動力熱力學 第一定律

動力熱力學第一定律第一頁，共三十五頁，2022年，8月28日§2-2熱力學能和總能一、熱力學能（內能）(internalenergy)定義：物體內部的能量。微觀上，內能包括分子動能（平動、轉動、振動）分子間勢能化學能核能本課程不涉及第二頁，共三十五頁，2022年，8月28日二、內能是狀態(tài)參數(shù)一個抽象的閉系（代表各種具體情況）如圖，經(jīng)一個微元過程：第三頁，共三十五頁，2022年，8月28日對系統(tǒng)，第一定律能律守恒關系為：進入系統(tǒng)的能量—離開系統(tǒng)的能量=系統(tǒng)內部能量的增量即第四頁，共三十五頁，2022年，8月28日對任何循環(huán)：此結論來自第一定律或經(jīng)驗。則結論：U是狀態(tài)參數(shù)。這是因為，在數(shù)學上，如果則，z為點函數(shù)。對點函數(shù)z有，與路徑無關。這是狀態(tài)參數(shù)具有的性質。即狀態(tài)參數(shù)只與狀態(tài)有關，而與達到該狀態(tài)的過程無關。內能的單位是：J(焦耳)；工程中關心的是⊿U。第五頁，共三十五頁，2022年，8月28日三、總能量（totalstoredenergyofsystem）總=內+動+勢第六頁，共三十五頁，2022年，8月28日§2-3能量的傳遞和轉化能量傳遞的兩種方式：作功熱傳遞功和熱的不同點和相同點：功和熱均為系統(tǒng)和外界通過邊界傳遞的能量，都是過程量；功的傳遞改變宏觀運動狀態(tài)；熱的傳遞改變微觀的運動狀態(tài)。第七頁，共三十五頁，2022年，8月28日介紹幾種功：1.容積變化功，是容積變化或邊界移動產(chǎn)生的功；熱能轉變?yōu)闄C械能，只能通過容積變化（膨脹）功實現(xiàn)。膨脹是熱變功的根本方式。（以后的講解可以理解）第八頁，共三十五頁，2022年，8月28日⊿x活塞右移，工質進入氣缸。實質是外界壓力p把工質壓入氣缸，故推動功為：p，v推動功作用在質量m上。m被推入系統(tǒng)內，所以推動功隨質量m一起進入系統(tǒng)。推動功的意義：工質m流入系統(tǒng)帶入的功(外界對系統(tǒng)作功)；工質m流出系統(tǒng)帶出的功(系統(tǒng)對外界作功)。2.推動功(flowwork;flowenergy)：推動工質移動所作的功；或因工質在開口系統(tǒng)中流動而傳遞的功。第九頁，共三十五頁，2022年，8月28日3.流動功(flowwork;flowenergy)：入口1出口2意義：維持開系流動，工質所作的功；出口和進口推動功之差便是流動功。第十頁，共三十五頁，2022年，8月28日4.技術功：式中：維持流動工質所作的功?？梢姡杭夹g功=膨脹功-流動功，它是膨脹功的一部分。技術功的意義：是開系對外界作的功。這是因為：工質作功是膨脹功W，它一部份用于維持開系流動Wf,剩下的部分才是開系作的功。故：開系作的功，不是膨脹功，而是技術功。定義：工質由入口1流動到出口2所作的膨脹功；第十一頁，共三十五頁，2022年，8月28日pV12bacd膨脹功：面積12ba1；技術功：面積12cd1。進一步分析：示功圖：第十二頁，共三十五頁，2022年，8月28日§2-4焓(enthalpy)定義：H=U+pV叫焓h=u+pv叫比焓單位：J(焦耳)焓是狀態(tài)參數(shù)。因為：內能U和pV推動功都隨m流動帶走。流動工質攜帶的總能：工質宏觀運動決定焓的物理意義是：隨工質移動而轉移的能量；或：流動工質攜帶的由熱力狀態(tài)決定的能量。單位：J/kg(焦耳/千克)第十三頁，共三十五頁，2022年，8月28日進入系統(tǒng)的能量總和－離開系統(tǒng)的能量總和=系統(tǒng)總儲存能的增量EE+dE§2-5熱力學第一定律的基本能量方程式第十四頁，共三十五頁，2022年，8月28日進入：離開：內部貯能的增量：dE帶入基本能量方程式并整理得：基本能量方程式熱變功的基本關系：工質吸熱δQ，一部分增加內能dU，另一部分對外作δW。忽略宏觀動能Uk和位能Up，第一定律定第一表達式第十五頁，共三十五頁，2022年，8月28日有關焓的關系式：注意：正負的規(guī)定工質吸熱，δQ>0；工質放熱δQ<0；工質對外作功δW>0；外界對工質作功δW<0。參考下面式子自己推導。H=U+pV第一定律定第二表達式第十六頁，共三十五頁，2022年，8月28日功的基本表達式第一定律第一解析式——熱討論：1）對于可逆過程2）對于循環(huán)3）對于一定量的工質，吸熱與升溫關系，還取決于W的

“+”，“–”和大小。第十七頁，共三十五頁，2022年，8月28日例

自由膨脹如圖，解：取氣體為熱力系

—閉口系？開口系？強調：功是通過邊界傳遞的能量。抽去隔板，求?例題\第二章\A4302661.ppt

例題\第二章\A4303771.ppt

第十八頁，共三十五頁，2022年，8月28日一、一般表達式進入系統(tǒng)的能量－離開系統(tǒng)的能量=控制容積的儲存能增量§2-6開口系統(tǒng)能量方程第十九頁，共三十五頁，2022年，8月28日dτ時間內:進入系統(tǒng)物質離開系統(tǒng)物質第二十頁，共三十五頁，2022年，8月28日1.進入系統(tǒng)的能量：熱量：δQ2.離開系統(tǒng)的能量：控制體積的容積變化微元功微元軸功微元內部功微元摩擦功第二十一頁，共三十五頁，2022年，8月28日3.系統(tǒng)儲存能的增量：CV表示控制體內部。帶入一般表達式，整理得：單位時間內(上式是dτ時間內的能量關系)令：Φ=δQ/dτ—加熱率(熱流量)；=dm/dτ—質量流率(量)；Pi=δWi/dτ—內部功率。則：第二十二頁，共三十五頁，2022年，8月28日二、穩(wěn)定流動能量方程式

(steady-flowenergyequation)穩(wěn)定流動特征：1）各截面上參數(shù)不隨時間變化。2）ΔECV=0，

ΔSCV=0，

ΔmCV=0?···穩(wěn)定流動：系統(tǒng)內任何點上的一切參數(shù)都不隨時間變化。滿足條件：1.進出口狀態(tài)不變(熱力狀態(tài))；2.進出口流量相等且不變(流動狀態(tài))；3.功和熱量不隨時間變化(能量狀態(tài))；注意：各截面之間的相應參數(shù)可能不同。第二十三頁，共三十五頁，2022年，8月28日準穩(wěn)定流動：如內燃機的氣體流動，雖時時在變，但有周期性，其平均流可看作穩(wěn)定。對（準）穩(wěn)定流動，開口系統(tǒng)能量方程式中是流入1kg工質的吸熱量；是流入1kg工質的內部功。第二十四頁，共三十五頁，2022年，8月28日則得穩(wěn)定流動能量方程：寫成微量的形式：質量為m的工質：寫成微量的形式：第二十五頁，共三十五頁，2022年，8月28日A式可化為：

熱能轉變?yōu)楣Φ牟糠謾C械能增量流動功內部功三、技術功：技術上可資利用的功，用表示：定義：與本頁第一式比較得：

（容積變化功或膨脹功W）第二十六頁，共三十五頁，2022年，8月28日工質膨脹功=流動功+動能增量+勢能增量+內部功即是說：維持開系流動的流動功，工質動、勢能的增量，及工質的內部功都是從工質膨脹功轉化而來的?；蛘f：熱能轉變?yōu)闄C械能，只能通過膨脹功是實現(xiàn)。四、熱能轉變?yōu)闄C械能，只能通過容積變化（膨脹）功來實現(xiàn)。上頁第一式變?yōu)椋?/p>

第二十七頁，共三十五頁，2022年，8月28日歸納熱力學解題思路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)著手第二十八頁，共三十五頁，2022年，8月28日穩(wěn)定流動：一、動力機(蒸汽輪機、燃氣輪機steamturbine,gasturbine)是因為它們遠小于內部功=焓降(工質攜帶能量的減少)內部儲能增量：

0§2-7能量方程式的應用第二十九頁，共三十五頁，2022年，8月28日2、壓氣機，水泵類

(compressor、pump)圖\設備圖\壓氣機.doc

與動力機過程相反：內部儲能增量：

0第三十頁，共三十五頁，2022年，8月28日3、換熱器（鍋爐、加熱器等）

(heat

exchanger;

boiler、heater)第三十一頁，共三十五頁，2022年，8月28日流入：流出：內增：

0若忽略動能差、位能差能量平衡關系式吸熱焓增放熱焓降第三十二頁，共三十五頁，2022年，8月28日四、管道流入：流出：內增：

0忽略位能差：管子短或保溫好q≈0：第三十三頁，共三十