工程热力学英文课件 sam2-双语学习资料

ChapterTwo

TheFirstLawofThermodynamics热力学第一定律工程热力学

EngineeringThermodynamicsSAMEngineeringThermodynamics2-1§2-1热力学第一定律的实质

TheEssenceofFirstLawofThermodynamics§2-2系统的能量TheEnergyofaSystem§2-3热量与功量HeatandWork

§2-4作用量的能流The

energyflowofinteractions§2-5热力学第一定律的普遍表达式

ThegeneralexpressionsoftheSAMonthefirstlawofthermodynamics§2-6热力学第一定律的应用实例

ApplicationExamplesofthefirstlawofthermodynamicsSummarySAMThetotalamountofenergyintheuniverseisconstant,althoughenergycanbetransformedfromoneformtoanother.§2-1热力学第一定律的实质

TheEssenceofFirstLawofThermodynamics自然界中物质具有的能量，既不能被创造，也不能被消灭，而只能从一种能量形式转换为另一种能量形式，或由一个系统传递给另一个系统，但在转变和传递时能量的总量保持不变。能量守恒及转换定律

Theprincipleofconservationofenergy

EngineeringThermodynamics2-2SAM

Oneofthemostfundamentallawsofnatureistheconservationofenergyprinciple.Thefirstlawofthermodynamicsissimplyanexpressionoftheconservationofenergyprinciple.热力学第一定律TheFirstLawofThermodynamics.

热能作为一种能量形态，可以和其它能量形态相互转换，转换过程中能量的总量守恒。

“第一类永动机是不可能制成的。”

热力学第一定律的实质就是能量转换及守恒定律。EngineeringThermodynamics2-3SAMSpecificthermodynamicenergy：系统的能量

systemenergy

§2-2系统的能量TheEnergyofaSystem与系统整体运动有关

系统的能容量包括系统的热力学能、宏观动能、宏观位能三者之和，是状态量。ThermodynamicenergyU系统的热力学能,为系统内部各种形式能量的总和，系统的比热力学能EngineeringThermodynamics2-4SAM§2-3热量与功量HeatandWork一、功量Work1.热力学中功量的定义

两个系统之间的相互作用，如果对每个系统的外部净效应，都可以用改变重物的水平位置来替代，则这两个系统之间的相互作用称为功量交换，而相互作用过程中所传递的能量称为功量。

功量是过程量，仅存在于过程中，过程一旦结束，功量这种能量形式就不复存在。

功量是系统和外界间通过边界而传递的能量，且其全部效果表现为举起重物。EngineeringThermodynamics2-5SAMForthermodynamicreversible

process1-2：2.可逆过程的容积变化功Fortheinfinitesimalreversible

process：规定：系统对外界作功，W为正；外界对系统作功，W为负。

过程线下面积等于可逆过程中容积变化功的大小，。EngineeringThermodynamics2-6SAMForthermodynamicreversible

process1-2：Foraninfinitesimalreversible

process：:轴功ShaftWork

3.技术功

TechnicalWorkEngineeringThermodynamics2-7SAM1.热量的定义

两个系统之间由于温度不同而发生的相互作用称为热量交换。

由于热量交换而通过边界传递的能量称为热量。

热量是系统和外界间通过边界而传递的能量，但热量不可能把它的全部效果表现为举起重物。区别：热量与功量，热能与热量热量：物体间通过紊乱的分子运动发生相互作用而传递的能量功量：物体间通过有规则的微观或宏观运动发生相互作用而传递的能量热能：物体内部所具有的能量，热力学能，可存储于物体内。热量：两物体间传递的热能的数量，不能说“物体含有热量”。二、热量HeatEngineeringThermodynamics2-8SAMForthermodynamicreversible

process1-2：Fortheinfinitesimalreversible

process：规定：系统吸热时，Q为正；系统放热时，Q为负。

过程线下方的面积等于可逆过程所交换的热量的大小，。2.可逆过程的热量EngineeringThermodynamics2-9SAM是物体间通过有规律的微观运动或宏观运动发生相互作用而传递的能量，可以把其全部效果表现为举起重物。功：热量：物体间通过紊乱的分子运动发生相互作用而传递的能量，不能把其全部效果表现为举起重物。可逆过程中可逆过程中P工质对外作功的推动力;dv

状态参数比体积的变化:是衡量可逆过程中工质与外界作功与否的标志。在p-v图上：一点：一个平衡状态一实线：一个准静态过程曲线下面积：可逆过程中系统所做的容积变化功。功是过程量T对热交换起着推动力的作用;ds

状态参数比熵的变化:是衡量可逆过程中工质与外界是否发生热交换的标志。在T-s图上：一点：一个平衡状态一实线：一个准静态过程曲线下面积：可逆过程中系统与外界所交换热量。热量是过程量三、热量与功量的类比EngineeringThermodynamics2-10SAMEngineeringThermodynamics2-11例（T2-6）：一个直径为0.3m的气球，球内气体为理想气体，初始压力为150kPa。由于受热使气球直径增大到0.4m，假定过程中气体绝对压力与直径成正比。试计算：（1）气球吸热过程中压力与容积之间的函数关系；（2）球内气体所作的容积变化功。SAMEngineeringThermodynamics2-11SAM二、热量的能流Theenergyflowofheat一、功量的能流Theenergyflowofwork§2-4作用量的能流

Theenergyflowofinteractions

作用量的能流是指该作用量对系统能量变化的贡献。

按作用量性质的不同，作用量的能流可分为：热量的能流、功量的能流及质量流的能流。EngineeringThermodynamics2-13SAM1.流动功：

在流动工质跨越边界的过程中，其上游介质必须对该流动工质作功，使其克服界面阻力而跨越边界，这部分功量称为流动功。

流动功的大小取决于跨越界面的流动工质的质量及其状态。M，p，v

分别为这部分要跨越边界的流动工质的参数。

按功量正负号的统一规定，则外界（上游介质）对系统作功。系统对外界（下游介质）对作功。三、质量流的能流Theenergyflowofmassflow

EngineeringThermodynamics2-14SAM跨越边界的质量；为质量交换对系统质量变化的贡献。系统的质量流变化：注意：m本身恒为正。2.质量流massflowEngineeringThermodynamics2-15连续性方程式SAM质量流的能流Theenergyflowofmassflow:

质量流的能流：由于质量交换而对系统能量变化的贡献。

质量交换必定伴随着能量交换。流动质量本身的能量变化+流动功的能流

质量流的能流总是由两部分组成，即3.质量流的能流与焓

TheenergyflowofmassflowandenthalpyEngineeringThermodynamics2-16SAM进口边界上质量流的能流:EngineeringThermodynamics2-17SAM出口边界上质量流的能流:EngineeringThermodynamics2-18SAM焓enthalpy：质量流的能流Theenergyenergyflowofmassflow焓可近似认为是随流动工质一起转移的能量。质量流的能容量Theenergyofmassflow

：注意：焓与质量流的能容量均针对流动工质，均为状态量。EngineeringThermodynamics2-19SAMwhere§2-5热力学第一定律的普遍表达式

Thegeneralexpressionsof

theSAMonthefirstlawofthermodynamicsEngineeringThermodynamics2-20适用于任何系统、任何过程SAMForanisolatedsystemForanisolatedsystemEngineeringThermodynamics2-21工程应用:CM,CV(SSSF,USUF)If

then

SAMEngineeringThermodynamics2-250(1)若该闭口系统无整体宏观运动：例：1.闭口系统（CM）对可逆过程:即相应地有则(2)若闭口，循环00即SAMEngineeringThermodynamics2-122.任意CV的开口系统SAM1kg流动工质：EngineeringThermodynamics2-23例3.SSSF怎样才能满足SSSF?忽略宏观的动能变化与位能变化时，SAM可逆时：∴又净推动功、净流动功EngineeringThermodynamics2-24SAM工程应用:CM,CV(SSSF,USUF)ThecharacterwhenitisappliedinCM:§2-6ApplicationExamplesof

thefirstlawofthermodynamics

EngineeringThermodynamics2-25适用于任何系统、任何过程ThecharacterwhenitisappliedinSSSF:SAMEngineeringThermodynamics2-26例(T2-11)：一个热力循环由三个过程组成。已知Q12＝10kJ，Q23＝30kJ，Q31＝－25kJ；△U12＝20kJ，△U31＝－20kJ。求W23及循环净功W0

。SAM

动力机及压气机

TurbineandcompressorExamples:EngineeringThermodynamics2-260SSSF则对1kg流动工质若忽略净出口动、位能变化若绝热动力机，因,

依靠工质的焓降而输出轴功，h↓→。压气机，因,

压气机消耗的轴功使工质的焓增加，→

h↑。00SSSFSAM

换热器Heatexchanger1、2两流体通过管壁进行热量交换，壳体与外界绝热。（1）单以一种工质为系统（如1流体）则EngineeringThermodynamics2-27SAM（2）以整个换热器中的工质为系统∴一种流体的质量流能容量的增加等于另一种流体质量流能容量的减少。忽略动、位能变化，则一种流体的焓增加等于另一种流体的焓减。即一种流体的吸收的热量等于另一种放出的热量。EngineeringThermodynamics2-28SSSF绝热000SAM

喷管Nozzle一种特殊的管道，流体流经喷管后p↓，c↑。SSSF绝热000则对1kg流动工质∵∴h↓即喷管是依靠工质的焓降来使工质的流动动能增大，而获得高速流体。EngineeringThermodynamics2-29③对非绝热的节流，，。SAM绝热节流Adiabaticthrottling(P46)SSSF绝热000则忽略动、位能变化，则注意：①绝热节流前后焓值相等，但不是一个定焓过程。②节流过程是不可逆过程。

对绝热节流前后，虽能量在数量上不变，但能质衰贬。EngineeringThermodynamics2-30SAM

USUF

（UniformStateUniformFlow）例(p46)解：法一，CV刚性绝热00只充不放，且忽略动位能变化。EngineeringThermodynamics2-31SAMEngineeringThermodynamics2-32SAM法二，CMCM绝热00∴又∴实用于任何工质。在绝热充气过程，焓转变为热力学能，是不可逆过程。EngineeringThermodynamics2-33SAMEngineeringThermodynamics2-12例