热工基础课件学习PPT文档

1、1 本章基本要求本章基本要求 q掌握工程热力学中一些基本术语和概念：热掌握工程热力学中一些基本术语和概念：热 力系、平衡态、准平衡过程、可逆过程等。力系、平衡态、准平衡过程、可逆过程等。 q掌握状态参数的特征，基本状态参数掌握状态参数的特征，基本状态参数p p、v v、 T T 的定义和单位等。掌握热量和功量这些过的定义和单位等。掌握热量和功量这些过 程量的特征，并会用系统的状态参数对可逆程量的特征，并会用系统的状态参数对可逆 过程的热量、功量进行计算。过程的热量、功量进行计算。 q了解工程热力学分析问题的特点、方法和步了解工程热力学分析问题的特点、方法和步 骤。骤。 2 热能在热机中转变成机

2、械能的过程热能在热机中转变成机械能的过程 3 分类分类 燃气动力装置燃气动力装置 combustion gas power plant 蒸汽动力装置蒸汽动力装置 steam power plant 内燃机内燃机 gas turbine internal combustion engine jet engineering 燃气轮机燃气轮机 喷气动力装置喷气动力装置 热能动力装置：热能动力装置：从燃料燃烧中得到热能，并从燃料燃烧中得到热能，并 利用热能得到动力的设备。利用热能得到动力的设备。 热能机械能化学能 4 工作物质工作物质: p燃气燃气 燃气燃气 热能热能 机械能机械能 燃料燃料 化学能化

3、学能 排入大气排入大气 p 燃烧、膨胀燃烧、膨胀 p 排气排气 p 吸气吸气 p 压缩压缩 工作过程：工作过程： 能量转换：能量转换： 内燃机内部构造内燃机内部构造 5 燃气轮机装置示意图燃气轮机装置示意图 6 小型燃气轮机小型燃气轮机 7 8 9 蒸汽动力装置蒸汽动力装置（流程图）（流程图） 10 不同点：构造和工作特性不同。不同点：构造和工作特性不同。 相同点：相同点： p存在某一种媒介物质以获得能量；存在某一种媒介物质以获得能量； （如内燃机中混合气，蒸汽机中的水）（如内燃机中混合气，蒸汽机中的水） p存在能提供热能的能量源；存在能提供热能的能量源； p余下的热能排向环境介质。余下的热能

4、排向环境介质。 结论：结论： 各种形式的热机都存在以下几个相同的热力过各种形式的热机都存在以下几个相同的热力过 程：吸热、膨胀作功和排热。程：吸热、膨胀作功和排热。 比较上述两种热机比较上述两种热机 11 名词定义：名词定义： 工质工质（working substance; working medium ）: 实现热能和机械能相互转化的媒介物质。实现热能和机械能相互转化的媒介物质。 膨胀性；膨胀性； 流动性；流动性； 热容量；热容量； 稳定性、安全性；稳定性、安全性； 环保性能；价格。环保性能；价格。因此，物质三态中气体最合适。因此，物质三态中气体最合适。 热源热源（heat source;

5、heat reservoir）: 工质从中工质从中吸取吸取或向之或向之排放排放热能的物质系统。热能的物质系统。 热源热源 温度高低温度高低 温度变化温度变化 高温热源高温热源（热源（热源 heat source） 低温热源低温热源（冷源（冷源heat sink） 恒温热源恒温热源（constant heat reservoir） 变温热源变温热源（variational heat reservoir） 12 工质从高温热源吸热，将其中一部分转工质从高温热源吸热，将其中一部分转 化为机械能而作功，并把余下部分传给低温化为机械能而作功，并把余下部分传给低温 热源。热源。 热能动力装置的工作过程可概

6、括成：热能动力装置的工作过程可概括成： 热源 冷源 热机 作功 吸热 放热 13 热力系、状态及状态参数热力系、状态及状态参数 14 为了研究问题方便，热力学中常把分析对象为了研究问题方便，热力学中常把分析对象 从周围物体中分割出来，研究它与周围物体之间从周围物体中分割出来，研究它与周围物体之间 的能量和物质的传递。的能量和物质的传递。 热力系统（热力系）：热力系统（热力系）： 人为分割出来作为热力学人为分割出来作为热力学 分析对象的有限物质系统。分析对象的有限物质系统。 边界：边界：系统与外界之间的分界面系统与外界之间的分界面 外界：外界：热力系统以外的部分热力系统以外的部分 System

7、Boundary Surroundings 系统与外界的作用都通过边界系统与外界的作用都通过边界 1.热力系热力系 15 16 17 注意：注意： 系统与外界设定的人为性；系统与外界设定的人为性； 外界与环境介质；外界与环境介质； 边界可以是：边界可以是： 刚性的或可变形的；刚性的或可变形的； 固定的或可移动的；固定的或可移动的； 真实存在的或虚拟的。真实存在的或虚拟的。 18 热力系统的分类热力系统的分类 根据系统与外界物质交换、热量交换的情况根据系统与外界物质交换、热量交换的情况 开口系统：开口系统：系统与外界有物质交换，系统系统与外界有物质交换，系统 被划定在一定容积范围内，也称控制容积

8、被划定在一定容积范围内，也称控制容积 闭口系统：闭口系统：系统与外界无物质交换，系统系统与外界无物质交换，系统 内质量恒定不变，也称控制质量内质量恒定不变，也称控制质量 绝热系统：绝热系统：系统与外界无热量交换系统与外界无热量交换 孤立系统：孤立系统：系统与外界既无能量交换，也无物系统与外界既无能量交换，也无物 质交换质交换 19 可压缩系统：可压缩系统：系统由可压缩流体构成系统由可压缩流体构成 简单可压缩系统：简单可压缩系统：系统与外界只有热量可系统与外界只有热量可 逆逆 与容积功交换。与容积功交换。 热力学中大多属于简单可压缩系统热力学中大多属于简单可压缩系统 20 2.2.平衡状态平衡状

9、态 状态状态：某一瞬间热力系所呈现的宏观状况某一瞬间热力系所呈现的宏观状况 平衡状态：平衡状态：在不受外界影响的条件下（重力场在不受外界影响的条件下（重力场 除外），如果系统的状态参数不随时间变化，除外），如果系统的状态参数不随时间变化， 则该系统处于平衡状态。则该系统处于平衡状态。 热平衡状态：热平衡状态：系统的温差消失的平衡状态系统的温差消失的平衡状态 力平衡状态，化学势平衡状态力平衡状态，化学势平衡状态 系统内部与外界之间平衡势差消失系统内部与外界之间平衡势差消失系统平衡系统平衡 平衡的本质：不存在不平衡势平衡的本质：不存在不平衡势 21 平衡与稳定平衡与稳定 稳定：稳定：参数不随时间变

10、化参数不随时间变化 稳定稳定但存在但存在不平衡势差不平衡势差 去掉去掉外界影响，则外界影响，则状态变化状态变化 稳定不一定平衡，但平衡一定稳定稳定不一定平衡，但平衡一定稳定 T1 T0 T x 22 平衡：时间上平衡：时间上 均匀：空间上均匀：空间上 平衡不一定均匀，单相平衡态则一定是均匀的平衡不一定均匀，单相平衡态则一定是均匀的 平衡与均匀平衡与均匀 23 3. 3. 基本状态参数基本状态参数 状态参数：状态参数：描述热力系状态的物理量。描述热力系状态的物理量。 状态参数的状态参数的特征特征： 1 1、单值性：单值性：状态确定，则状态参数也确定，反之亦然。状态确定，则状态参数也确定，反之亦然

11、。 2 2、积分特征积分特征：状态参数的变化量与路径无关，只与初：状态参数的变化量与路径无关，只与初 终态有关终态有关 3 3、微分特征：微分特征：全微分全微分 24 积分特征积分特征 状态参数变化量与路径无关，只与初终态有关。状态参数变化量与路径无关，只与初终态有关。 数学上：数学上： 点函数、态函数点函数、态函数 0dz 2 1 2 , 1 2 , 1 12 ab zzdzdzdz 例：温度变化例：温度变化 高度变化高度变化 1 2 a b 25 微分特征微分特征 设设 z =z (x , y)dz是全微分是全微分 y x zz dzdxdy xy 充要条件：充要条件： 22 zz x y

12、y x 可判断是否是状态参数可判断是否是状态参数 26 压力压力P、温度、温度T、体积、体积V、热力学能、热力学能U、 焓焓H和熵和熵S，其中压力、温度和体积可直，其中压力、温度和体积可直 接用仪器测量，称为接用仪器测量，称为基本状态参数基本状态参数。其余。其余 状态参数可根据基本状态参数间接算得。状态参数可根据基本状态参数间接算得。 常用状态参数常用状态参数 27 强度量：强度量：与系统质量无关，如与系统质量无关，如P P、T T。强度。强度 量不具有可加性。量不具有可加性。 广延量：广延量：与系统质量成正比，如与系统质量成正比，如V V、U U、H H、 S S。广延量具有可加性。广延量的

13、比参数。广延量具有可加性。广延量的比参数 （单位质量工质的体积、热力学能等）具有（单位质量工质的体积、热力学能等）具有 强度量的性质，不具有可加性。强度量的性质，不具有可加性。 强度量与广延量强度量与广延量 28 强度参数：强度参数：与物质的量无关的参数与物质的量无关的参数, ,如压力如压力 p p、温度、温度T T 广延参数：广延参数：与物质的量有关的参数与物质的量有关的参数可加性可加性 如如: :质量质量m m、容积、容积 V V、内能、内能 U U、焓、焓 H H、熵、熵S S 比参数：比参数： 比容比容 V v m U u m 比内能比内能 H h m 比焓比焓 S s m 比熵比熵

14、单位：单位：/kg /kmol 具有强度量的性质具有强度量的性质 29 基本热力学参数基本热力学参数 1、温度温度 T 2、压力压力 p 3、比容比容 v 30 （1）温）温 度度 传统：传统：冷热程度的度量。感觉，导热，热容量冷热程度的度量。感觉，导热，热容量 微观：微观：衡量分子平均动能的量度衡量分子平均动能的量度 T 0.5 m w 2 1) 同同T , 0.5mw 2 不同，如碳固体和碳蒸气不同，如碳固体和碳蒸气 2) T=0 0.5mw 2=0 分子一切运动停止，分子一切运动停止， 零点能零点能 31 热力学第零定律热力学第零定律 热力学第零定律热力学第零定律（R.W. Fowler

15、） 如果两个系统分别与第三个系统处于如果两个系统分别与第三个系统处于热热 平衡平衡，则两个系统彼此必然处于，则两个系统彼此必然处于热平衡热平衡。 温度测量的理温度测量的理 论基础论基础 B B 温度计温度计 32 温度的热力学定义温度的热力学定义 处于同一处于同一热平衡热平衡状态的各个热力系，状态的各个热力系， 必定有某一宏观特征彼此相同，用于描述必定有某一宏观特征彼此相同，用于描述 此宏观特征的物理量此宏观特征的物理量 温度温度。 温度温度是确定一个系统是否与其它系是确定一个系统是否与其它系 统处于统处于热平衡热平衡的物理量的物理量 33 温度的测量温度的测量 温度温度计计 物质物质 （水银

16、水银，铂电阻，铂电阻） 特性特性 （体积膨胀，阻值体积膨胀，阻值） 基准点基准点 刻度刻度 温标温标 34 常用温标常用温标 绝对绝对K K摄氏摄氏 100 373.15 0.01273.16 0273.15 -17.8 0 -273.15 37.8 冰熔点冰熔点 水三相点水三相点 发烧发烧 水沸点水沸点 35 温标的换算温标的换算 O 273.15T KtC O 5 ( 32) 9 tCt F 36 （2）压力）压力 p 常用单位：常用单位： 1 bar = 105 Pa 1 MPa = 106 Pa 1 atm = 760 mmHg = 1.013 105 Pa 1 mmHg =133.3

17、 Pa 物理中物理中压强压强，单位单位: Pa , N/m2 37 压力的测量压力的测量 38 绝对压力与相对压力绝对压力与相对压力 当当 p pb 表压力表压力 pg 当当 p 有足够时间恢复新平衡有足够时间恢复新平衡 准静态过程准静态过程 53 准静态过程的工程应用准静态过程的工程应用 例例1-1：活塞式内燃机：活塞式内燃机 2000转转/分分 曲柄曲柄 2冲程冲程/转，转，0.15米米/冲程冲程 活塞运动速度活塞运动速度=2000 2 0.15/60=10 m/s 压力波恢复平衡速度（声速）压力波恢复平衡速度（声速）350 m/s 一般的工程过程都可认为是一般的工程过程都可认为是准静态过

18、程准静态过程 具体工程问题具体分析。具体工程问题具体分析。“突然突然”“”“缓慢缓慢” 54 可逆过程可逆过程 定义：系统经历某一过程后，如果在沿原来定义：系统经历某一过程后，如果在沿原来 路径路径逆向进行逆向进行时，系统与外界都返回时，系统与外界都返回原来状原来状 态态，而不留下，而不留下任何变化任何变化，则此过程为可逆过，则此过程为可逆过 程。程。 注意：注意：可逆过程只是指可能性，并不可逆过程只是指可能性，并不 是指必须要回到初态的过程。是指必须要回到初态的过程。 55 可逆过程的实现可逆过程的实现 准静态过程准静态过程 + 无耗散效应无耗散效应 = 可逆过程可逆过程 无不平衡势差无不平

19、衡势差 通过摩擦使功通过摩擦使功 变热的效应变热的效应(摩摩 阻，电阻，非阻，电阻，非 弹性变性，磁弹性变性，磁 阻等）阻等） 不平衡势差不平衡势差 不可逆根源不可逆根源 耗散效应耗散效应： 耗散效应耗散效应 实际过程：不可逆实际过程：不可逆 56 可逆过程的意义可逆过程的意义 准静态过程是实际过程的准静态过程是实际过程的理想化理想化过程，过程， 但并非但并非最优最优过程，可逆过程是过程，可逆过程是最优最优过程。过程。 可逆过程的功与热可逆过程的功与热完全完全可用可用系统内系统内工质工质 的的状态参数状态参数表达，可不考虑系统与外界表达，可不考虑系统与外界 的复杂关系，易分析。的复杂关系，易分

20、析。 实际过程不是可逆过程，但为了研究方实际过程不是可逆过程，但为了研究方 便，先按便，先按理想理想情况（情况（可逆过程可逆过程）处理，）处理， 用系统参数加以分析，然后考虑不可逆用系统参数加以分析，然后考虑不可逆 因素加以因素加以修正。修正。 57 典型的不可逆过程典型的不可逆过程 不等温传热不等温传热 T1 T2 T1T2Q 自由膨胀自由膨胀 真空真空 58 节流过程节流过程 ( (阀门）阀门） p1p2 p1p2 混合过程混合过程 59 功的一般表达式功的一般表达式 Fdxw Fdxw 热力学最常见的功热力学最常见的功 容积变化功容积变化功 其他准静态功：其他准静态功：拉伸功，表面张力功

21、，电功拉伸功，表面张力功，电功等等 2. 功和热量功和热量 力学定义力学定义: : 力力 在力方向上的在力方向上的位移位移 功的定义功的定义 60 可逆过程的容积功可逆过程的容积功 pp外 外 初始：初始：p A = p外 外 A A dl 以汽缸中工质为系统以汽缸中工质为系统 61 示功图示功图 p V . . 1 2 . . pp外 外 21 mkg工质：工质： W =pdV 2 1 WpdV 1kg工质：工质： w =pdv 2 1 wpdv W 62 可逆容积变化功的说明可逆容积变化功的说明 1）单位为）单位为 kJ 或或 kJ/kg 2） p-V 图上用面积表示图上用面积表示 3）功

22、的大小与路径有关，）功的大小与路径有关， 功是过程量功是过程量 p V . . 1 2 . . 63 4）统一规定：）统一规定：dV0，膨胀，膨胀 对外作功（正）对外作功（正） dV 0 dS 0 系统放热时系统放热时为负为负 Q 0 dS 0 4、用途：判断热量方向、用途：判断热量方向 计算可逆过程的传热量计算可逆过程的传热量 熵的说明熵的说明 68 示功图与示热图示功图与示热图 p V W T S Q 示功图示功图 温熵温熵(示热示热)图图 pdVW TdSQ 69 【例例1-21-2】 一气缸活塞内的气体由初态p1=0.5MPa, V1=0.1m3,缓慢膨胀到V20.4m3,若过程中压力

23、 与体积的关系为pV=常数，试求气体所做的膨 胀功。 解：由PV=常数得 常数 11V ppV V Vp p 11 31.69 1 . 0 4 . 0 ln1 . 0105 . 0ln 3 1 2 11 2 1 11 2 1 2 1 11 V V Vp V dV VpdV V Vp pdVW kJ 70 3. 热力循环热力循环 要实现要实现连续连续作功，必须构成作功，必须构成循环循环 定义：定义： 热力系统经过一系列变化回到初态，这一系热力系统经过一系列变化回到初态，这一系 列变化过程称为列变化过程称为热力循环热力循环。 不可逆循环不可逆循环 分类：分类： 循环循环 可逆循环可逆循环 循环性质

24、循环性质 循环循环 正循环正循环(动力循环动力循环) 循环目的循环目的 逆循环逆循环(制冷循环制冷循环) 71 正循环正循环 p V T S 净效应：对外作功净效应：对外作功净效应：吸热净效应：吸热 正循环：顺时针方向正循环：顺时针方向 2 1 1 2 72 逆循环逆循环 p V T S 净效应：对内作功净效应：对内作功净效应：放热净效应：放热 逆循环：逆时针方向逆循环：逆时针方向 2 1 1 2 73 热力循环的评价指标热力循环的评价指标 正循环：净效应（对外作功，吸热）正循环：净效应（对外作功，吸热） 1 W Q 收益 代价 净功 吸热 W T1 Q1 Q2 T2 动力循环：热效率动力循环

25、：热效率 74 热力循环的评价指标热力循环的评价指标 逆循环：净效应（对内作功，放热）逆循环：净效应（对内作功，放热） 2 Q W 收益 代价 吸热 耗功 W T0 Q1 Q2 T2 制冷循环：制冷系数制冷循环：制冷系数 75 热力循环的评价指标热力循环的评价指标 逆循环：净效应（对内作功，放热）逆循环：净效应（对内作功，放热） 1 Q W 收益 代价 放热 耗功 W T1 Q1 Q2 T0 制热循环：制热系数制热循环：制热系数 76 基本概念：基本概念： 热力系热力系 平衡、稳定、均匀平衡、稳定、均匀 准静态、可逆准静态、可逆 过程量、状态量、状态参数过程量、状态量、状态参数 功、热量、熵功

26、、热量、熵 p-V图、图、T-S图图 循环、工作系数循环、工作系数 小小 结结 77 热力系热力系 种类：种类： 闭口系、开口系、绝热系、绝闭口系、开口系、绝热系、绝 功系、孤立系功系、孤立系 热力系的选取取决于研究目的和方法，具热力系的选取取决于研究目的和方法，具 有有随意随意性，选取不当将不便于分析。性，选取不当将不便于分析。 一旦取定系统，一旦取定系统，沿边界沿边界寻找相互作用。寻找相互作用。 78 例例1：绝热刚性容器向气缸充气：绝热刚性容器向气缸充气 试分别选取试分别选取闭口系闭口系和和开口系开口系，画出充气，画出充气 前后前后边界边界，标明，标明功功和和热热的方向。的方向。 79

27、闭口系闭口系 功量：功量：气体对活塞作功气体对活塞作功W W Q 热量：热量： 气体通过活塞从外界吸热气体通过活塞从外界吸热Q (1)以容器内原有气体为系统以容器内原有气体为系统 80 闭口系闭口系 功量：功量：残留气体对放逸气体作功残留气体对放逸气体作功W W Q 热量：热量： 残留气体从放逸气体吸热残留气体从放逸气体吸热Q (2)以容器内残留的气体为系统以容器内残留的气体为系统 81 闭口系闭口系 功量：功量：W + W 热量：热量： Q + Q W Q WQ (3)以放逸气体为系统以放逸气体为系统 82 开口系开口系 功量：功量：W 热量：热量： Q W Q (4)以容器为系统以容器为系

28、统 83 (5)以气缸为系统以气缸为系统 开口系开口系 功量：功量：W + W 热量：热量： Q + Q W Q W Q 84 速度速度动能动能 高度高度 位能位能 内能内能温度温度 应力应力摩尔数摩尔数 （强）（强） （强）（强） （强）（强） （强）（强） （广）（广） （广）（广） （广）（广） （广）（广） 强度量与广延强度量与广延 量量 85 状态量：状态量： 描述工质状态，工质的状态一定，状态参数一定。描述工质状态，工质的状态一定，状态参数一定。 具有物理上势函数的特征具有物理上势函数的特征 状态参数的变化与过程无关，状态参数的全微分是恰当微状态参数的变化与过程无关，状态参数的全微

29、分是恰当微 分，微元量用符号分，微元量用符号dz表示。表示。 过程量（功和热）过程量（功和热） 只有在热力过程中通过边界才能实现交换和传递。只有在热力过程中通过边界才能实现交换和传递。 没有过程就不会有迁移的能量没有过程就不会有迁移的能量功和热。功和热。 不能说不能说“系统具有多少功量或热量系统具有多少功量或热量” 功量和热量的大小不仅和系统的初、终态有关，而且与系功量和热量的大小不仅和系统的初、终态有关，而且与系 统经历的过程有关。统经历的过程有关。 不是恰当微分，微元过程写成不是恰当微分，微元过程写成“ W”和和“ Q” 状态量与过程状态量与过程 量量 86 有人说，不可逆过程是无法恢复到

30、初始状态的过有人说，不可逆过程是无法恢复到初始状态的过 程，这种说法对吗？程，这种说法对吗？ 不对。关键看是否引起外界变化不对。关键看是否引起外界变化。 可逆过程指若系统回到初态，外界同时恢复到可逆过程指若系统回到初态，外界同时恢复到 初态。初态。 可逆过程并不是指系统必须回到初态的过程。可逆过程并不是指系统必须回到初态的过程。 87 可逆过程一定是准静态过程可逆过程一定是准静态过程 准静态过程不一定是可逆过程准静态过程不一定是可逆过程 可逆过程准静态过程无耗散可逆过程准静态过程无耗散 可逆过程完全理想，以后均用可逆过程的概念。准静可逆过程完全理想，以后均用可逆过程的概念。准静 态过程很少用。

31、态过程很少用。 可逆过程与准静态过程的区别和联系可逆过程与准静态过程的区别和联系 88 1.实现平衡态的条件是什么？实现准平衡过程的条实现平衡态的条件是什么？实现准平衡过程的条 件是什么？可逆过程实现的条件又是什么？件是什么？可逆过程实现的条件又是什么？ 2.说法说法“倘若容器内气体的绝对压力没有变化且大倘若容器内气体的绝对压力没有变化且大 于大气压力，则安装在该容器上的压力表的读数于大气压力，则安装在该容器上的压力表的读数 不变不变”对否？对否？ 3.什么是广延量参数？它有什么特点？什么是广延量参数？它有什么特点？ 4.简单可压缩系统的独立参数有几个？简单可压缩系统的独立参数有几个？ 5.什

32、么是正循环？什么是逆循环？它们各自的循环什么是正循环？什么是逆循环？它们各自的循环 经济性如何表示？经济性如何表示？ 89 第二节热力学第一定律第二节热力学第一定律 90 一、热力学第一定律及其实质一、热力学第一定律及其实质 本质：能量转换及守恒定律在热过程中的应用本质：能量转换及守恒定律在热过程中的应用 91 内储存能热力学能内储存能热力学能 定义：定义：工质微观粒子所具有的能量工质微观粒子所具有的能量 热力学能热力学能 分子运动所具有的内动能 分子间由于相互作用力所具有的内位能 维持一定分子结构的化学能和原子核内部的核能 储存能：热力系统的总能量储存能：热力系统的总能量 二、热力学能二、热

33、力学能 储存能储存能 92 比热力学能比热力学能 u uU/mU/m 热力学能热力学能U U 是状态参数是状态参数 不包含化学反应的简单可压缩系不包含化学反应的简单可压缩系 统统 热力学能：热力学能： 内动能内位能内动能内位能( , )UU T V mgzmcUE 2 2 1 或 2 k 2 1 mcE 2 k 2 1 ce mgzE p gze p 或 外储存能外储存能 宏观动能宏观动能 宏观势能宏观势能 储存能：储存能： 比储存能 gzcue 2 2 1 93 三、热力学第一定律的一般表达式三、热力学第一定律的一般表达式 一般关系式一般关系式 进入进入系统的能量流出流出系统的能量系统能量的

34、增量增量 入出增量 一般表达式一般表达式 sy E 11 me 22 me Q tot W sy )(dEE 11 ,meQ tot22 , Wme sysysy dEEEE)d( sy tot1122sy )(dWmemeEQ tot1122sy )(WmemeEQ 出： 增量： 入： 94 四、闭口系四、闭口系热力学第一定律基本表达式热力学第一定律基本表达式 能量方程能量方程 QQUE sy WWmeme tot1122 0)( WUQ wuq 95 微元过程表达式 QUW quw 条件：控制质量，适合任何工质条件：控制质量，适合任何工质 QUW外热能，内热能机械能 体积变化功 可逆过程表

35、达式 VpUQddvpuqdd 2 1 dVpUQ 2 1 dvpuq 96 五、稳定流动系统的能量方程五、稳定流动系统的能量方程 1. 1. 稳定流动系统稳定流动系统 定义：稳定流动系统是指热力系统内各点状态参数不随时间定义：稳定流动系统是指热力系统内各点状态参数不随时间 变化的流动系统。变化的流动系统。 实现条件：实现条件： (1)(1)进出系统的工质流量相等且不随时间而变；进出系统的工质流量相等且不随时间而变； (2)(2)系统进出口工质的状态不随时间而变；系统进出口工质的状态不随时间而变； (3)(3)系统与外界交换的功和热量等所有能量不随时间而变。系统与外界交换的功和热量等所有能量不

36、随时间而变。 97 f W 定义：开口系统中工质流入和流出系统所作的推动功的代数和。定义：开口系统中工质流入和流出系统所作的推动功的代数和。 11push1 VpW 11111111push1 )()(VpLApLApW 推动功：推动功： 同理： 流动功：流动功： 2. 2. 流动功流动功 f221 1 ()Wp VpVpV f221 1 ()wp vp vpv push222 Wp V 98 3. 3. 稳定流动系统的能量方程稳定流动系统的能量方程 1212 12121122 )( )()()( EEmee meemeememe )( shfshtot pVWWWW 0 sy E 22 22

37、2111sh 11 ()()() 22 UmcmgzUmcmgzWpV sy2211tot21shf ()()QEememWEEWW 2 22211 1sh 1 ()() 2 Up VUpVm cmg zW 99 pVUH引入焓H ： sh 2 2 1 wzgchq sh 2 2 1 WzmgcmHQ sh 2 dd 2 1 dWzmgcmHQ sh 2 dd 2 1 dwzgchq 对于微元过程： 100 焓焓 定义式 pVUH 比焓 pvu m H h 物理意义：焓是开口系统中流入（或流出）系统工物理意义：焓是开口系统中流入（或流出）系统工 质所携带的取决于热力学状态的总能量。对于闭口质所

38、携带的取决于热力学状态的总能量。对于闭口 系统而言，焓是一个复合的状态参数。系统而言，焓是一个复合的状态参数。 101 4. 4. 技术功及稳流能量方程的其他形式技术功及稳流能量方程的其他形式 sh 2 t 2 1 WzmgcmW t WHQ t whq tt ()()QUpVWQUpVWW tft )(WWWpVW sh 2 2 1 WzmgcmHQ 102 可逆过程 2 1 t dpVW 2 1 t dpvw 2 1 dpVHQ 2 1 dpvhq 222 tf 111 d()dd()WWWp VpVp VpV 222 111 d(dd )p Vp VV p 可逆稳定流动过程可逆稳定流动过

39、程 103 六、能量方程的应用六、能量方程的应用 sh 2 2 1 wzgchq 000 2 zcq 0 21sh hhhw 叶轮式动力机 1. 1. 叶轮式机械叶轮式机械 104 0)( 12sh hhhw 叶轮式耗功机械 2 2、耗功机械（叶轮式压气机机，水泵）、耗功机械（叶轮式压气机机，水泵） 105 3.3.热交换器热交换器 sh 2 2 1 WzmgcmHQ 000 sh 2 Wzc 12 HHHQ 1 1 2 2 1 1 2 2 106 0000 2 sh Wzcq 0h 21 hh 4. 4.节流节流 sh 2 2 1 wzgchq 107 例1 进入汽轮机新蒸汽的参数为 ， ，

40、 ， ；出口参数为： ， , ，蒸汽的质量流 量 ，试求 (1)汽轮机的功率； (2)忽略蒸汽进、出口动能变化引起的计算误差。 MPa0 . 9 1 pC500o 1 tkJ/kg0 .3385 1 h m/s50 1 cMPa004. 0 2 pkJ/kg0 .2320 2 hm/s120 2 c t/h220 m q 222 sh1221 22-33 1 () 2 2 (3385.02320.0)(12050 ) 1021.059 10 kJ/kg whchhcc 依题意：qo，z0，故有 解（1）取汽轮机进、出口所围空间为控制容积系统，如图 所示，则系统为稳定流动系统。从而有 sh 2

41、2wzgchq 5.95kJ/kg10)50120( 2 1 2 1 3222 sh cw %56. 0 10059. 1 95. 5 3 sh sh k w w （2）忽赂工质进出口动能变化，单位质量工质对外输出功的增加量(或减少量) 忽略工质进出口动能变化引起的相对误差 kW10472. 6kJ/h102.330kJ/h10059. 110220 4833 shmsh wqP功率 108 例2 空气在一活塞式压气机中被压缩。压缩前空气的参数是： ， ，压缩后空气的参数是： ， 。设在压缩过程 中每千克空气的热力学能增加 ，同时向外放出热量 ，试求（1）压缩过 程中对每千克空气所做的功；（2）每生产 压缩空气所做的功；（3）若该压 气机每分钟生产 压缩空气，带动此压气机药用多大功率的电动机？ MPa1 . 0 1 p kgm 86. 0 3 1 vMPa8 . 0 2 p kJ 150 kg1 kg15 kgm 18. 0 3 2 v kJ 50 kgkJ 20015050uqw则 系统为闭口系，能量方程为：wuq解解（1） （2）系统可视为稳定流动系统（如图所示）则能量方程为： sh 2 2 1 wzgchq 由： 0, 0 2 f zc 得： )()()( sh pvuqpvuqhqw 由（1）知： k