工程熱力學焓優(yōu)質(zhì)推薦課件

工程熱力學焓工程熱力學焓1焓的定義定義：H=U+pV

h=u+pv單位：J（kJ）J/kg（kJ/kg）焓的物理意義：系統(tǒng)因引進(或排出)工質(zhì)而獲得(輸出)的總能量。焓的定義定義：H=U+pVh=2焓是狀態(tài)參數(shù)工質(zhì)的焓和熱力學能一樣，無法測定其絕對值。在熱工計算中關(guān)心的是兩個狀態(tài)間焓的變化，因此，可選取某一狀態(tài)的焓值為零作為計算基準。滿足狀態(tài)參數(shù)的一切特征。H=U+pV

h=u+pvh=f(p，v)焓是狀態(tài)參數(shù)工質(zhì)的焓和熱力學能一樣，無法測定其絕對值32-5熱力學第一定律的基本能量方程式1.普遍方程進入系統(tǒng)的能量–離開系統(tǒng)的能量=系統(tǒng)儲存能的變化適用于任何系統(tǒng)、任何過程2-5熱力學第一定律的基本能量方程式1.普遍方程適用于任何系42.

閉口系統(tǒng)的能量方程式

工質(zhì)從外界吸收熱量Q；從狀態(tài)1變化到狀態(tài)2；對外界作膨脹功W。熱功的基本表達式進入系統(tǒng)的能量–離開系統(tǒng)的能量=系統(tǒng)儲存能的變化2.閉口系統(tǒng)的能量方程式工質(zhì)從外5第一定律解析式適用于閉口系任何過程。第一定律解析式適用于閉口系任何過程。6討論：對于準靜態(tài)過程，Tds=du+pdvTds=u+pdv對于循環(huán)，對于可逆過程，討論：對于準靜態(tài)過程，Tds=du+pdvTds7符號規(guī)定：系統(tǒng)吸熱Q為正，放熱Q為負；系統(tǒng)對外作功W為正，反之為負；系統(tǒng)熱力學能增大ΔU為正，反之為負。符號規(guī)定：系統(tǒng)吸熱Q為正，放熱Q為負；8如圖，B室為真空，抽去隔板。求過程的ΔU解：取氣體為熱力系統(tǒng)，由熱力學第一定律解析式：所以：如圖，B室為真空，抽去隔板。求過程的ΔU解：取氣體為熱力系統(tǒng)9例2-1如圖，一定量的氣體在汽缸內(nèi)體積由0.9m3可逆地膨脹到1.4m3，過程中氣體壓力保持定值，且p=0.2MPa。若在此過程中氣體熱力學能增加12000J，求：（1）過程中氣體吸入或放出的熱量；（2）如果活塞質(zhì)量為20kg，且初始時活塞靜止，求終態(tài)時活塞的速度。已知環(huán)境壓力p0=0.1MPa。例2-1如圖，一定量的氣體在汽缸內(nèi)體積由0.9m3可逆（1）10解：（1）取汽缸內(nèi)的氣體為熱力系，為一閉口系，其能量方程為：由題意有：

由于過程可逆，且過程中壓力保持恒定，所以有：所以：因此，過程中氣體自外界吸熱112000J。解：（1）取汽缸內(nèi)的氣體為熱力系，為一閉口系，其能量方程為：11（2）氣體對外界作功，一部分用于排斥活塞背面的大氣作功Wr，另一部分轉(zhuǎn)變成活塞的動能增加，為Wu（有用功）。由有用功的表達式有：因為所以（2）氣體對外界作功，一部分用于排斥活塞背面的大氣作功Wr12例2-2如圖，氣缸內(nèi)充以空氣，活塞及負載195kg，缸壁充分導(dǎo)熱，取走100kg負載，待平衡后，求：（1）活塞上升的高度ΔH;（2）氣體在過程中作的功，已知例2-2如圖，氣缸內(nèi)充以空氣，活塞及負載195kg，缸壁充分13解：取缸內(nèi)氣體為閉口系首先計算狀態(tài)1及狀態(tài)2的參數(shù)：

突然取走100kg負載，氣體失去平衡，振蕩后最終建立新的平衡。雖不計摩擦，但由于非準靜態(tài)，故過程不可逆，但仍可應(yīng)用第一定律解析式。(缸壁充分導(dǎo)熱)分析：解：取缸內(nèi)氣體為閉口系首先計算狀態(tài)1及狀態(tài)214（1）過程中質(zhì)量m不變（2）由于過程不可逆，所以但是，外力在此過程中沒有變，所以有：（1）過程中質(zhì)量m不變（2）由于過程不可逆，所以但是，外力15例2-3如圖，已知活塞與氣缸無摩擦，初始時p1=pb=105Pa，t1=27℃，緩緩加熱，使p2=0.15MPa，t2=207℃。若m=0.1kg，缸徑=0.4m，空氣求：過程加熱量Q例2-3如圖，已知活塞與氣缸無摩擦，初始時p1=pb=10516分析大多數(shù)實際熱力設(shè)備時，常采用開口系統(tǒng)即控制容積的分析方法Q123=ΔU143+W143=ΔU123+W143閉口系統(tǒng)的能量方程式雖不計摩擦，但由于非準靜態(tài)，故過程不可逆，但仍可應(yīng)用第一定律解析式。雖然能量方程形式不同，但開口系所做的功，究其根源任然是工質(zhì)的膨脹功。流進系統(tǒng)：wC=(h2–h1)+q=–wi=–wt求終態(tài)時活塞的速度。不是pdv只有在開口系中能量方程才用焓工質(zhì)從外界吸收熱量Q；例2-8充氣問題（延伸）因此，過程中氣體自外界吸熱112000J。已知環(huán)境壓力p0=0.方法二取終態(tài)時氣罐內(nèi)全部(m2)空氣為封閉系5kJ)+15kJ=-62.突然取走100kg負載，氣體失去平衡，振蕩后最終建立新的平衡。h1–h2=wi=wt同一截面上各點的溫度和壓力可近似認為不變；適用條件：任何流動工質(zhì)解：根據(jù)題意可得U：下面求W過程可逆，所以可以用求解。在整個過程中，，所以有：W大氣W彈力分析大多數(shù)實際熱力設(shè)備時，常采用開口系統(tǒng)即控制容積的分析方法17工程熱力學焓優(yōu)質(zhì)推薦課件18工程熱力學焓優(yōu)質(zhì)推薦課件19例2-4一個裝有2kg工質(zhì)的閉口系統(tǒng)經(jīng)歷如下過程：過程中散熱25kJ，外界對系統(tǒng)作功100kJ，比熱力學能減小15kJ/kg，并且整個系統(tǒng)被舉高了1000m。確定過程中系統(tǒng)動能的變化。解：需要考慮系統(tǒng)動能及位能的變化，運用熱力學第一定律有：即系統(tǒng)的動能增加了85.4kJ.例2-4一個裝有2kg工質(zhì)的閉口系統(tǒng)經(jīng)歷如下過程：過程解：需20例2-5一閉口系從狀態(tài)1沿1-2-3途徑到狀態(tài)3，傳遞給外界的熱量為47.5kJ，而系統(tǒng)對外作功為30kJ，如圖所示。（1）若沿1-4-3途徑變化時，系統(tǒng)對外作功15kJ，求過程中系統(tǒng)與外界傳遞的熱量。（2）若系統(tǒng)從狀態(tài)3沿圖示曲線途徑到達狀態(tài)1，外界對系統(tǒng)作功6kJ，求該過程中系統(tǒng)與外界傳遞的熱量。（3）若U2=175kJ，U3=87.5kJ，求過程2-3傳遞的熱量及狀態(tài)1的熱力學能。例2-5一閉口系從狀態(tài)1沿1-2-3途徑到狀態(tài)3，傳遞給外界21解：對途徑1-2-3，由閉口系統(tǒng)能量方程得：ΔU123

=U3

–U1=Q123

–W123=(-47.5kJ)–30kJ=-77.5kJ（1）對途徑1-4-3，由閉口系統(tǒng)能量方程得：

Q123=

ΔU143+W143=ΔU123+W143=(-77.5kJ)+15kJ=-

62.5kJ（系統(tǒng)向外界放熱）（1）若沿1-4-3途徑變化時，系統(tǒng)對外作功15kJ，求過程中系統(tǒng)與外界傳遞的熱量。解：對途徑1-2-3，由閉口系統(tǒng)能量22對途徑3-1，可得到：

Q31=ΔU31+W31=(U1–U3)+W31=77.5kJ+(-6kJ)=71.5kJ（2）若系統(tǒng)從狀態(tài)3沿圖示曲線途徑到達狀態(tài)1，外界對系統(tǒng)作功6kJ，求該過程中系統(tǒng)與外界傳遞的熱量。對途徑3-1，可得到：（2）若系統(tǒng)從狀態(tài)3沿圖示曲線途徑到達23對途徑2-3，有，則Q23=ΔU23+W23=U3–U2=87.5kJ-175kJ=-87.5kJ

U1

=

U3

–

ΔU123=87.5kJ–(-77.5kJ)=165kJ（3）若U2=175kJ，U3=87.5kJ，求過程2-3傳遞的熱量及狀態(tài)1的熱力學能。對途徑2-3，有242-6

開口系統(tǒng)能量方程式分析大多數(shù)實際熱力設(shè)備時，常采用開口系統(tǒng)即控制容積的分析方法同一截面上各點的溫度和壓力可近似認為不變；認為同一截面上各點有相同的流速。2-6開口系統(tǒng)能量方程式分析大多數(shù)實際熱力設(shè)備時，常采用251.開口系統(tǒng)能量方程式WiQminmoutuinuoutgzingzout能量守恒原則進入的能量-離開的能量=系統(tǒng)儲存能量的變化1.開口系統(tǒng)能量方程式WiQminmoutuinu26h1–h2=wi=wt工質(zhì)從外界吸收熱量Q；4m3，過程中氣體壓力保持定值，且流進系統(tǒng)：Q+min(u+c2/2+gz)in系統(tǒng)吸熱Q為正，放熱Q為負；流出：0首先計算狀態(tài)1及狀態(tài)2的參數(shù)：已知環(huán)境壓力p0=0.（2）若系統(tǒng)從狀態(tài)3沿圖示曲線途徑到達狀態(tài)1，外界對系統(tǒng)作功6kJ，求該過程中系統(tǒng)與外界傳遞的熱量。雖不計摩擦，但由于非準靜態(tài)，故過程不可逆，但仍可應(yīng)用第一定律解析式。雖然能量方程形式不同，但開口系所做的功，究其根源任然是工質(zhì)的膨脹功。（1）取汽缸內(nèi)的氣體為熱力系，為一閉口系，其能量方程為：（2）氣體對外界作功，一部分用于排斥活塞背面的大氣作功Wr，另一部分轉(zhuǎn)變成活塞的動能增加，為Wu（有用功）。取缸內(nèi)氣體為閉口系雖然能量方程形式不同，但開口系所做的功，究其根源任然是工質(zhì)的膨脹功。H=U+pVh=u+pv流出：04）不可逆過程的功可嘗試從外部參數(shù)著手q=h2–h1WiQminmoutuinuoutgzingzoutQ

+

min(u+c2/2+gz)in-

mout(u+c2/2+gz)out

-

Wi

=

dEcv？少了推動功h1–h2=wi=wtWiQminmou27推動功pApVdl

W推=p

Adl=pV

w推=pv注意：不是

pdvv沒有變化推動功pApVdlW推=pAdl=pV注意：28開口系能量方程的推導(dǎo)WiQpvinmoutuinuoutgzingzoutQ

+

min(u+c2/2+gz)in-

mout(u+c2/2+gz)out

-

Wi

=

dEcvminpvout開口系能量方程的推導(dǎo)WiQpvinmoutuinuou29開口系能量方程微分式Q

+

min(u+pv+c2/2+gz)in-

Wi-

mout(u+pv+c2/2+gz)out

=

dEcv工程上常用流率開口系能量方程微分式Q+min(u+pv+c230開口系能量方程微分式流動時，總一起存在焓開口系能量方程微分式流動時，總一起存在31開口系能量方程微分式開口系能量方程微分式32開口系能量方程微分式當有多個進出口：開口系能量方程微分式當有多個進出口：332.穩(wěn)定流動能量方程WiQminmout穩(wěn)定流動條件2)1)3)狀態(tài)不隨時間變化2.穩(wěn)定流動能量方程WiQminmout穩(wěn)定流動條34穩(wěn)定流動能量方程的推導(dǎo)穩(wěn)定流動條件0穩(wěn)定流動能量方程的推導(dǎo)穩(wěn)定流動條件035穩(wěn)定流動能量方程的推導(dǎo)比參數(shù)穩(wěn)定流動能量方程的推導(dǎo)比參數(shù)36適用于閉口系任何過程。充氣后，儲氣罐內(nèi)氣體質(zhì)量為m2，熱力學能u2，忽略動能差與位能差，且容器為剛性絕熱。（2）氣體在過程中作的功，已知（2）若系統(tǒng)從狀態(tài)3沿圖示曲線途徑到達狀態(tài)1，外界對系統(tǒng)作功6kJ，求該過程中系統(tǒng)與外界傳遞的熱量。qm1（h1–h2）=qm2（h4–h3）wC=(h2–h1)+q=–wi=–wtU1=U3–ΔU123=87.q=h2–h1已知環(huán)境壓力p0=0.已知環(huán)境壓力p0=0.Q+min(u+c2/2+gz)in對途徑2-3，有，系統(tǒng)熱力學能增大ΔU為正，反之為負。雖然能量方程形式不同，但開口系所做的功，究其根源任然是工質(zhì)的膨脹功。工質(zhì)流動時截面突然收縮，壓力下降。穩(wěn)定流動能量方程的推導(dǎo)2)技術(shù)功wt(technicalwork)=(-47.4）不可逆過程的功可嘗試從外部參數(shù)著手=(-77.穩(wěn)定流動能量方程適用條件：任何流動工質(zhì)任何穩(wěn)定流動過程適用于閉口系任何過程。穩(wěn)定流動能量方程適用條件：任何流動工質(zhì)371)穩(wěn)定流動能量方程式的分析工質(zhì)對機器所作的功機械能增量流動功熱能轉(zhuǎn)變成功的部分：工質(zhì)的體積變化功(q=Δu+w)1)穩(wěn)定流動能量方程式的分析工質(zhì)對機器所作的功機械能增量流382)技術(shù)功wt

(technicalwork

)技術(shù)上可以加以利用的功：2)技術(shù)功wt(technicalwork)技術(shù)上39q-Δu=wq-Δu=w40對可逆過程：dp為負，壓力降低,技術(shù)功為正，即工質(zhì)對機器做功；(汽輪機)dp為正，壓力升高,技術(shù)功為負，即機器對工質(zhì)做功。(壓氣機)對可逆過程：dp為負，壓力降低,技術(shù)功為正，即工質(zhì)對機器做功413)熱力學第一定律第二解析式把Wt的概念代入到穩(wěn)定流動能量方程式，可得到第二解析式：對可逆過程有：3)熱力學第一定律第二解析式把Wt的概念代入到穩(wěn)定流動能量424)兩個解析式之間的關(guān)系A(chǔ).通過膨脹，熱能功;B.兩解析式可相互導(dǎo)出;C.只有在開口系中能量方程才用焓4)兩個解析式之間的關(guān)系A(chǔ).通過膨脹，熱能432-7

能量方程式的應(yīng)用雖然能量方程形式不同，但開口系所做的功，究其根源任然是工質(zhì)的膨脹功。2-7能量方程式的應(yīng)用雖然能量方程形式不同，但開口系所做441.蒸汽輪機、燃氣輪機

(steamturbine、gasturbine)流進系統(tǒng)：u1+p1v1=h1內(nèi)部儲存能增量：0流出系統(tǒng)：u2+p2v2=h2，wih1–h2=wi=wt1.蒸汽輪機、燃氣輪機

(steamturbine、gas452.壓氣機、水泵類(compressor、pump

)wC=(h2

–h1)+q=–wi=–wt流進系統(tǒng)：

內(nèi)部儲存能增量：0

流出系統(tǒng)：2.壓氣機、水泵類(compressor、pump)wC46進入的能量-離開的能量=系統(tǒng)儲存能量的變化流進系統(tǒng)：系統(tǒng)吸熱Q為正，放熱Q為負；1）確定研究對象——選好熱力系統(tǒng)；因此，過程中氣體自外界吸熱112000J。3）兩種思路：從已知條件逐步推向目標4m3，過程中氣體壓力保持定值，且則Q23=ΔU23+W23=U3–U2=87.分析大多數(shù)實際熱力設(shè)備時，常采用開口系統(tǒng)即控制容積的分析方法h1–h2=wi=wtdp為正，壓力升高,技術(shù)功為負，即機器對工質(zhì)做功。進入的能量-離開的能量=系統(tǒng)儲存能量的變化ΔU123=U3–U1=Q123–W123系統(tǒng)對外作功W為正，反之為負；2-5熱力學第一定律的基本能量方程式適用于閉口系任何過程。說明理想氣體的熱力學能增大，這是由隨進入工質(zhì)而進入的推動功轉(zhuǎn)換成熱能所致——即使向真空系統(tǒng)輸送，也需要推動功！在熱工計算中關(guān)心的是兩個狀態(tài)間焓的變化，因此，可選取某一狀態(tài)的焓值為零作為計算基準。5kJ，求過程2-3傳遞的熱量及狀態(tài)1的熱力學能。進入系統(tǒng)的能量–離開系統(tǒng)的能量3.換熱器：鍋爐、加熱器等

(heatexchanger:boiler、heater)q

=h2

–h1進入的能量-離開的能量=系統(tǒng)儲存能量的變化3.換熱器：鍋爐、47q

=h2

–h1qm1（h1–h2）=qm2（h4–h3）如果等式左邊q由另一種工質(zhì)經(jīng)該過程的換熱量，即兩種流體相互交換熱量流進系統(tǒng)：qm1h1，qm2h3流出系統(tǒng)：qm1h2，qm2h4q=h2–h1qm1（h1–h2）=qm2（484.管內(nèi)流動?(cf22–cf12)

=h1

–h2內(nèi)部儲存能增量：0流進系統(tǒng)：流出系統(tǒng)：4.管內(nèi)流動?(cf22–cf12)=h1–h2495.絕熱節(jié)流h1=h2工質(zhì)流動時截面突然收縮，壓力下降。h1h2p1>p2擾動5.絕熱節(jié)流h1=h2工質(zhì)流動時截面突然收縮，壓力下降。50熱力學解題思路：1）確定研究對象——選好熱力系統(tǒng)；2）計算過程初、終態(tài)；3）兩種思路：從已知條件逐步推向目標

從目標反過來缺什么補什么4）不可逆過程的功可嘗試從外部參數(shù)著手熱力學解題思路：1）確定研究對象——選好熱力系統(tǒng)；51例2-60.1MPa，20℃的空氣，在壓氣機中絕熱壓縮升壓升溫，然后導(dǎo)入換熱器排走部分熱量后，再進入噴管膨脹到0.1MPa，20℃。噴管出口截面積A=0.0324m2，氣體流速cf2=300m/s。已知壓氣機耗功率710kW，問換熱器中空氣散失的熱量。例2-60.1MPa，20℃的空氣，在壓氣機中絕熱壓縮升壓52解：對CV列能量方程流入：流出：內(nèi)增：0解：對CV列能量方程流入：流出：內(nèi)增：053據(jù)題義，據(jù)題義，54或穩(wěn)定流動能量方程黑箱技術(shù)或穩(wěn)定流動能量方程黑箱技術(shù)55例2-7解：取A為CV——容器剛性絕熱忽略動能差及位能差，則若容器A為剛性絕熱初態(tài)為真空，打開閥門充氣，使壓力p2=4MPa時截止。若空氣u=0.72T求容器A內(nèi)達平衡后溫度T2及充入氣體量m。非穩(wěn)定開口系充氣問題例2-7解：取A為CV——容器剛性絕熱忽略動能差及位能差，56系統(tǒng)因引進(或排出)工質(zhì)而獲得(輸出)的總能量。q=h2–h1已知壓氣機耗功率710kW，問換熱器中空氣散失的熱量。工質(zhì)流動時截面突然收縮，壓力下降。h1–h2=wi=wt在熱工計算中關(guān)心的是兩個狀態(tài)間焓的變化，因此，可選取某一狀態(tài)的焓值為零作為計算基準。2-6開口系統(tǒng)能量方程式15MPa，t2=207℃。定過程中系統(tǒng)動能的變化。2-6開口系統(tǒng)能量方程式同一截面上各點的溫度和壓力可近似認為不變；說明理想氣體的熱力學能增大，這是由隨進入工質(zhì)而進入的推動功轉(zhuǎn)換成熱能所致——即使向真空系統(tǒng)輸送，也需要推動功！5kJ)–30kJ=-77.只有在開口系中能量方程才用焓內(nèi)增：m2u2-0工質(zhì)從外界吸收熱量Q；4m3，過程中氣體壓力保持定值，且任何穩(wěn)定流動過程（1）取汽缸內(nèi)的氣體為熱力系，為一閉口系，其能量方程為：2)技術(shù)功wt(technicalwork)由因輸氣管中參數(shù)不變，所以hin為常數(shù)，所以：系統(tǒng)因引進(或排出)工質(zhì)而獲得(輸出)的總能量。由因輸氣管中57流入：hinmin

流出：0內(nèi)增：m2u2

-0進入系統(tǒng)的能量–離開系統(tǒng)的能量=系統(tǒng)儲存能的變化流入：hinmin進入系統(tǒng)的能量–離開58討論：1）非穩(wěn)態(tài)流動問題可用一般能量方程式也可用基本原則，在某些條件下，后者更方便。2）能量方程中若流體流入、流出系統(tǒng)，物質(zhì)能量用h，若不流動用u。3）t2=150.84℃>>t1=30℃？說明理想氣體的熱力學能增大，這是由隨進入工質(zhì)而進入的推動功轉(zhuǎn)換成熱能所致——即使向真空系統(tǒng)輸送，也需要推動功！討論：1）非穩(wěn)態(tài)流動問題可用一般能量方程式也可用基本原則，59例2-8充氣問題（延伸）已知儲氣罐中原有的空氣質(zhì)量m1，熱力學能u1，壓力p1，溫度T1。充氣后，儲氣罐內(nèi)氣體質(zhì)量為m2，熱力學能u2，忽略動能差與位能差，且容器為剛性絕熱。導(dǎo)出u2與h的關(guān)系式。解：取氣罐為系統(tǒng)?？紤]一股流體流入，無流出方法一m1例2-8充氣問題（延伸）已知儲氣罐中原有的空氣質(zhì)量m1，熱60工程熱力學焓優(yōu)質(zhì)推薦課件61方法二取終態(tài)時氣罐內(nèi)全部(m2)空氣為封閉系閉口系

Q=ΔU+WQ：容器剛性絕熱Q=0m1方法二取終態(tài)時氣罐內(nèi)全部(m2)空氣為封閉系閉口系62方法三取充入氣罐的m2-m1空氣為閉口系與管內(nèi)氣體交換的功與容器內(nèi)原有氣體交換的功

僅與容器內(nèi)原有氣體換熱方法三取充入氣罐的m2-m1空氣為閉口系與管內(nèi)氣體交632)技術(shù)功wt(technicalwork)只有在開口系中能量方程才用焓認為同一截面上各點有相同的流速。wC=(h2–h1)+q=–wi=–wt進入的能量-離開的能量=系統(tǒng)儲存能量的變化技術(shù)上可以加以利用的功：5kJ，而系統(tǒng)對外作功為30kJ，如圖所示。15MPa，t2=207℃。通過膨脹，熱能功;4m3，過程中氣體壓力保持定值，且wC=(h2–h1)+q=–wi=–wtQ+min(u+c2/2+gz)in工質(zhì)從外界吸收熱量Q；=系統(tǒng)儲存能的變化5kJ-175kJ=-87.84℃>>t1=30℃？進入系統(tǒng)的能量–離開系統(tǒng)的能量3）兩種思路：從已知條件逐步推向目標通過膨脹，熱能功;1）確定研究對象——選好熱力系統(tǒng)；另取原罐內(nèi)m1kg空氣為閉口系，代入（A）式，整理得2)技術(shù)功wt(technicalwork)另取原64工程熱力學焓工程熱力學焓65焓的定義定義：H=U+pV

h=u+pv單位：J（kJ）J/kg（kJ/kg）焓的物理意義：系統(tǒng)因引進(或排出)工質(zhì)而獲得(輸出)的總能量。焓的定義定義：H=U+pVh=66焓是狀態(tài)參數(shù)工質(zhì)的焓和熱力學能一樣，無法測定其絕對值。在熱工計算中關(guān)心的是兩個狀態(tài)間焓的變化，因此，可選取某一狀態(tài)的焓值為零作為計算基準。滿足狀態(tài)參數(shù)的一切特征。H=U+pV

h=u+pvh=f(p，v)焓是狀態(tài)參數(shù)工質(zhì)的焓和熱力學能一樣，無法測定其絕對值672-5熱力學第一定律的基本能量方程式1.普遍方程進入系統(tǒng)的能量–離開系統(tǒng)的能量=系統(tǒng)儲存能的變化適用于任何系統(tǒng)、任何過程2-5熱力學第一定律的基本能量方程式1.普遍方程適用于任何系682.

閉口系統(tǒng)的能量方程式

工質(zhì)從外界吸收熱量Q；從狀態(tài)1變化到狀態(tài)2；對外界作膨脹功W。熱功的基本表達式進入系統(tǒng)的能量–離開系統(tǒng)的能量=系統(tǒng)儲存能的變化2.閉口系統(tǒng)的能量方程式工質(zhì)從外69第一定律解析式適用于閉口系任何過程。第一定律解析式適用于閉口系任何過程。70討論：對于準靜態(tài)過程，Tds=du+pdvTds=u+pdv對于循環(huán)，對于可逆過程，討論：對于準靜態(tài)過程，Tds=du+pdvTds71符號規(guī)定：系統(tǒng)吸熱Q為正，放熱Q為負；系統(tǒng)對外作功W為正，反之為負；系統(tǒng)熱力學能增大ΔU為正，反之為負。符號規(guī)定：系統(tǒng)吸熱Q為正，放熱Q為負；72如圖，B室為真空，抽去隔板。求過程的ΔU解：取氣體為熱力系統(tǒng)，由熱力學第一定律解析式：所以：如圖，B室為真空，抽去隔板。求過程的ΔU解：取氣體為熱力系統(tǒng)73例2-1如圖，一定量的氣體在汽缸內(nèi)體積由0.9m3可逆地膨脹到1.4m3，過程中氣體壓力保持定值，且p=0.2MPa。若在此過程中氣體熱力學能增加12000J，求：（1）過程中氣體吸入或放出的熱量；（2）如果活塞質(zhì)量為20kg，且初始時活塞靜止，求終態(tài)時活塞的速度。已知環(huán)境壓力p0=0.1MPa。例2-1如圖，一定量的氣體在汽缸內(nèi)體積由0.9m3可逆（1）74解：（1）取汽缸內(nèi)的氣體為熱力系，為一閉口系，其能量方程為：由題意有：

由于過程可逆，且過程中壓力保持恒定，所以有：所以：因此，過程中氣體自外界吸熱112000J。解：（1）取汽缸內(nèi)的氣體為熱力系，為一閉口系，其能量方程為：75（2）氣體對外界作功，一部分用于排斥活塞背面的大氣作功Wr，另一部分轉(zhuǎn)變成活塞的動能增加，為Wu（有用功）。由有用功的表達式有：因為所以（2）氣體對外界作功，一部分用于排斥活塞背面的大氣作功Wr76例2-2如圖，氣缸內(nèi)充以空氣，活塞及負載195kg，缸壁充分導(dǎo)熱，取走100kg負載，待平衡后，求：（1）活塞上升的高度ΔH;（2）氣體在過程中作的功，已知例2-2如圖，氣缸內(nèi)充以空氣，活塞及負載195kg，缸壁充分77解：取缸內(nèi)氣體為閉口系首先計算狀態(tài)1及狀態(tài)2的參數(shù)：

突然取走100kg負載，氣體失去平衡，振蕩后最終建立新的平衡。雖不計摩擦，但由于非準靜態(tài)，故過程不可逆，但仍可應(yīng)用第一定律解析式。(缸壁充分導(dǎo)熱)分析：解：取缸內(nèi)氣體為閉口系首先計算狀態(tài)1及狀態(tài)278（1）過程中質(zhì)量m不變（2）由于過程不可逆，所以但是，外力在此過程中沒有變，所以有：（1）過程中質(zhì)量m不變（2）由于過程不可逆，所以但是，外力79例2-3如圖，已知活塞與氣缸無摩擦，初始時p1=pb=105Pa，t1=27℃，緩緩加熱，使p2=0.15MPa，t2=207℃。若m=0.1kg，缸徑=0.4m，空氣求：過程加熱量Q例2-3如圖，已知活塞與氣缸無摩擦，初始時p1=pb=10580分析大多數(shù)實際熱力設(shè)備時，常采用開口系統(tǒng)即控制容積的分析方法Q123=ΔU143+W143=ΔU123+W143閉口系統(tǒng)的能量方程式雖不計摩擦，但由于非準靜態(tài)，故過程不可逆，但仍可應(yīng)用第一定律解析式。雖然能量方程形式不同，但開口系所做的功，究其根源任然是工質(zhì)的膨脹功。流進系統(tǒng)：wC=(h2–h1)+q=–wi=–wt求終態(tài)時活塞的速度。不是pdv只有在開口系中能量方程才用焓工質(zhì)從外界吸收熱量Q；例2-8充氣問題（延伸）因此，過程中氣體自外界吸熱112000J。已知環(huán)境壓力p0=0.方法二取終態(tài)時氣罐內(nèi)全部(m2)空氣為封閉系5kJ)+15kJ=-62.突然取走100kg負載，氣體失去平衡，振蕩后最終建立新的平衡。h1–h2=wi=wt同一截面上各點的溫度和壓力可近似認為不變；適用條件：任何流動工質(zhì)解：根據(jù)題意可得U：下面求W過程可逆，所以可以用求解。在整個過程中，，所以有：W大氣W彈力分析大多數(shù)實際熱力設(shè)備時，常采用開口系統(tǒng)即控制容積的分析方法81工程熱力學焓優(yōu)質(zhì)推薦課件82工程熱力學焓優(yōu)質(zhì)推薦課件83例2-4一個裝有2kg工質(zhì)的閉口系統(tǒng)經(jīng)歷如下過程：過程中散熱25kJ，外界對系統(tǒng)作功100kJ，比熱力學能減小15kJ/kg，并且整個系統(tǒng)被舉高了1000m。確定過程中系統(tǒng)動能的變化。解：需要考慮系統(tǒng)動能及位能的變化，運用熱力學第一定律有：即系統(tǒng)的動能增加了85.4kJ.例2-4一個裝有2kg工質(zhì)的閉口系統(tǒng)經(jīng)歷如下過程：過程解：需84例2-5一閉口系從狀態(tài)1沿1-2-3途徑到狀態(tài)3，傳遞給外界的熱量為47.5kJ，而系統(tǒng)對外作功為30kJ，如圖所示。（1）若沿1-4-3途徑變化時，系統(tǒng)對外作功15kJ，求過程中系統(tǒng)與外界傳遞的熱量。（2）若系統(tǒng)從狀態(tài)3沿圖示曲線途徑到達狀態(tài)1，外界對系統(tǒng)作功6kJ，求該過程中系統(tǒng)與外界傳遞的熱量。（3）若U2=175kJ，U3=87.5kJ，求過程2-3傳遞的熱量及狀態(tài)1的熱力學能。例2-5一閉口系從狀態(tài)1沿1-2-3途徑到狀態(tài)3，傳遞給外界85解：對途徑1-2-3，由閉口系統(tǒng)能量方程得：ΔU123

=U3

–U1=Q123

–W123=(-47.5kJ)–30kJ=-77.5kJ（1）對途徑1-4-3，由閉口系統(tǒng)能量方程得：

Q123=

ΔU143+W143=ΔU123+W143=(-77.5kJ)+15kJ=-

62.5kJ（系統(tǒng)向外界放熱）（1）若沿1-4-3途徑變化時，系統(tǒng)對外作功15kJ，求過程中系統(tǒng)與外界傳遞的熱量。解：對途徑1-2-3，由閉口系統(tǒng)能量86對途徑3-1，可得到：

Q31=ΔU31+W31=(U1–U3)+W31=77.5kJ+(-6kJ)=71.5kJ（2）若系統(tǒng)從狀態(tài)3沿圖示曲線途徑到達狀態(tài)1，外界對系統(tǒng)作功6kJ，求該過程中系統(tǒng)與外界傳遞的熱量。對途徑3-1，可得到：（2）若系統(tǒng)從狀態(tài)3沿圖示曲線途徑到達87對途徑2-3，有，則Q23=ΔU23+W23=U3–U2=87.5kJ-175kJ=-87.5kJ

U1

=

U3

–

ΔU123=87.5kJ–(-77.5kJ)=165kJ（3）若U2=175kJ，U3=87.5kJ，求過程2-3傳遞的熱量及狀態(tài)1的熱力學能。對途徑2-3，有882-6

開口系統(tǒng)能量方程式分析大多數(shù)實際熱力設(shè)備時，常采用開口系統(tǒng)即控制容積的分析方法同一截面上各點的溫度和壓力可近似認為不變；認為同一截面上各點有相同的流速。2-6開口系統(tǒng)能量方程式分析大多數(shù)實際熱力設(shè)備時，常采用891.開口系統(tǒng)能量方程式WiQminmoutuinuoutgzingzout能量守恒原則進入的能量-離開的能量=系統(tǒng)儲存能量的變化1.開口系統(tǒng)能量方程式WiQminmoutuinu90h1–h2=wi=wt工質(zhì)從外界吸收熱量Q；4m3，過程中氣體壓力保持定值，且流進系統(tǒng)：Q+min(u+c2/2+gz)in系統(tǒng)吸熱Q為正，放熱Q為負；流出：0首先計算狀態(tài)1及狀態(tài)2的參數(shù)：已知環(huán)境壓力p0=0.（2）若系統(tǒng)從狀態(tài)3沿圖示曲線途徑到達狀態(tài)1，外界對系統(tǒng)作功6kJ，求該過程中系統(tǒng)與外界傳遞的熱量。雖不計摩擦，但由于非準靜態(tài)，故過程不可逆，但仍可應(yīng)用第一定律解析式。雖然能量方程形式不同，但開口系所做的功，究其根源任然是工質(zhì)的膨脹功。（1）取汽缸內(nèi)的氣體為熱力系，為一閉口系，其能量方程為：（2）氣體對外界作功，一部分用于排斥活塞背面的大氣作功Wr，另一部分轉(zhuǎn)變成活塞的動能增加，為Wu（有用功）。取缸內(nèi)氣體為閉口系雖然能量方程形式不同，但開口系所做的功，究其根源任然是工質(zhì)的膨脹功。H=U+pVh=u+pv流出：04）不可逆過程的功可嘗試從外部參數(shù)著手q=h2–h1WiQminmoutuinuoutgzingzoutQ

+

min(u+c2/2+gz)in-

mout(u+c2/2+gz)out

-

Wi

=

dEcv？少了推動功h1–h2=wi=wtWiQminmou91推動功pApVdl

W推=p

Adl=pV

w推=pv注意：不是

pdvv沒有變化推動功pApVdlW推=pAdl=pV注意：92開口系能量方程的推導(dǎo)WiQpvinmoutuinuoutgzingzoutQ

+

min(u+c2/2+gz)in-

mout(u+c2/2+gz)out

-

Wi

=

dEcvminpvout開口系能量方程的推導(dǎo)WiQpvinmoutuinuou93開口系能量方程微分式Q

+

min(u+pv+c2/2+gz)in-

Wi-

mout(u+pv+c2/2+gz)out

=

dEcv工程上常用流率開口系能量方程微分式Q+min(u+pv+c294開口系能量方程微分式流動時，總一起存在焓開口系能量方程微分式流動時，總一起存在95開口系能量方程微分式開口系能量方程微分式96開口系能量方程微分式當有多個進出口：開口系能量方程微分式當有多個進出口：972.穩(wěn)定流動能量方程WiQminmout穩(wěn)定流動條件2)1)3)狀態(tài)不隨時間變化2.穩(wěn)定流動能量方程WiQminmout穩(wěn)定流動條98穩(wěn)定流動能量方程的推導(dǎo)穩(wěn)定流動條件0穩(wěn)定流動能量方程的推導(dǎo)穩(wěn)定流動條件099穩(wěn)定流動能量方程的推導(dǎo)比參數(shù)穩(wěn)定流動能量方程的推導(dǎo)比參數(shù)100適用于閉口系任何過程。充氣后，儲氣罐內(nèi)氣體質(zhì)量為m2，熱力學能u2，忽略動能差與位能差，且容器為剛性絕熱。（2）氣體在過程中作的功，已知（2）若系統(tǒng)從狀態(tài)3沿圖示曲線途徑到達狀態(tài)1，外界對系統(tǒng)作功6kJ，求該過程中系統(tǒng)與外界傳遞的熱量。qm1（h1–h2）=qm2（h4–h3）wC=(h2–h1)+q=–wi=–wtU1=U3–ΔU123=87.q=h2–h1已知環(huán)境壓力p0=0.已知環(huán)境壓力p0=0.Q+min(u+c2/2+gz)in對途徑2-3，有，系統(tǒng)熱力學能增大ΔU為正，反之為負。雖然能量方程形式不同，但開口系所做的功，究其根源任然是工質(zhì)的膨脹功。工質(zhì)流動時截面突然收縮，壓力下降。穩(wěn)定流動能量方程的推導(dǎo)2)技術(shù)功wt(technicalwork)=(-47.4）不可逆過程的功可嘗試從外部參數(shù)著手=(-77.穩(wěn)定流動能量方程適用條件：任何流動工質(zhì)任何穩(wěn)定流動過程適用于閉口系任何過程。穩(wěn)定流動能量方程適用條件：任何流動工質(zhì)1011)穩(wěn)定流動能量方程式的分析工質(zhì)對機器所作的功機械能增量流動功熱能轉(zhuǎn)變成功的部分：工質(zhì)的體積變化功(q=Δu+w)1)穩(wěn)定流動能量方程式的分析工質(zhì)對機器所作的功機械能增量流1022)技術(shù)功wt

(technicalwork

)技術(shù)上可以加以利用的功：2)技術(shù)功wt(technicalwork)技術(shù)上103q-Δu=wq-Δu=w104對可逆過程：dp為負，壓力降低,技術(shù)功為正，即工質(zhì)對機器做功；(汽輪機)dp為正，壓力升高,技術(shù)功為負，即機器對工質(zhì)做功。(壓氣機)對可逆過程：dp為負，壓力降低,技術(shù)功為正，即工質(zhì)對機器做功1053)熱力學第一定律第二解析式把Wt的概念代入到穩(wěn)定流動能量方程式，可得到第二解析式：對可逆過程有：3)熱力學第一定律第二解析式把Wt的概念代入到穩(wěn)定流動能量1064)兩個解析式之間的關(guān)系A(chǔ).通過膨脹，熱能功;B.兩解析式可相互導(dǎo)出;C.只有在開口系中能量方程才用焓4)兩個解析式之間的關(guān)系A(chǔ).通過膨脹，熱能1072-7

能量方程式的應(yīng)用雖然能量方程形式不同，但開口系所做的功，究其根源任然是工質(zhì)的膨脹功。2-7能量方程式的應(yīng)用雖然能量方程形式不同，但開口系所做1081.蒸汽輪機、燃氣輪機

(steamturbine、gasturbine)流進系統(tǒng)：u1+p1v1=h1內(nèi)部儲存能增量：0流出系統(tǒng)：u2+p2v2=h2，wih1–h2=wi=wt1.蒸汽輪機、燃氣輪機

(steamturbine、gas1092.壓氣機、水泵類(compressor、pump

)wC=(h2

–h1)+q=–wi=–wt流進系統(tǒng)：

內(nèi)部儲存能增量：0

流出系統(tǒng)：2.壓氣機、水泵類(compressor、pump)wC110進入的能量-離開的能量=系統(tǒng)儲存能量的變化流進系統(tǒng)：系統(tǒng)吸熱Q為正，放熱Q為負；1）確定研究對象——選好熱力系統(tǒng)；因此，過程中氣體自外界吸熱112000J。3）兩種思路：從已知條件逐步推向目標4m3，過程中氣體壓力保持定值，且則Q23=ΔU23+W23=U3–U2=87.分析大多數(shù)實際熱力設(shè)備時，常采用開口系統(tǒng)即控制容積的分析方法h1–h2=wi=wtdp為正，壓力升高,技術(shù)功為負，即機器對工質(zhì)做功。進入的能量-離開的能量=系統(tǒng)儲存能量的變化ΔU123=U3–U1=Q123–W123系統(tǒng)對外作功W為正，反之為負；2-5熱力學第一定律的基本能量方程式適用于閉口系任何過程。說明理想氣體的熱力學能增大，這是由隨進入工質(zhì)而進入的推動功轉(zhuǎn)換成熱能所致——即使向真空系統(tǒng)輸送，也需要推動功！在熱工計算中關(guān)心的是兩個狀態(tài)間焓的變化，因此，可選取某一狀態(tài)的焓值為零作為計算基準。5kJ，求過程2-3傳遞的熱量及狀態(tài)1的熱力學能。進入系統(tǒng)的能量–離開系統(tǒng)的能量3.換熱器：鍋爐、加熱器等

(heatexchanger:boiler、heater)q

=h2

–h1進入的能量-離開的能量=系統(tǒng)儲存能量的變化3.換熱器：鍋爐、111q

=h2

–h1qm1（h1–h2）=qm2（h4–h3）如果等式左邊q由另一種工質(zhì)經(jīng)該過程的換熱量，即兩種流體相互交換熱量流進系統(tǒng)：qm1h1，qm2h3流出系統(tǒng)：qm1h2，qm2h4q=h2–h1qm1（h1–h2）=qm2（1124.管內(nèi)流動?(cf22–cf12)

=h1

–h2內(nèi)部儲存能增量：0流進系統(tǒng)：流出系統(tǒng)：4.管內(nèi)流動?(cf22–cf12)=h1–h21135.絕熱節(jié)流h1=h2工質(zhì)流動時截面突然收縮，壓力下降。h1h2p1>p2擾動5.絕熱節(jié)流h1=h2工質(zhì)流動時截面突然收縮，壓力下降。114熱力學解題思路：1）確定研究對象——選好熱力系統(tǒng)；2）計算過程初、終態(tài)；3）兩種思路：從已知條件逐步推向目標

從目標反過來缺什么補什么4）不可逆過程的功可嘗試從外部參數(shù)著手熱力學解題思路：1）確定研究對象——選好熱力系統(tǒng)；115例2-60.1MPa，20℃的空氣，在壓氣機中絕熱壓縮升壓升溫，然后導(dǎo)入換熱器排走部分熱量后，再進入噴管膨脹到0.1MPa，20℃。噴管出口截面積A=0.0324m2，氣體流速cf2=300