工程热力学与传热学热力学第一定律实质.ppt

1,第二章 热力学第一定律,内容要求: 深刻理解热力学第一定律的实质 掌握热力学能（内能），储存能的含义 掌握热力学第一定律在闭口系统，稳定流动、开口系统中能量方程式的形式 掌握体积变化功，轴功，推动功，流动功，技术功的含义及相互关系 掌握焓的含义,2,2-1 热力学第一定律的实质、内能,一、热力学第一定律的实质 （一）能量守恒定律 能量无处不在，能量转化无时不有。那么： 常见的能量有那些形式呢？ 能量的转化是如何实现的？ 能量转化遵循什么规律呢？,3,1.各种各样的能量,4,1.汽艇在海上行驶化学能转化为机械能 2.用电照明电能转化为光能（电磁能） 3.篝火燃烧化学能转化为热能 4.原子弹爆炸核能转化为机械能,2.能量之间的转化,5,3.能量转化与守恒定律,能量转化与守恒定律 自然界一切物质都具有能量。能量既不可能被创造，也不可能被消灭，但能够从一种形式转化为另一种形式，或者从一个（一些）物体转移到另一个（一些）物体，在转化或传递的过程中能量的总和始终保持不变。,【注意】 1.分析物理过程、求解实际问题时，对减少的某种能量，要追踪它的去向；对增加的能量，要能查寻它的来源。可以按照“总的减少量=总的增加量”列出数学方程。 2.能源利用实际就是不同形式能量之间的转换，把不便于人们利用的能量形式转变成便于利用的形式。,6,（二）热力学第一定律,热力学第一定律实质就是能量守恒和转换定律在热现象上的应用。,表述1：热可以变为功，功也可以变为热；一定量的热消灭，必产生一定量的功；消耗一定量的功时，必出现与之相应数量的热。,7,First Law of Thermodynamics,8,表述2：第一类永动机是造不成的,9,热一定律在热力循环中的应用,热力循环中工质接受的净热量应该等于工质对外界所做的净功： 对于1kg工质而言,10,例2-1,一台柴油发动机，功率7.35kW，燃油消耗率为272.1g/(kW.h)，试求它的废气每小时所排出的热量。 （柴油的发热量为43961.4kJ/kg）,11,从这个例题我们可以学到什么？,功率 燃油消耗量（率） 发热量 单位统一 采用国际单位，注意不同单位制的换算,12,二、内能（internal energy）,定义：工质内部所具有的各种微观能量 实质：组成物质的微观粒子所具有的能量 符号：U，单位：J 或kJ,13,主要包括：,（1）内动能： 物质内部的分子，原子等微观粒子不停地作热 运动的热运动动能。 是温度的函数。,（2）内位能： 由于分子间相互作用力的存在所具有的位能， 与气体的比体积有关。,14,不考虑,内动能+内位能+化学能+原子核能+电磁能,内动能+内位能,内能,（3）化学能，原子核能，电磁能。,15,16,比内能：,单位质量工质的能 。符号：u；单位：J/kg 或kJ/kg。,内能是温度和比体积的函数，即取决于工质所处的状态，是状态参数。,17,热力学能的大小是相对的。,气体工质的比内能可表示为,任何状态下系统内能的数值不可能为零。由于在工程内中只计算工质在状态变化中的内能的变化量，因此内能的零点可以人为地规定，例如，通常取0K时气体的内能为零。,18,三、热力系统的储存能,热力系统的储存能： 储存于热力系统的能量。 （1）内部储存能热力学能 （2）外部储存能宏观动能，宏观位能。,19,2. 宏观位能：Ep ，单位为 J 或 kJ,3. 储存能：E ，单位为 J 或 kJ,比储存能：e ，单位为 J/kg 或 kJ /kg,1. 宏观动能 ：Ek ，单位为J或kJ,20,2-2 热力学第一定律的数学表达式,能量平衡方程式,讨论闭口系统、稳定流动、开口系统三种系统的能量方程,21,一、 闭口系统的能量方程（energy equation）,热力系统：取封闭在汽缸活塞系统中的工质,假设： 气缸内有1kg工质 从外界吸热 q 工质由平衡态1变化到平衡态2， 对外作功 w， 忽略工质宏观动能，位能的变化,22,推导,q w = u= u2 - u1 或 q = w + u 对于m工质，可写为： Q = U+ W 对于微元过程，可写为： 以上三式都可以称为闭口系统热力学第一定律解析式,23,意义：工质吸收的热量 a: 一部分用于改变工质的内能 b: 另一部分以机械能的形式传递给外界。,适用条件：a: 可逆过程，不可逆过程 b: 理想气体，实际气体 c: 工质初，终态为平衡状态,24,膨胀功的概念,在状态变化过程中，由热转化为机械功的部分始终是q-u。 闭口系统工质所做的机械功也称为容积变化功或膨胀功,25,注意,能量方程中的热量、功量、内能的变化量都是代数值，根据热工转化的实际情况，可为正值、零、负值。 工程上统一规定： 吸热为正、作膨胀功为正、内能增加为正 放热为