工程熱力學(xué)熱力學(xué)第一定律

1、工程熱力學(xué)熱力學(xué)第一定律第1頁，共24頁，2022年，5月20日，4點23分，星期三21 熱力學(xué)第一定律的實質(zhì)一、第一定律的實質(zhì) 能量守恒與轉(zhuǎn)換定律在熱現(xiàn)象中的應(yīng)用。二、第一定律的表述 熱是能的一種，機(jī)械能變熱能，或熱能變機(jī)械能的時候，他們之間的比值是一定的。 或： 熱可以變?yōu)楣Γσ部梢宰優(yōu)闊?；一定量的熱消失時必定產(chǎn)生相應(yīng)量的功；消耗一定量的功時，必出現(xiàn)與之相應(yīng)量的熱。第2頁，共24頁，2022年，5月20日，4點23分，星期三22 熱力學(xué)能（內(nèi)能）和總能一、熱力學(xué)能(Thermodynamic energy)UchUnuUthUk 平移動能轉(zhuǎn)動動能振動動能Up二、總（儲存）能(total

2、stored energy of system)總能熱力學(xué)能，內(nèi)部儲存能外部儲存能宏觀動能宏觀位能第3頁，共24頁，2022年，5月20日，4點23分，星期三三、熱力學(xué)能是狀態(tài)參數(shù) 測量 p、V、T 可求出 U四、熱力學(xué)能單位 J或kJ 五、工程中關(guān)心U宏觀動能與內(nèi)動能的區(qū)別第4頁，共24頁，2022年，5月20日，4點23分，星期三23 熱力學(xué)第一定律基本表達(dá)式 加入系統(tǒng)的能量總和熱力系統(tǒng)輸出的能量總和= 熱力系總儲存能的增量EE+dE流入：流出：內(nèi)部貯能的增量：dE第5頁，共24頁，2022年，5月20日，4點23分，星期三或EE+dE第6頁，共24頁，2022年，5月20日，4點23分，

3、星期三24 閉口系基本能量方程式 閉口系， 忽略宏觀動能Uk和位能Up，第一定律第一解析式功的基本表達(dá)式熱第7頁，共24頁，2022年，5月20日，4點23分，星期三討論： 1）對于可逆過程2）對于循環(huán)3）對于定量工質(zhì)吸熱與升溫關(guān)系，還取決于W 的 “+”、“”、數(shù)值大小。第8頁，共24頁，2022年，5月20日，4點23分，星期三例 自由膨脹如圖，抽去隔板，求解：取氣體為熱力系 閉口系？開口系？強(qiáng)調(diào)：功是通過邊界傳遞的能量。?第9頁，共24頁，2022年，5月20日，4點23分，星期三歸納熱力學(xué)解題思路1）取好熱力系;2）計算初、終態(tài);3）兩種解題思路從已知條件逐步推向目標(biāo)從目標(biāo)反過來缺什么

4、補(bǔ)什么4）不可逆過程的功可嘗試從外部參數(shù)著手。第10頁，共24頁，2022年，5月20日，4點23分，星期三25 開口系能量方程一、推動功(flow work; flow energy)和 流動功(flow work; flow energy)推動功：系統(tǒng)引進(jìn)或排除工質(zhì)傳遞的功量。pvp1v11o第11頁，共24頁，2022年，5月20日，4點23分，星期三流動功：系統(tǒng)維持流動 所花費的代價。 推動功在p-v圖上：1kg工質(zhì)從截面1-1流入熱力系，工質(zhì)帶入的推動功為p1v1 ， 工質(zhì)由狀態(tài)1膨脹到狀態(tài)2，膨脹功為w，從截面2-2流出，帶出系統(tǒng)的推動功為p2v2。推動功差（pv）為流動功。112

5、2第12頁，共24頁，2022年，5月20日，4點23分，星期三二、焓 (enthalpy)定義：H=U+pV h=u+pv單位：J（kJ） J/kg（kJ/kg）焓是狀態(tài)參數(shù)。物理意義：引進(jìn)或排出工質(zhì)而輸入或排出系統(tǒng)的總能量。第13頁，共24頁，2022年，5月20日，4點23分，星期三三、穩(wěn)定流動能量方程(steady-flow energy equation) 穩(wěn)定流動特征：注意：區(qū)分各截面間參數(shù)可不同。1）各截面上參數(shù)不隨時間變化。2）ECV = 0， SCV = 0， mCV = 0 第14頁，共24頁，2022年，5月20日，4點23分，星期三流入系統(tǒng)的能量:流出系統(tǒng)的能量:系統(tǒng)內(nèi)

6、部儲能增量: ECV=考慮到穩(wěn)流特征： ECV=0 qm1=qm2=qm; 及h=u+pv 第15頁，共24頁，2022年，5月20日，4點23分，星期三討論：1）改寫式（B）為式（C）熱能轉(zhuǎn)變成功部分輸出軸功流動功機(jī)械能增量（C）第16頁，共24頁，2022年，5月20日，4點23分，星期三2）技術(shù)功(technical work)由式（C）技術(shù)上可資利用的功 wt可逆過程第17頁，共24頁，2022年，5月20日，4點23分，星期三3)第一定律第二解析式1)通過膨脹，由熱能 2)第一定律兩解析式可相互導(dǎo)出，但只有在開系中 能量方程才用焓。4）兩個解析式的關(guān)系功，w = q u總之：可逆第1

7、8頁，共24頁，2022年，5月20日，4點23分，星期三四、穩(wěn)定流動能量方程式的應(yīng)用1.蒸汽輪機(jī)、氣輪機(jī)(steam turbine、gas turbine) 流進(jìn)系統(tǒng)： 流出系統(tǒng)：內(nèi)部儲能增量： 0第19頁，共24頁，2022年，5月20日，4點23分，星期三2.壓氣機(jī)，水泵類 (compressor，pump)流入流出內(nèi)部貯能增量 0第20頁，共24頁，2022年，5月20日，4點23分，星期三3.換熱器（鍋爐、加熱器等）(heat exchanger: boiler、heater etc.)第21頁，共24頁，2022年，5月20日，4點23分，星期三 流入：流出：內(nèi)增： 0若忽略動能差、位能差第22頁，共24頁，2022年，5月20日，4點23分，星期三4. 管內(nèi)流動流入：流出：內(nèi)增： 0第23頁，共24頁，2022年，5月20日，4點23分，星期三歸納：1）開口系問題也可用閉口系方法求解。2）注意閉口系邊界面上熱、功交換；