熱力學(xué)第一定律和第二定律-開口系統(tǒng)穩(wěn)定流動(dòng)能量方程及其應(yīng)用

開口系統(tǒng)穩(wěn)定流動(dòng)能量方程一、開口系統(tǒng)與邊界的能量傳遞隨物質(zhì)傳遞的能量流動(dòng)工質(zhì)本身具有的能量流動(dòng)功(或推動(dòng)功)為推動(dòng)流體通過控制體界面而傳遞的機(jī)械功。一、開口系統(tǒng)與邊界的能量傳遞流動(dòng)功出口處付出的推動(dòng)功與入口處得到的推動(dòng)功的差。流動(dòng)功可以理解為開口系統(tǒng)維持流動(dòng)所要付出的代價(jià)。用Wf表示。

Δwf=p2v2-p1v1單位工質(zhì)：二、穩(wěn)定流動(dòng)能量方程的解析式穩(wěn)定流動(dòng)：工質(zhì)流動(dòng)時(shí)，流動(dòng)狀況不隨時(shí)間改變穩(wěn)定流動(dòng)條件一、開口系統(tǒng)穩(wěn)定流動(dòng)能量方程h的物理意義h是狀態(tài)參數(shù)，叫焓單位與u和pv相同。能量守恒原則：進(jìn)入系統(tǒng)的能量-離開系統(tǒng)的能量=系統(tǒng)儲(chǔ)存能量的變化開口系中隨工質(zhì)流動(dòng)而攜帶的、取決于熱力狀態(tài)的能量。對(duì)于質(zhì)量為mkg的工質(zhì)，焓用H來表示，單位是J對(duì)于mkg的工質(zhì)，公式（2-9）表示為：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)過程穩(wěn)定流動(dòng)能量方程的應(yīng)用動(dòng)力機(jī)常見設(shè)備：熱力發(fā)電機(jī)，如燃?xì)廨啓C(jī)、汽輪機(jī)；壓縮機(jī)械，如壓氣機(jī)、風(fēng)機(jī)、泵等。特點(diǎn)：由于采用了良好的保溫隔熱措施，通過設(shè)備外殼的散熱量極少，可認(rèn)為其中的熱力過程為絕熱過程。能量方程：穩(wěn)定流動(dòng)能量方程的應(yīng)用換熱器HeatExchangers定義：實(shí)現(xiàn)冷熱流體熱量交換的設(shè)備。應(yīng)用：鍋爐、蒸發(fā)器、冷凝器、空氣冷卻器。（1）工質(zhì)與外界只有熱量交換，沒有功的交換。（2）進(jìn)出口工質(zhì)的動(dòng)能變化忽略不計(jì)，q=△h=h2-h1工質(zhì)交換的熱量等于其焓的變化可逆流動(dòng)：定壓過程。特點(diǎn)：穩(wěn)定流動(dòng)能量方程的應(yīng)用渦輪機(jī)Turbine和壓氣機(jī)Compressor定義：特點(diǎn)：（1）渦輪機(jī)：工質(zhì)膨脹推動(dòng)葉輪輸出機(jī)械功。（2）壓氣機(jī)：消耗機(jī)械功壓縮工質(zhì)。（1）工質(zhì)與外界只有機(jī)械功的交換，沒有熱量的交換。（2）進(jìn)出口工質(zhì)動(dòng)能的變化可以忽略不計(jì)。表達(dá)式：Ws=h1-h2渦輪機(jī)：Ws

＞0，h1

＞h2。渦輪機(jī)輸出的軸功來自于工質(zhì)焓的減少。壓氣機(jī)：Ws

＜0，h1

＜h2。壓氣機(jī)消耗的軸功用于增加工質(zhì)的焓。其中：穩(wěn)定流動(dòng)能量方程的應(yīng)用噴管和擴(kuò)壓管NozzlesandDiffusers定義：特點(diǎn)：（1）噴管：利用流體壓降使流體加速的設(shè)備。（2）擴(kuò)壓管：利用流體流速降低使流體壓力升高的設(shè)（2）與外界無軸功ws交換；（1）可簡化為一元穩(wěn)定流動(dòng)；（3）無外界熱量交換可忽略。噴管流體動(dòng)能的增量總是等于其焓降能量方程：注意噴管：c2＞c1，h2＜h1。工質(zhì)流經(jīng)噴管動(dòng)能的增加全部來自于焓值的減少。擴(kuò)壓管：c2＜c1，h2＞h1。工質(zhì)流經(jīng)擴(kuò)壓管焓值的增加全部來自于動(dòng)能的減少。例1某蒸汽輪機(jī)的噴管入口處蒸汽的比焓為2780KJ/kg，出口處的比焓2340KJ/kg。設(shè)蒸汽在噴管內(nèi)進(jìn)行絕熱膨脹，噴管入口處蒸汽流速為20m/s，求出口處的蒸汽流速。已知：c1求：c2解：

選擇噴管的進(jìn)、出口之間為開口系統(tǒng)若忽略入口流速c21c2c2注意由于噴管的進(jìn)口流速通常遠(yuǎn)小于出口流速，入口流速可以忽略不計(jì)須注意的h單位必須與的單位統(tǒng)一為J。c2例2工質(zhì)以c1=3m/s的速度通過截面f1=45c㎡的管道進(jìn)入動(dòng)力機(jī)。已知進(jìn)口處p1=689.48kPa，v1=0.3373m3/kg，u