第4講 熱力學(xué)第一定律

熱力學(xué)第一定律

1-1熱力學(xué)第一定律的實(shí)質(zhì)1-2熱力學(xué)能（內(nèi)能）和總能1-3熱力學(xué)第一定律的基本表達(dá)式1-4閉口系基本能量方程式1-5開口系能量方程式1–1

熱力學(xué)第一定律的實(shí)質(zhì)一、第一定律的實(shí)質(zhì)

能量守恒與轉(zhuǎn)換定律在熱現(xiàn)象中的應(yīng)用。

自然界中的一切物質(zhì)都具有能量，能量不可能被創(chuàng)造也不可能被消滅，但可以從一種形態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N形態(tài)，在轉(zhuǎn)化過程中能量的總量保持不變。1–2熱力學(xué)能（內(nèi)能）和總能一、熱力學(xué)能UchUnuUthUk平移動(dòng)能轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)能振動(dòng)動(dòng)能Up（分子間相互作用力）二、總（儲(chǔ)存）能總能熱力學(xué)能，內(nèi)部儲(chǔ)存能外部儲(chǔ)存能宏觀動(dòng)能宏觀位能（維持一定分子結(jié)構(gòu)的化學(xué)能）原子核內(nèi)部的原子能）氣體分子運(yùn)動(dòng)說

測(cè)量p、V、T可求出四、熱力學(xué)能單位

五、工程中關(guān)心宏觀動(dòng)能與內(nèi)動(dòng)能的區(qū)別三、熱力學(xué)能是狀態(tài)參數(shù)1–3熱力學(xué)第一定律基本表達(dá)式

加入系統(tǒng)的能量總和－離開系統(tǒng)的能量總和=熱力系總儲(chǔ)存能的增量EE+dE流入：流出：總能的增量：dE或EE+dE1–4閉口系基本能量方程式

閉口系忽略宏觀動(dòng)能Ek和位能Ep第一定律第一解析式熱功的基本表達(dá)式討論：1）對(duì)于可逆過程2）對(duì)于循環(huán)3）對(duì)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。例1自由膨脹如圖，解：取氣體為熱力系

—閉口系？開口系？抽去隔板，求?例2：門窗緊閉房間用電冰箱降溫以房間為系統(tǒng)

絕熱閉口系閉口系能量方程T電冰箱例3：門窗緊閉房間用空調(diào)降溫以房間為系統(tǒng)

閉口系閉口系能量方程T空調(diào)Q1–5開口系能量方程一、推動(dòng)功和流動(dòng)功

推動(dòng)功：系統(tǒng)引進(jìn)或排除工質(zhì)傳遞的功量。pvp1v11o流動(dòng)功：系統(tǒng)維持流動(dòng)所花費(fèi)的代價(jià)。流動(dòng)功在p-v圖上：二、焓定義：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)的能量。三、穩(wěn)定流動(dòng)能量方程穩(wěn)定流動(dòng)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(shí)間變化。2）ΔECV=0，ΔSCV=0，ΔmCV=0···

流入系統(tǒng)的能量:流出系統(tǒng)的能量:系統(tǒng)內(nèi)部儲(chǔ)能增量:ΔECV–=考慮到穩(wěn)流特征：ΔECV=0qm1=qm2=qm;及h=u+pv

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(dòng)功機(jī)械能增量（C）2）技術(shù)功)—技術(shù)上可資利用的功wt由式（C）可逆過程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(gè)解析式的關(guān)系功，w=q–Δu總之：可逆穩(wěn)流開口與閉口的能量方程容積變化功w技術(shù)功wt閉口穩(wěn)流開口等價(jià)軸功ws流動(dòng)功(pv)幾種功的關(guān)系？幾種功的關(guān)系wwt△(pv)△c2/2wsg△z做功的根源ws四、穩(wěn)定流動(dòng)能量方程式的應(yīng)用簡(jiǎn)化原則：滿足工程需要，略去次要因素。1.葉輪機(jī)械、噴管、節(jié)流閥等，作絕熱處理。q=0a.表面經(jīng)絕熱化處理、有效傳熱面積小;b.工質(zhì)流速快來不及換熱。2.除去噴管、擴(kuò)壓管這類使氣流速度改變比較劇烈的設(shè)備外，一般設(shè)備中氣流進(jìn)出口3.對(duì)于簡(jiǎn)單可壓縮系，設(shè)備中若無活塞、軸類這些做功部件，則閉口系中W=0，開口系中Ws=0,如鍋爐換熱器等。

透平機(jī)械（蒸汽輪機(jī)、氣輪機(jī)等）壓縮機(jī)械（壓氣機(jī)，水泵類）換熱器類（鍋爐、加熱器等）熱流體冷流體h1h2h1’h2’絕熱節(jié)流管道閥門、毛細(xì)管膨脹閥絕熱節(jié)流過程，前后h不變，但h不是處處相等h1h2例題4：典型充氣問題儲(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’忽略儲(chǔ)氣罐、閥門均絕熱m0,u0h利用熱一律的數(shù)學(xué)表達(dá)式（四種可取系統(tǒng)）1）取儲(chǔ)氣罐為系統(tǒng)開口系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)閉口系利用熱一律的文字表達(dá)式1)取儲(chǔ)氣罐為系統(tǒng)(開口系)忽略動(dòng)位能變化h絕熱無作功部件無離開氣體經(jīng)時(shí)間充氣，積分概念hh是