工程热力学第3章热力学第一定律

第三章热力学第一定律,本章重点,本章基本要求深刻理解热量、储存能、功的概念，深刻理解内能、焓的物理意义理解膨胀（压缩）功、轴功、技术功、流动功的联系与区别,本章重点熟练应用热力学第一定律解决具体问题,3-1系统的储存能,分子动能（移动、转动、振动）分子位能（相互作用）核能化学能,一。内能,内能是状态量,U:广延参数kJu:比参数kJ/kg,内能总以变化量出现，内能零点人为定,说明：,注意：对理想气体u=f(T),二。外储存能,系统工质与外力场的相互作用所具有的能量,如：重力位能,以外界为参考坐标的系统宏观运动所具有的能量,如：宏观动能,组成,系统总能,外部储存能,宏观动能Ek=mc2/2宏观位能Ep=mgz,机械能,系统总能,E=U+Ek+Ep,e=u+ek+ep,一般与系统同坐标，常用U,dU,u,du,32系统与外界传递的能量,功,随物质传递的能量,热量,外界热源,外界功源,外界质源,系统,热量,kJ或kcal且lkcal=4.1868kJ,定义：,在温差作用下,系统与外界通过界面传递的能量。,规定:,特点:,是传递过程中能量的一种形式，与热力过程有关,系统吸热热量为正，系统放热热量为负,单位：,功,除温差以外的其它不平衡势差所引起的系统与外界传递的能量.,1膨胀功W：,2轴功W:,在力差作用下，通过系统容积变化与外界传递的能量。,规定:系统对外作功为正，外界对系统作功为负。,通过轴系统与外界传递的机械功,定义:,单位：lJ=lNm,膨胀功是热变功的源泉,刚性闭口系统轴功不可能为正，轴功来源于能量转换,种类:,注意:,随物质传递的能量,1流动工质本身具有的能量,2流动功(或推动功),为推动流体通过控制体界面而传递的机械功.,推动1kg工质进、出控制体时需功,注意:,取决于控制体进出口界面工质的热力状态,由泵风机等提供,思考：与其它功区别,焓,对于m千克工质：,焓的定义式：,焓=内能+流动功,焓的物理意义：,1对流动工质(开口系统)，表示沿流动方向传递的总能量中，取决于热力状态的那部分能量.,思考：特别的对理想气体h=f(T),2对不流动工质(闭口系统)，焓只是一个复合状态参数,理想气体内能变化计算,适用于理想气体一切过程或者实际气体定容过程,用定值比热计算:,用平均比热计算:,理想气体组成的混合气体的内能：,经验公式,代入,3-3闭口系能量方程,功（w）是广义功闭口系与外界交换的功量,q=du+w,准静态容积变化功pdv拉伸功w拉伸=-dl表面张力功w表面张力=-dA,w=pdv-dl-dA+.,闭口系能量方程的通式,q=du+w,若在地球上研究飞行器q=de+w=du+dek+dep+w,准静态和可逆闭口系能量方程,简单可压缩系准静态过程,w=pdv,简单可压缩系可逆过程,q=Tds,q=du+pdv,q=u+pdv,热一律解析式之一,Tds=du+pdv,Tds=u+pdv,热力学恒等式,3-4开口系能量方程,推导,Wnet,Q,min,mout,uin,uout,gzin,gzout,能量守恒原则进入系统的能量-离开系统的能量=系统储存能量的变化,推进功的引入,Wnet,Q,min,mout,uin,uout,gzin,gzout,Q+min(u+c2/2+gz)in-mout(u+c2/2+gz)out-Wnet=dEcv,这个结果与实验不符,少了推进功,推进功的表达式,推进功（流动功、推动功）,p,A,p,V,dl,W推=pAdl=pVw推=pv,注意：不是pdvv没有变化,对推进功的说明,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、w推pv与所处状态有关，是状态量,4、并非工质本身的能量（动能、位能）变化引起，而由外界做出，流动工质所携带的能量,可理解为：由于工质的进出，外界与系统之间所传递的一种机械功，表现为流动工质进出系统使所携带和所传递的一种能量,开口系能量方程的推导,Wnet,Q,pvin,mout,uin,uout,gzin,gzout,Q+min(u+c2/2+gz)in-mout(u+c2/2+gz)out-Wnet=dEcv,min,pvout,开口系能量方程微分式,Q+min(u+pv+c2/2+gz)in-Wnet-mout(u+pv+c2/2+gz)out=dEcv,工程上常用流率,开口系能量方程微分式,当有多条进出口：,流动时，总一起存在,3-5开口系统稳定流动能量方程,Wnet,Q,min,mout,uin,uout,gzin,gzout,稳定流动条件,SteadyStateSteadyFlow(SSSF),1、,2、,3、,轴功Shaftwork,每截面状态不变,4、,稳定流动能量方程的推导,稳定流动条件,0,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,几种功的关系,w,wt,(pv),c2/2,ws,gz,做功的根源,ws,准静态下的技术功,准静态,准静态,热一律解析式之一,热一律解析式之二