山东大学工程流体力学课件18热力学第一定律-能量方程

1、热力学第一定律能量方程（1）系统储存总能量随时间的增长率=通过加热给系统传递的能量最时间的净增长率+通过做功给系统传递的能量 根据方程可知系统中单位数量微元储存的能量的总量与单位微元具有的内能、动能V2/2、势能有关热力学第一定律能量方程（2）通过热传递系统得到的净能量Qnetin通过做功系统得到的净能量Wnetin当热传递和做功的方向指向系统时取+号当热传递和做功的方向指出系统时取-号根据系统控制变量一致得热力学第一定律能量方程（3）第一定律将“b”等价于“e”等式左边表示系统储存总能量随时间的变化率等式右边第一部分表示控制量储存的总能量随时间的变化率等式右边第二部分表示通过控制面的非控制量

2、储存能量的净值对于控制量的热力学第一定律热力学第一定律能量方程（3）Q 热传导率，控制体和外界环境的能量交换：辐射、传导和对流在绝热过程中，为零W 做功传导率，也叫做功率。当外界环境对控制体做功时取正。上升的活塞、喷灌器、电报都是做功传导的例子热力学第一定律能量方程（4）当一个与流体正常水压力有关的力在远处产生作用的时候，做功传导也可以发生在控制面上由于V .n为零，对于管道内表面的微元 Wnormalstress为零 只有当流体进入和流出控制体的时候Wnormalstress不为零也可能由于受到沿切线方向的力而使做功传递发生在控制面上。离心力的功是由杆件材料内部的切线方向的力传递的。 综合上

3、述信息总储存能量的能量方程对于均匀管道中的恒定流对于只有一根流线流进流出的情况当有驱动轴作用的时候，流动变得不稳定，至少部分不稳定，例如，在扇叶刀片位置的一定区域内，速度和压力都是不稳定的，但是在结构的上游和下游，流动是稳定的一个对于可压缩和不可压缩流体都适用的关于 均匀恒定流的空间能量方程根据熵的有关知识，得到下列方程例1如图所示，一台抽水机以300gal/min的稳定速度抽水。通过抽水机的时候，水的高程不变。由于温度升高，水的内能升高3000ft.lb/slug。确定在此绝热过程中，抽水机需要的能量。例2水流以初始速度30m/s，初始熵3348kJ/kg，进入一个涡轮。水流流出涡轮时是气液

4、混合体，具有60m/s的速度和2550kJ/kg的熵。如果流体经过涡轮是一绝热过程并且高程的改变可以忽略，确定单位质量流体流经涡轮需要涡轮作多少功。能量方程和伯努利方程的比较不可压缩稳定流体的一维能量方程应用于一恒定流中时，方程变成根据对应的状态不同，整理的其中 , 表示单位质量流体的热传递量与伯努利方程比较，可以推出对于不可压缩、不计摩擦流体摩擦损失有用的或者可利用的能量 损失的可利用的能量 一类重要的流体机械问题包括对于抽水机、吹风机、风扇和涡轮的考虑摩擦和离心力的一维不可压缩稳定均匀流。对于这种流体，表示出单位质量的离心力功，能量方程就变为机械能守恒或者广义伯努利方程，单位质量具有的质量（ft.lb/slug=ft2/s2;或N.m=m2/s2）例3离心鼓风机向叶片提供0.4KW的能量用以提供速度为12m/s直径为0.6m的气流包括两端进出口的单位重量的能量方程其中非均匀流的能量方程当流体通过的公职断面的各个区域的流速是不一致的时候，能量方程为其中a=动能系数对于任意流速分布，a=1,对于均匀流，a=1假定流速均匀并且考虑损失的计算和真实的流速分布之间的差