工程热力学第2章课件

第 2 章 第 一 定 律,武汉大学动力与机械学院 杨 俊 2007.08,2-1 热力学第一定律的本质, 1909年，C. Caratheodory最后完善热一律,一、本质能量转换及守恒定律在热过程中的应用, 18世纪初，工业革命，热效率只有1%, 1842年，J.R. Mayer阐述热一律，但没有引起重视, 1840-1849年，Joule用多种实验的一致性证明热一律，于1850年发表并得到公认,二、表述热是能的一种，机械能变热能，或热能变机械能的时候，他们之间的比值是一定的。,三、认识过程,四、闭口系循环的第一定律数学表达式,在热功转换时， 若想得到功，必须花费等量的热能,第一定律又可表述为 “第一类永动机是造不出来的”,不花费能量 而不断输出 功的机器,一、内能的导出,闭口系循环,2-2 热力学能（内能）,微小变量的循环积分等于零， 该微小变量一定代表某个状态参数的微分,令,称U为热力学能,热力学能U 状态参数,二、内能的性质,分子动能（移动、转动、振动） 分子位能（相互作用） 核能 化学能,热力学能, 热力学能是状态量,U : 广延参数 kJ u : 比参数 kJ/kg, 热力学能总以变化量出现，零点人为定,三、系统总能,外部 储存能,宏观位能,机械能,系统总能=热力学能+外部储存能,宏观动能,2-3 闭口系能量方程,W,Q,闭口系统,适用条件：1）任何工质 2) 任何过程 简单可压缩系统 w 为容积变化功,进入系统的能量 - 离开系统的能量 = 系统内部储存能量的变化,简单可压缩系的可逆过程,热力学恒等式, 2-4 开口系能量方程,p,A,p,v,一、推动功,推动功：系统引进或排除工质传递的功量。,1、与宏观流动有关，流动停止，推进功不存在；,2、作用过程中，工质仅发生位置变化，无状态变化；,3、与所处状态有关，是状态量；,4、并非工质本身的能量，而是工质传递的能量。流动工质总是将其后方工质做的推动功传递给其前方工质。,二、状态参数焓,当工质流入系统时，把携带的热力学能带入系统 的同时总是将后面工质做的推动功传递给系统。,令,得到一个新状态参数，称为焓,1、焓是状态量,2、H为广延参数 H=U+pV= m(u+pv)= mh h为比参数,3、对流动工质，焓代表能量(热力学能+推动功) 对静止工质，焓不代表能量,4、物理意义：开口系中随工质流动而携带和传递的、取决于热力状态的能量。,三、开口系统能量方程,进入系统的能量,离开系统的能量,进入系统 的能量,离开系统 的能量,系统内部 能量增量,2-5 稳定流动能量方程,一、稳定流动条件,各截面状态不变,0,方程两边同除,令,机械能,令,二、能量方程,技术功,适用条件：任何流动工质，任何稳定流动过程,微分形式,比较闭口系,几形式的功,容积变化功,技 术 功,推 动 功,有何关系？,三、几种功之间的关系,跟踪流经开口系的1kg工质,容积变化功,等价,技术功,四、技术功在示功图上的表示,0,过程线与 p 轴围成的面积, 2-6 开口系统能量方程的工程应用,一、绝热充气问题,解：取A为CV,容器刚性绝热,忽略动能差及位能差，则,若容器A为刚性绝热初态为真空，打开阀门充气，使压力p2 = 4MPa时截止。若空气u = 0.72T 求容器A内达平衡后温度T2。,非稳定开口系,故,二、蒸汽轮机、气轮机,流进系统：,流出系统：,内部储能增量： 0,能量方程：,轴上输出的功=焓降,三、压气机，水泵类,流入,流出,内部贮能增量= 0,如果过程绝热,消耗功=焓增,四、换热器（锅炉、加热器等）,流入：,流出：,内部增加=0,若忽略动能差、位能差,五、管内流动,流入：,流出：,内部增加=0,如果u不