzcuqEQms1112f111)21(Wvpgzcuqmueeepk和和開口系統(tǒng)開口系統(tǒng)能量方程式能量方程式，2022年2月6日第二章 熱力學(xué)第一定律102- -4 穩(wěn)定狀態(tài)穩(wěn)定流動能量方程式穩(wěn)定狀態(tài)穩(wěn)定流動能量方程式0dd21mmqqm 過程特點(diǎn)：過程特點(diǎn)：，qm1=qm2=qm=常量，常量，將其代入開口系統(tǒng)能量方程式，有將其代入開口系統(tǒng)能量方程式，有0ddEs122f12f2112222)()(21)()(PzzgccvpvpuuqQm取取mqQqmqPwsss122f12f2112222)

9、()(21)()(wzzgccvpvpuuq有有，2022年2月6日第二章 熱力學(xué)第一定律11令令pvuhpVUpummhH)(則有則有s122f12f222)()(21)(wzzgcchhq將其稱為焓，也是一個狀態(tài)參數(shù)將其稱為焓，也是一個狀態(tài)參數(shù)：),(1vphh ),(2Tvhh ),(3Tphh 焓并不能看作是工質(zhì)儲存的能量，而是隨工焓并不能看作是工質(zhì)儲存的能量，而是隨工質(zhì)流動跨越邊界而轉(zhuǎn)移的能量。熱力學(xué)能是工質(zhì)質(zhì)流動跨越邊界而轉(zhuǎn)移的能量。熱力學(xué)能是工質(zhì)內(nèi)部儲存能量的唯一形式。內(nèi)部儲存能量的唯一形式。mhmpvmudU0由由vpuqddpvuh，有有vppvhvph-pvqd)(ddd)

10、d(即即pvhqdd熱力學(xué)第一定律的另一主要形式熱力學(xué)第一定律的另一主要形式。穩(wěn)定狀態(tài)穩(wěn)定狀態(tài)穩(wěn)定流動穩(wěn)定流動能量方程式能量方程式，2022年2月6日第二章 熱力學(xué)第一定律122- -5 軸功軸功112212svpvpuuqw1221f22f21zzgcc2112dvpwuuq112221sdvpvpvpw1221f22f21zzgcc 由穩(wěn)定流動能量方程式，可得軸功與其他形式能量間的關(guān)系為：由穩(wěn)定流動能量方程式，可得軸功與其他形式能量間的關(guān)系為：由由可得可得 上上式說明：穩(wěn)定流動過程中開口系統(tǒng)所作的式說明：穩(wěn)定流動過程中開口系統(tǒng)所作的軸功軸功是工質(zhì)的容積是工質(zhì)的容積變化功，在扣除了凈推動功以

11、及增加的流動動能、重力位能之后，變化功，在扣除了凈推動功以及增加的流動動能、重力位能之后，通過邊界輸出的功。通過邊界輸出的功。2022年2月6日第二章 熱力學(xué)第一定律13 技術(shù)功技術(shù)功wt工程上可以直接利用的機(jī)械能工程上可以直接利用的機(jī)械能s1221f22ft21wzzgccw將軸功的表達(dá)式代入上式，有將軸功的表達(dá)式代入上式，有21112221tddpvvpvpvpw 忽略宏觀動能和位能，有忽略宏觀動能和位能，有tsww 可見，可逆過程的技術(shù)功的大小可用過程可見，可逆過程的技術(shù)功的大小可用過程線左邊的面積來表示。線左邊的面積來表示。2022年2月6日第二章 熱力學(xué)第一定律142- -6 穩(wěn)定流動能量方程式應(yīng)用舉例穩(wěn)定流動能量方程式應(yīng)用舉例一、加熱器或冷卻器一、加熱器或冷卻器二、渦輪機(jī)或壓氣機(jī)二、渦輪機(jī)或壓氣機(jī)特點(diǎn)：特點(diǎn)： ws=0，cf2cf1，z2 z1所以有所以有 q=h2-h1s122f12f222)()(21)(wzzgcchhq特點(diǎn)：特點(diǎn)： q=0，cf2cf1，z