工程热力学整理知识点第三版

1、工程热力学第三版沈维道蒋智敏童钧耕合编第二章热力学第一定律热力学第一定律(能量守恒与转换定律)：自然界中的一切物质都具有能量，能量不可能被创造，也不可能被消灭;但能量可以从一种形态转变为另一种形态，且在能量的转化过程中能量的总量保持不变。它确定了热力过程中热力系与外界进行能量交换时，各种形态能量数量上的守恒关系。能量是物质运动的度量。分子运动学说阐明了热能是组成物质的分子、原子等微粒的杂乱运动热运动的能量。根据气体分子运动学说，热力学能是热力状态的单值函数。在一定的热力状态下，分子有一定的均方根速度和平均距离，就有一定的热力学能，而与达到这一热力状态的路径无关，因而热力学能是状态参数。由于气体

2、的热力状态可由两个独立状态参数决定，所以热力学能一定是两个独立状态参数的函数，如：u=f(T,v)或u=f(T,p)；u=f(p,v)能量传递方式：作功和传热。作功来传递能量总是和物体的宏观位移有关。功的形式除了膨胀功或压缩功这类与系统的界面移动有关的功外，还有因工质在开口系统中流动而传递的功，这种功叫做推动功。对开口系统进行功的计算时需要考虑这种功。开口系统和外界之间功的交换。取燃气轮机为一开口系统，当1kg工质从截面1-1流入该热力系时工质带入系统的推动功为p1v1,工质在系统中进行膨胀，由状态1膨胀到状态2,作膨胀功w,然后从截面2-2流出，带出系统的推动功为p2v2。推动功差A(pv)

3、=p2v2-p1v1是系统为维持工质流动所需的功，称为流动功(系统为维持工质流动所需的功)。在不考虑工质的动能及位能变化时，开口系与外界交换的功量是膨胀功与流动功之差W-(p2v2-p1v1);若计及工质的动能及位能变化，则还应计入动能差及位能热能和机械能的可逆转换总是与工质的膨胀和压缩联系在一起的。始(H)即H=U+pV,始的单位是J,始是一个状态参数。h=u+pv=f(p,v)始也可以表示成另外两个独立状态参数的函数，即h=f(p,T),h=f(T,v)同样还有1AAi-tf2=A相-亦=/d/j=生-hi勾：d/i=0Q-W=-Ui-Ui或Q=M+W热力学第一定律应用于闭口系而得的能量方

4、程式，是最基本的能量方程式，叫做热力学第一定律的解析式。它适用于可逆过程也适用于不可逆过程。对工质性质也没有限制,无论是理想气体还是实际气体，甚至是液体都适用。为了确定工质初态和终态热力学能的值,要求工质初态和终态是平衡状态。系统吸热Q为正，系统对外作功W为正；反之则为负。系统的热力学能增大时，AU为正，反之为负。对于可逆过程/卬=Wv,所以25。=<(/十川匕Q=AUpdVr或5q=dm+pd%q=“+/pd¥对于循环60=d(7+6lV完成一循环后，【:质恢复到原来状态，热力学能是状态参数，所以4d17=0.是Q=5W意即闭口系完成一个循环后，它在循环中与外界交换的净热量等

5、于与外界交换的净功量。用Qnet和Wnet分别表示循环净热量和净功量，则有01皿WMli*nct稳定流动过程：流动过程中开口系统内部及其边界上各点工质的热力参数及运动参数都不随时间而变。Wi表示工质在机器内部对机器所作的功，称做内部功。2图23开口系统能量平衡的Q=dH+=噌d工+3M稳定流动能量方程式：Wi表示工质在机器内部对机器所作的功,称做内部功。它是根据能量守恒与转换定律导出的，除流动必须稳定外无任何附加条件,故而不论系统内部如何改变,有无扰动或摩擦，均能应用，是工程上常用的基本公式之一。稳定流动能量方程式的分析q-*二七44+心Z+AfpiJ+叫2和gAz是工质机械能的变化；第三项A

6、(pv)是维持工质流动所需的流动功；第四项Wi是工质对机器作的功。它们均源自于工质在状态变化过程中通过膨胀而实施的热能转变成的机械能。等式左边是工质在过程中的容积变化功夕小"=",令&/八工及.之和是技术上可资利用的功.称之为技术功，用m表示:122-门>vt=Hi+彳0-生+片/制-工"(2-19-Au=H,卬I=卬-Mpv)=U'-(p>F?-piVi)对可逆过程2221ma二/7?dv+pvi-/i堂=/pdv-J,d(pv)=-J*rdp若dp为负，即过程中工质压力降低,则技术功为正,此时工质对机器作功；反之机器对工质作功。蒸汽

7、轮机、燃气轮机属于前一种情况,活塞式压气机和叶轮式压气机属于后一种情况。其中-2/?可用图2-4中画斜线的微元面积表示，-JMp则可用面积5-2.6.5表不G在微元过程中，则昌帆二.vdp引进技术功概念后，稳定流动能量方程式hih+vti=AA+W若过程可逆,则q三AhJydp,5g=dh-idp6=du+pAv=df/?-pv)+pelv-pdv-v(l/>+pd=d/a-vdp一、动力机工质流经汽轮机、燃气轮机等动力机（图2-5）时，压力降低，对机器作功；进口和出口的速度相差不多，动能差很小，可以不计；对外界略有散热损失,q是负的，但数量通常不大，也可忽略；位能差极微，可以不计。把这

8、些条件代入稳定流动能量方程式(2-16),可得1kg工质对机器所作的功为wi=h1-h2=wt:、压气机工质流经压气机f图2-6）时.机器对工质作功，使工质升压；工质对外界U行放热，”“习惯上压气机耗功用表示.且令we=N.J和q都是负的；Z能差和位能差可忽略不i%从稔定流动能量方程式c-16J可得对,每千克工”需作功为阴=(府-AiJ+(-H't图2-5动力机能量平衡1图2-6压气机能量平衡三、换热器工质流经锅炉、回热器等热交换器（图2-7）时和外界有热量交换而无功的交换，动能差和位能差也可忽略不计。若工质流动是稳定的,从式（2-16）可得1kg工质的吸热量为q=h2-h1图2-7换

9、热器能量平衡图2-8喷管能量转换四、管道工质流经诸如喷管、扩压管等这类设备（图2-8）时，不对设备作功，位能差很小，可不计；因喷管长度短,工质流速大,来不及和外界交换热量,故热量交换也可忽略不计。若流动稳定，则用式(2-16)可得1kg工质动能的增加为1221%-Qih-hi五、节流工质流过阀门(图2-9)时流动截面突然收缩，压力下降，这种流动称为节流。由于存在摩擦和涡流,流动是不可逆的。在离阀门不远的两个截面处,工质的状态趋于平衡。设流动是绝热的，前后两截面间的动能差和位能差忽略不计，又不对外界作功,则对两截面间工质应用稳定流动能量方程式(2-16),可得节流前后始值相等，即h1=h2图29

10、节流现象热力学能是工质的状态参数，是工质内部储存的能量，是与状态变化过程无关的物理量。热量是工质状态发生变化时通过系统边界传递的热能,其大小与变化过程有关，热量不是状态参数。能否由基本能量方程式得出功、热量和热力学能是相同性质的参数的结论？q=u+w不能。基本能量方程式仅仅说明且充分说明功、热量和热力学能都是能量，都是能量存在的一种形式，在能量的数量上它们是有等价关系的。而不涉及功、热量和热力学能的其他属性，也表明功、热量和热力学能的其他属性与能量本质无关。热力学第一定律解析式两种形式：q=Au+w适用于任意系统、任意工质和任意过程。q*u+pdv适用于任意系统、任意工质和可逆过程。准动功：工质流动时，推