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第四章 热力学第一定律和 气体的热力过程 4-1 热力学第一定律 一、功量与热量 qal q 转换成机械能的热量，或由机械能转变而来的热量 ，kcal l由热能转变成的机械能，或转变为热能的机械能 a kcalkg.m 本质：能量转换及守恒定律在热 过程中的应用 焦耳实验 1、重物下降，输 入功，绝热容 器内气体 t 2、绝热去掉，气 体 t ，放出 热给水，t 恢复 原温。 焦耳实验 水温升高可测得热量， 重物下降可测得功 热功当量 1 kcal = 4.1868 kj 热力学第一定律表达式 热能可以从一个物体传递给另一个物体，也可热能可以从一个物体传递给另一个物体，也可 以与机械能或其他能量相互转换，在传递和转换以与机械能或其他能量相互转换，在传递和转换 过程中，能量的总值不变过程中，能量的总值不变 热可以变为功，功也可以变为热。消失一定量热可以变为功，功也可以变为热。消失一定量 的热时，必产生数量相当的功；消耗一定量的功的热时，必产生数量相当的功；消耗一定量的功 时，亦必出现相应数量的热。时，亦必出现相应数量的热。 热力学第一定律是对能量守恒和转换定律 的一种表述方式。 闭口系循环的热一律表达式 要想得到功，必须化费热能或其它能量 热力学第一定律又可表述为“第一类永 动机是不可能制成的。” 循环中工质吸收的净热量应等于 工质对外作的净功 二、气体的内能 气体的内能是气体中所有分子热运动的动能和分子间相互 作用的势能的总和，而分子热运动的动能与气体的温度有关 ，分子间相互作用的势能与气体的体积有关，所以气体的内 能是温度和体积的函数。 u表示1kg工质的内能 u表示gkg工质的内能 实际气体 uf（t，v） kcalkg （ kjkg） 理想气体 uf（t） kcalkg （kjkg） 气体的内能是气体的状态参数 u = f ( p,v ) u = f ( t,v ) u = f ( p,t ) du=0 三、气体的膨胀功与压缩功 示功图 p v . 1 2 . pp外 21 mkg工质： w =pdv 1kg工质： w =pdv w 压缩功w=pdv 2 1 34 dv 四、热力学第一定律解析式 q = du + w q = u + w 闭口系热一律表达式 ！两种特例 绝功系 q = du 绝热系 w = - du 外界加给气体的热量应等于气体内能的变化量和外界加给气体的热量应等于气体内能的变化量和 对外作出的膨胀功之和。即能量平衡方程。对外作出的膨胀功之和。即能量平衡方程。 4-2 稳定流动能量方程式及工 质的焓 稳定流动热工设备示意（开口系 ） q wjx p1v1t1 1u1 p2v2t2 2u2 z1 z2 稳定流动能量方程式 （开口系热力学第一定律能量方程式） u1ap1v1a12 2g az1q = u2ap2v2a222g az2wjx 令iuapu 焓 q=(i2i1）a（2212）2ga(z2z1）wjx q = i2i1 wjx i1i2 稳定流动能量方程的推导 1kg工质 稳定流动能量方程 适用条件： 任何流动工质 任何稳定流动过程 4-3 气体的热力过程 一、定容过程一、定容过程 v v c c 1 2 2 v p1 p2 p v p1 p2 = t1 t1 qvualu0u qvucu(t2-t1) kcal/kg qvucu(t2-t1) kcal/kg 二、定压过程二、定压过程 p p = = c c p v 2 v1 v2 = t1 t2 qpu+alp （u2u1）ap（v2v1） （u2apv2）（u1apv1） i2i1 (kcal/kg 或 kj/kg) lppdv p v1 v2 v1 v2 dv = p(v2-v1)= r(t2-t1) p v1 v2 2 1 v2 qpicpt cp-cv2kcalmol. 三、等温过程 tc p1 p2 v2 v1 p 1 p1 2 v1v v2 p2 ltpdv v1 v2 v1 v2 rt dv v rt ln v2 v1 p1 p2 rt ln qtual0altalt 四、绝热 过程 q0 pvk c p1v1k p2 v2k 1 绝热指数 k cp cv cpcpcpcpcp cv cp 单原子气体 k531.67 单双子气体 k751.40 多原子气体 k971.29 2 绝热过程 p p1 2 v1v v2 p2 等温过程 lk=pdv = (p1v1-p2v2) = (t1-t2) 1 2 k-1 1 k-1 r lk= 1（ ）k-1kg.m/kg k-1 rt1 v2 v1 lk= 1（ ）k kg.m/kg k-1 rt1 p1 p2 k-1 五 多变过程 pvnc (1) 当 n = 0 (2) 当 n = 1 多变过程与基本过程的关系 (3) 当 n = k (4) 当 n = p t sv n p t s v 理想气体多变过程的p-v,t-s图 s t v p p p v v t t s s 习题四 1）某蒸汽锅炉的蒸发量g4000kgh，水进入锅炉时 的温度为50，其焓值为50kcalkg，蒸汽流出锅炉 时的焓为650kcalkg。试求（1）锅炉中加热水所需 的热量；（2）若锅炉的热效率70，所用煤的发 热量为7000kcal kg，试计算每小时的煤耗量。（ p43） 2）某制冷装置的氨压缩机每小时消耗的理论功为 16106kgm,设电动机及机械传动效率0.75.问需要 配置多少千瓦的电动机？损失的功量相当于多少千卡 的热量？（题3） 3）某水水加热器（换热器），已知热水流量g1 1000kgh，热水的进口温度t190 ，出口温度t2 40 ，而冷水的流量g25000kgh，冷水进口温度 t115 ，设水在100 以下的重量比热c1.0kcal kg.，不考虑散热损失，试求冷水离开加热器时的 温度t2为多少？（按热平衡方程式求解 ）（题5） 4）氧气瓶放在仓库内时的温度为15 ，压力为90表压 。如果将它放在太阳下，其温度升高到50 ，试问瓶 内压力为多少？（题11） 5）锅炉的烟气流经空气预热器后从烟囱排出，已知烟气 的初温度t1=300 终温度t2=160 ,烟气的流量为 1000kg/h.空气进入预热器的初温度t1=15 ,空气的流 量为910kg/h,设空气预热器的热损失为4%,试求空气被 加热后的终温度t2(已知烟气的定压重量比热 cp=0.25kcal/kg )（题21） 6) 1kg空气在p1=10ata及t1=300 时进行等温压缩,并抽 出了120kcal的热量,试求终态参数.（题27） 7) 将1kg空气在p1=1ata和t1=30 下绝热压缩到 p2=10ata,试求终态的空气容积