热力学第一定律解析课件

1、第二章 热力学第一定律2-1 热力系统的储存能热力系统储存能热力学能宏观动能、宏观位能1. 热力学能 不涉及化学变化和核反应时的物质分子热运动动能和分子之间的位能之和，即热能。 热力学能符号：U，单位：J 或kJ 。 实质：能量守恒与转换定律在热力学中的应用第1页，共26页。 任何状态下系统热力学能的数值不可能为零。由于在工程热力学中只计算工质在状态变化中的热力学能变化量（u），因此热力学能的零点可以人为地规定，例如，取 0K 或0时的热力学能为零。 单位质量工质的热力学能 称为比热力学能。符号：u；单位：J/kg 或kJ/kg。比热力学能是状态参数。2-1 热力系统的储存能第2页，共26页。

2、4. 储存能比储存能2. 宏观动能2-1 热力系统的储存能3. 宏观势能第3页，共26页。2-2 热力学第一定律的实质 实质：热力过程中的能量守恒和转换定律。 在热能与其它形式能的互相转换过程中，能的总量始终不变。 不花费能量就可以产生功的第一类永动机是不可能制造成功的。 进入系统的能量离开系统的能量 = 系统储存能量的变化 三种表述：第4页，共26页。2-3 闭口系统的热力学第一定律表达式 QWU上述公式适用条件：1）任何工质 2) 任何过程微元过程第5页，共26页。2-3 闭口系统的热力学第一定律表达式 两种特例：绝功系 Q = dU 绝热系 W = - dU可逆过程单位质量工质的可逆过程

3、第6页，共26页。例1 有一定质量的工质从状态1沿1A2到达终态2，又沿 2B1回到初态1，并且试判断沿过程1A2工质是膨胀还是压缩，并且求工质沿1A2B1回到初态时的净吸热量和净功。2-3 闭口系统的热力学第一定律表达式 vpA12B第7页，共26页。vpA12B2-3 闭口系统的热力学第一定律表达式 解:膨胀过程第8页，共26页。例2：P29 思考题4试比较图2-6所示的过程1-2与过程1-a-2中下列各量的大小： W12与W1a2；(2) U12 与 U1a2；(3) Q12与Q1a22-3 闭口系统的热力学第一定律表达式 答：（1）W1a2大。 （2）一样大。 （3）Q1a2大。第9页

4、，共26页。例3 P30：2-52-3 闭口系统的热力学第一定律表达式 过程Q/ kJW /kJU /kJ1-2013902-303953-40-10004-10过程Q/ kJW /kJU /kJ1-21390013902-30395-3953-4-10000-10004-10-55第10页，共26页。2-4 开口系统的稳定流动能量方程式 1. 稳定流动与流动功 （1） 稳定流动 流动状况不随时间而改变的流动。即任一流通截面上工质的状态都不随时间而改变。 第11页，共26页。稳定流动条件：3)进出口参数为常数4 ）CV不变，即2-4 开口系统的稳定流动能量方程式第12页，共26页。2-4 开口

5、系统的稳定流动能量方程式 （2）流动功推动工质流动所作的功，也称为推进功。 第13页，共26页。2 开口系统的稳定流动能量方程单位工质2-4 开口系统的稳定流动能量方程式第14页，共26页。令比焓 h 为状态参数微元 适用条件：任何流动工质、任何稳定流动过程方程2-4 开口系统的稳定流动能量方程式令 技术功第15页，共26页。几种功：容积变化功w、轴功ws、技术功wt、推动功（pv）2-4 开口系统的稳定流动能量方程式第16页，共26页。容积功 , 是由于工质体积变化所做的功。流动功 是工质通过控制面时带入控制体的功,它是流动工质的流动能。轴功 是从热式设备上所能传出的技术上可被利用的外功,

6、对转动机械而言是指转动机械输出的功。技术功则是工质流动的动能, 重力势能的变化及轴功三项之和的总称。2-4 开口系统的稳定流动能量方程式第17页，共26页。可逆过程 技术功在示功图上的表示面积123412-4 开口系统的稳定流动能量方程式第18页，共26页。下面所写的热力学第一定律的表达式是否正确？若不正确，请改正。例4第19页，共26页。解：上述四式均不正确。第20页，共26页。1 锅炉和各种热交换器 工质所吸收的热量等于焓的增量；若焓值减小，则工质向外放热。 2-5 稳定流动能量方程式的应用 工程上，除了喷管、扩压管外，常见热工设备的进出口动、位能的变化一般都可以忽略不计。 第21页，共26页。2 动力机械（汽轮机、燃气轮机等） 工质所做的功等于工质的焓降。2-5 稳定流动能量方程式的应用外界所提供的功等于工质的焓的增量。3 压缩机、泵和风机等第22页，共26页。问题讨论：1）工质膨胀是否一定对外作功？ 相变过程（冰融化，水汽化）2-5 稳定流动能量方程式的应用4 喷管工质动能的增量等于焓降。2）定容过程是否一定不作功？向真空膨胀，自由膨胀3）定温过程是否一定不传热？ 开口系，技术功， ，水轮机第23页，共26页。例5P29 思考题 2、5第24页，共2