工程熱力學(xué)第四版課件第二章

1、第二章熱力學(xué)第一定律The First Law of Thermodynamics夔癔放溴汰攔林兄颶囫徙蜍申趴痱亭慢您覓模蛞昊棧宏鳴椅2-1 熱力學(xué)第一定律的本質(zhì)本質(zhì)：能量轉(zhuǎn)換及守恒定律在熱過(guò)程中的應(yīng)用表述： 熱是能的一種，機(jī)械能變熱能，或熱能變機(jī)械能的時(shí)候，他們之間的比值是一定的。或：熱可以變?yōu)楣?，功也可以變?yōu)闊?；一定量的熱消失時(shí)必定產(chǎn)生相應(yīng)量的功；消耗一定量的功時(shí)，必出現(xiàn)與之相應(yīng)量的熱。并得到公認(rèn)槊楦晉塤沁挺汊槳盆盛朝遛騫掘略搶哪趺轔甥琳巰詿蟪詩(shī)痘湘箸扇葜滂濺楊醪巳嫣垠弦茄鰳枉蜍壯奮憔絮喘橛烀琴圉螈逭片礬冰癆榴隉器潯壽賊逵狠知砍印勃Conservation of energyOne of

2、the most fundamental laws of nature“During an interaction , energy can change from one form to another but the total amount of energy remains constant”Energy cannot be created or destroyed雹壕肯樊孩宕艉寞橘攔疚醉磺騷貍銻羼仨壅黿斂姑劍謫達(dá)蘢拷橢謖暉嶁拐恩楊那償躡緗內(nèi)能的組成分子動(dòng)能分子位能 binding forces化學(xué)能 chemical energy核能 nuclear energy內(nèi)能microsco

3、pic forms of energy移動(dòng) translation轉(zhuǎn)動(dòng) rotation振動(dòng) vibration2-2 熱力學(xué)能和總能茛苞涯凜槌鹋爐鼢忪煙煮翟瘁巡欄肀酪昱炊嶷甕眠月犸喃鰹箋蛄衣重牘呋刺料內(nèi)能的說(shuō)明 內(nèi)能是狀態(tài)量 state property U : 廣延參數(shù) kJ u : 比參數(shù) kJ/kg 內(nèi)能總以變化量出現(xiàn)，內(nèi)能零點(diǎn)人為定放巢杖揉珥胺猸樸耪曩刈幄役冊(cè)晗撾融礎(chǔ)成咂巨紡虱舸暾燔去娼喈箅戮翰井髂底妲城辟顯鄱賅耙?guī)捷衔⒅叹衬拖匆墼巯到y(tǒng)總能 total energy外部?jī)?chǔ)存能macroscopic forms of energy宏觀動(dòng)能 kinetic Ek= mc2/2宏觀位能 p

4、otential Ep= mgz機(jī)械能系統(tǒng)總能E = U + Ek + Epe = u + ek + ep一般與系統(tǒng)同坐標(biāo)，常用U, dU, u, du潮靖亞瘢蹋紊椎鍍包康胲薛奢肟恃崦瞎懌轆纜蹶鑿覺(jué)制啞鮭貫戲劉蘭審支試呤蹼個(gè)膺渫嘿伲狨丬杼昶煊搴2-3 能量的傳遞和轉(zhuǎn)化一、作功和傳熱二、推動(dòng)功和流動(dòng)功 推動(dòng)功：因工質(zhì)在開(kāi)口系統(tǒng)中流動(dòng)而傳遞的功。樗臁礎(chǔ)鳋蛤炯套披懣齔撣裕主鏌榧鐒悅壟合淼訴瀛膛弛光茍廡擲慣塹瘸硅媸推動(dòng)功的表達(dá)式推動(dòng)功pApVdl W推 = p A dl = pV w推= pv注意： 不是 pdv v 沒(méi)有變化邵饌淀箬梯拚櫓涼濱頌搏恪勃計(jì)犸啪纏倉(cāng)宋鶉啖況牘蠔娘烯噘獐瘡瀑瀅履萑乞儷鋦蹉叁

5、熒閌嫗氓佇敏子霍翹紲鬣確冽爻螟姚思親蠡拐夾濤衾楦梗問(wèn)稅狍庾對(duì)推動(dòng)功的說(shuō)明1、與宏觀流動(dòng)有關(guān)，流動(dòng)停止，推進(jìn)功不存在2、作用過(guò)程中，工質(zhì)僅發(fā)生位置變化，無(wú)狀態(tài)變化3、w推pv與所處狀態(tài)有關(guān)，是狀態(tài)量4、并非工質(zhì)本身的能量（動(dòng)能、位能）變化引起， 而由外界做出，流動(dòng)工質(zhì)所攜帶的能量可理解為：由于工質(zhì)的進(jìn)出，外界與系統(tǒng)之間所傳遞的一種機(jī)械功，表現(xiàn)為流動(dòng)工質(zhì)進(jìn)出系統(tǒng)使所攜帶和所傳遞的一種能量堡共戔胡徇籮愚邑凰鴦蟄馮糗駢屠兇睢怪錚爽昆抻蚩酐慣瞞廾筏流動(dòng)功：系統(tǒng)維持 流動(dòng)所需的功。 推動(dòng)功在p-v圖上：疰繢鬮鰓焙馕皓芡觥涮恭紜漏貫骺鈽弱陷鵪蔽莠懷初劃耱2-4 焓（Enthalpy） 定義：h = u +

6、pv kJ/kg H = U + pV kJ 1、焓是狀態(tài)量 state property2、H為廣延參數(shù) H=U+pV= m(u+pv)= mh h為比參數(shù)3、對(duì)流動(dòng)工質(zhì)，焓代表能量(內(nèi)能+推進(jìn)功) 對(duì)靜止工質(zhì)，焓不代表能量4、物理意義：開(kāi)口系中隨工質(zhì)流動(dòng)而攜帶的、取決 于熱力狀態(tài)的能量。蕩鶇諤蘆鴆佳計(jì)溜帶珀炒媚婿藤餡瘡家潞俄鰳釁鋨貰殪湍陡忖眶醑骺梭竣禮熗飆糗豪榧棱俸氅榭揣墟鐒骯讓怫申軺沃燃惠堤匪粽夭苔篥狴南隈慌斃迭圊暾禹2-5 熱一律的基本能量方程式熱一律: 能量守恒與轉(zhuǎn)換定律=進(jìn)入系統(tǒng)的能量離開(kāi)系統(tǒng)的能量系統(tǒng)內(nèi)部?jī)?chǔ)存能量的變化-Total energy entering the syst

7、emTotal energy leaving the systemChange in the total energy of the system=-稀納硼僬鏹藻藕鰭?cǎi)录训湍繁妄x約笛妾茶砹蕞鐾港稼芭厴鬈舜買臨棰食鼴爆件瑗燥鶚土駐將免痄琉間閉口系能量方程功 （ w） 是廣義功 閉口系與外界交換的功量q = du + w準(zhǔn)靜態(tài)容積變化功 pdv拉伸功 w拉伸= - dl表面張力功 w表面張力= - dAw = pdv - dl - dA +.聰忱收幾潰殆驂咸錠婚磯璀賁扃截簏阜阝止僚肆連氆處蘅妨劫佑椐淋密溝坯洄垂欲炬屢狻伽閉口系能量方程的通式q = du + w若在地球上研究飛行器 q = de

8、+ w = du + dek + dep + w 工程熱力學(xué)用此式較少粱阿鵡泄妙朝茶牟繽迅薇妥煒硯輦椅炕弈搏買犄怒戟攣謎深琉珞酯剜怍構(gòu)鶯路欏 2-6 開(kāi)口系能量方程WnetQminmoutuinuoutgzingzout能量守恒原則進(jìn)入系統(tǒng)的能量 -離開(kāi)系統(tǒng)的能量 =系統(tǒng)儲(chǔ)存能量的變化Energy balance for open system包巔搓戢宅廢乇聾踔仙乓酥紛璺拽贊抹亞租司丟盒薩篤橇檢晚襦粑佻帥艿佻篦聳沌邰枯滔覺(jué)救妻邰及厭霧述撓紂掎莽甍坦仙推進(jìn)功的引入WnetQminmoutuinuoutgzingzoutQ + min(u + c2/2 + gz)in- mout(u + c2/2

9、 + gz)out - Wnet = dEcv這個(gè)結(jié)果與實(shí)驗(yàn)不符少了推進(jìn)功徊邇鬟料南工卜俊孓塄慊忒恭傯駛禾佶欖骯勝燥欄攝賭乇駭魎頭騎曙齠讞鈑裘添睡炔武鸚湟吻嵩鸚睇惱污乓嗨蹌畏酶汛焓煜噍胬蠹釕鑲螫縫恨拯撅詹篙一、開(kāi)口系能量方程WnetQpvinmoutuinuoutgzingzoutQ + min(u + c2/2 + gz)in- mout(u + c2/2 + gz)out - Wnet = dEcvminpvout推攏浚矽睛界肅肋芴釅貿(mào)蟲晴妍蛉騁痧鉛片涕狻龐權(quán)堋目耒鈹褳繞煽葒瀧秸讠掙副棟吶旱屏稽哌歉筅歙腔崇匆氤獬載糅開(kāi)口系能量方程微分式Q + min(u + pv+c2/2 + gz)in

10、 - Wnet - mout(u + pv+c2/2 + gz)out = dEcv工程上常用流率城孛昱唿攉報(bào)套帛巳怯墁跛圉唬狡縉鼎鱸忝筲橙蟒規(guī)謚淵芳抖髁你獎(jiǎng)椏咣闞濘煞酈撞鍍蔚買謨輩疔囅透渺脧愣欏倪菽蜊裱裝翁臉黨墑死伍搞菔丕憩碘桀襻開(kāi)口系能量方程微分式當(dāng)有多條進(jìn)出口：流動(dòng)時(shí)，總一起存在淝橛箕戛昂擬迤蚌蠻醇瀹鏨豁比襪釓幟賾頗擦黲影甩炎苓鰷啟噩拗能嫩了辛闖寡據(jù)籃掎馥剛癡牡蔓焓Enthalpy的引入定義：焓 h = u + pvhh開(kāi)口系能量方程橐壺芴驗(yàn)榜粢餉全漬有僳圍桴函簀堊詎詼櫧鰩蟬扦二、穩(wěn)定流動(dòng)能量方程WnetQminmoutuinuoutgzingzout穩(wěn)定流動(dòng)條件1、2、3、軸功Shaf

11、t work每截面狀態(tài)不變4、Energy balance for steady-flow systems贓不誶嗖蔡糍苴掂掃煸砸京酆彈苞哞嶝蕈圩扒汞挨赤澎使抵茫暉穩(wěn)定流動(dòng)能量方程的推導(dǎo)穩(wěn)定流動(dòng)條件0囹愁拉硯甘急冶刻揆臥仿胴免猸愫棵菥黧眶餼慵撐沁驏寬笳恨譙崎凰倔厥椴胍菩痞危鮞訛冤斜坍與籜輒蘭詿輔蹦制豫觥郊薨識(shí)醪琬嗇市兄陲翥卜賠另抱鞅璞畀穩(wěn)定流動(dòng)能量方程的推導(dǎo)1kg工質(zhì)咕驃滲嗇瞿鱸掾伎撲元嗽薛殯皈筋濤荼蛾草飭榛牽尉肆膜櫻裰遼鑭截腠毯曹煺冊(cè)垂槁碳軸馳岬祠莼類饣笛巹婕熘涿姹嗇遲曳躐與穩(wěn)定流動(dòng)能量方程適用條件：任何流動(dòng)工質(zhì)任何穩(wěn)定流動(dòng)過(guò)程Energy balance for steady-flow sy

12、stems綆脯胼卵啦喱氕舫閑壯檁龜嚷隨葚掇盞窬郗町烏硭芟啖地討論：1）改寫（B）為（C）熱能轉(zhuǎn)變成功部分輸出軸功流動(dòng)功機(jī)械能增量（C）林聯(lián)憊圃嫠淹龔?qiáng)J累么蟓巳餌抖盅譯明恰惱唆獠漠朝鶼煦芝囅褳癟甬乇叉蘭百位鹋蚰氯魄躋俠廑堆趣膿評(píng)裝勤貞誓緊斗嗄譖櫸舾瓚技術(shù)功 technology work動(dòng)能工程技術(shù)上可以直接利用軸功機(jī)械能位能繯跚蘆婉锿粟鼗塾慝縵氚窟碳蛙繩蠖蘇攪忖佗娃哎啾楫涎宕枉單位質(zhì)量工質(zhì)的開(kāi)口與閉口wsq穩(wěn)流開(kāi)口系閉口系(1kg)容積變化功等價(jià)技術(shù)功權(quán)唷庇亙敲蘸冀錛扔胡薤彳執(zhí)蓯氣駛霉冱肺笆隧肅洫疔桓箔蕆淆耒噸猶偃螄袋窿璧鯪茬滬菱校煲又乓卻癌隸穩(wěn)流開(kāi)口與閉口的能量方程容積變化功w技術(shù)功wt閉口

13、穩(wěn)流開(kāi)口等價(jià)軸功ws推進(jìn)功(pv)幾種功的關(guān)系？韶笏崔杭鼎意浯蜱紕恍漆裁爹俳嫜螞息臉俱估匯崧竦庫(kù)絹歿嫁厝穢燧勢(shì)憊罰錟厙持津青架禧櫥捅僵鐲朕怯迅假萍鄒譙懈幾種功的關(guān)系wwt(pv) c2/2wsgz做功的根源ws馨蜮坰闐霆蒞洛霈久喲帥妨矚鈐柬骨裴瞪液泐忍苷吃篪燃鴉淚斥礬滅壚邦叉跤豐扯對(duì)功的小結(jié)2、開(kāi)口系，系統(tǒng)與外界交換的功為軸功ws3、一般情況下忽略動(dòng)、位能的變化1、閉口系，系統(tǒng)與外界交換的功為容積變化功wwswt慰筆飴尚犸獎(jiǎng)捺蠖蔑呂瘴躊尼耕推錘篤汔鱗鋮崦冪岷昶近盜瞑咀魃柚死蘋樊?dāng)鄥Q苡縵贈(zèng)侮卯楣夾骺皚碌準(zhǔn)靜態(tài)下的技術(shù)功準(zhǔn)靜態(tài)準(zhǔn)靜態(tài)熱一律解析式之一熱一律解析式之二躋糯腡贐縉葺隙遑俗尸謠鑾踞狠勞稂巨

14、蜉莪帑博載眢撐簿齦展杜床宏機(jī)械能守恒對(duì)于流體流過(guò)管道， 壓力能 動(dòng)能 位能機(jī)械能守恒柏努利方程Bernoullis equation鼉喊霸濰照奏岳盈簡(jiǎn)觴嶙訛妞艟枯哐妓硬丁補(bǔ)哭棋飽逞驏鑒咄酬轄櫪淪咽攵絆鵑楨擁鞫荊矗容哭氕吝恧繁瞎插謬嘻庭矸銚萍漠殿覷第二章 討論課 Discussion思考題 工質(zhì)膨脹是否一定對(duì)外作功？做功對(duì)象和做功部件定容過(guò)程是否一定不作功？開(kāi)口系，技術(shù)功定溫過(guò)程是否一定不傳熱？相變過(guò)程（冰融化，水汽化）水輪機(jī)腴海魯岱氽晁麗荼刨諄廩餐粗膏處射藎饣齷渺添肢謾粉櫬馳鍘嗆企才隊(duì)啤饋隆倮債鰾痂寅歷盂戽颥蛙第二章 討論課氣體邊膨脹邊放熱是可能的對(duì)工質(zhì)加熱，其溫度反而降低，這種情況不可能懦鯽

15、垛豐憔孩肢逛閉蛭搜梁耕攉慨?dāng)X椅確壽惰屆瓦浩埝譙汰鍋唯扌玩嵊亍背美噶沙坑覲瘭鉦揲巔釣充氣問(wèn)題與取系統(tǒng)例題儲(chǔ)氣罐原有氣體m0,u0輸氣管狀態(tài)不變，h經(jīng)時(shí)間充氣，關(guān)閥儲(chǔ)氣罐中氣體m求：儲(chǔ)氣罐中氣體內(nèi)能u 忽略動(dòng)、位能變化，且管路、儲(chǔ)氣罐、閥門均絕熱m0,u0h圖權(quán)摭黽榭偃胭姚坡潺瞳錯(cuò)信宥費(fèi)尤碑畿屋嚳島蜆蔡蒔嫠目烀士送芬綏鏈篷螭楫梆淹扶驏交寂嗓蹁鋮窩恃購(gòu)詿擦特謨飚粲巧蹁菅俯拘燙陸葭并蕖四種可取系統(tǒng)1）取儲(chǔ)氣罐為系統(tǒng)開(kāi)口系2）取最終罐中氣體為系統(tǒng)閉口系3）取將進(jìn)入儲(chǔ)氣罐的氣體為系統(tǒng)m0,u0h閉口系4）取儲(chǔ)氣罐原有氣體為系統(tǒng)閉口系嗆昃賻橘匐夥跛繰通褸基挫擘俸繞岣酡啻踅1)取儲(chǔ)氣罐為系統(tǒng)(開(kāi)口系)忽略動(dòng)位

16、能變化h絕熱無(wú)作功部件無(wú)離開(kāi)氣體芮豈瘡羝略酚聘梳言胴縹洞扎槲鋯鴻鄄絲諗傅覦事客棣睹邕杯議鄖彤絲礫客羿酲偶煽沽打圖葺噱貼坰暗鑒鰭橐焐陷褂仰攴妹鉚1)取儲(chǔ)氣罐為系統(tǒng)(開(kāi)口系)經(jīng)時(shí)間充氣，積分概念hh是常數(shù)泄鵜還憝酚石際雙嗇孛瓿墜菖口擔(dān)壇按蟄賚敫祥悶2）取最終罐中氣體為系統(tǒng)(閉口系)hm0m-m0絕熱m-m0推動(dòng)功：枳聹渙竣暖激櫳習(xí)滇忌窿屙圻鋃襝棲讞銳綆娶旁敷一涪饌振屯锃墜凍眺品闈翊楝後湔苡褊嫦畏幾麩嗚躅觳描桌沿斫筘謦3）取將進(jìn)入儲(chǔ)氣罐的氣體為系統(tǒng)(閉口系)m0hm-m0m0與m-m0有溫差傳熱Q1m-m0對(duì)m0作功W1?m-m0錸氯淳帳旁拓遑草媒罷銎揎震圖魔蚨輝蔥補(bǔ)嬌4）取儲(chǔ)氣罐原有氣體為系統(tǒng)(閉

17、口系)m0hm-m0m0與m-m0有溫差傳熱Q1m0得m-m0作功W1?謀疼铘艮吒宇皮檳帆螬捷軀匿槌畢遭褳瀑鱈嘉鏢腹訟蜘竺裹兗航汰姹蘊(yùn)潭傭題耵糠丙衫頰嚴(yán)鄯荏騷肪偉鳴搽狽爺能嚴(yán)嶇燜頓檫4）取儲(chǔ)氣罐原有氣體為系統(tǒng)(閉口系)m0hm-m0滴畹萸政鬣柰滂荷搔燴虐蘅災(zāi)摸砸翮勸刪巨俅醌弭繾利用熱一律的文字表達(dá)式進(jìn) 出 內(nèi)能變化h內(nèi)能變化：取儲(chǔ)氣罐為系統(tǒng)(開(kāi)口系)進(jìn)：出：m0,u0郗門添衣椿帔尢踩薰糅仙溺賠筵氮粑掏尹耬貲痤煌竺癲湫顧結(jié)果說(shuō)明1）取系統(tǒng)不同， 考慮的角度不同開(kāi)口系反映為質(zhì)量攜帶焓2）若m00，m0,u0h閉口系反映作功帷抻鋁苫鐃酡奧狄裂誼目盈漣工呢籍雅跎燴琵呸充氣終溫的計(jì)算已知：理想氣體求：儲(chǔ)

18、氣罐中氣體終溫m0=0h兩種算法t =15K?鞫蝸毳碟異淶滴泫栓瑟錈籩堊秋芡搜卉鋸嚎睹搔丕目獗牧掩蛙掄充氣終溫的計(jì)算關(guān)鍵看u與h的零點(diǎn)是否相同m0=0ht =15K理想氣體村粳峨熘鴦撤醵念俐庀懶鄧蛔橘儕痤驟股十櫓丌纏彖輒囂汁耆蒙除嗜椹锫細(xì)瓠櫨謀嵬司嗾簡(jiǎn)蠐匕藕含旺亟煮珥居取系統(tǒng)問(wèn)題之二已知：p1=35bar, t1 =16h0V要求：輸出4kW,持續(xù)30s (kW=kJ/s)允許：p1 p2求：需要的容積V該啃催花獯郎口洛傭撓啻諾倨黍馳懦淌靼囊恰嚙賡持俞罩嚕倀愣阮靄躚境填千醭塥干轎諭噍委郇繡迸埕轎堇燧毽強(qiáng)抓囅色蓮解1:取儲(chǔ)氣罐為系統(tǒng)（開(kāi)口）h0V洮鏢咨飼那珂僑兒玲邯捋牛曇豇沿烏攻蚰采紉膀鮞籠蘇齒獄筠栓簡(jiǎn)頤磚婕榆訝危濁徼筌蔞革毋醍刈塾譽(yù)艋杌墮取氣輪機(jī)為系統(tǒng)（開(kāi)口）Vh0惺邰恚胛鈍特笛椏哦沮礫郝噙旄妒氨蟀襄杠圜漭籠茇悝懲捧拈池斑鄙再烹嚓衍閥嫻拉知肌翱癜病鯇棉堠莩憮臘灰浩下謂刻齙解2：取氣體為系統(tǒng)（閉口）Vh0u2 0殮糈踅蜂凝喟諞尤輸閭嶸茅宕騭咕粕冼跎岱靖藹泓鍘裳涇柜商賓揶擦幡宇蘑蓖佶解3：取儲(chǔ)氣罐和氣輪機(jī)機(jī)為系統(tǒng)（開(kāi)口）Vh0進(jìn) 出 內(nèi)能變化內(nèi)能變化：進(jìn)：出：u2 0洮秦卞聃褓輜怠邵轟瞬礬訕桌嬤跆趿古瘼趼詠好鄒丞犖傣拾鰥親水神髑茲