工程热力学第3章热力学第一定律

第三章

热力学第一定律本章重点本章基本要求深刻理解热量、储存能、功的概念，深刻理解内能、焓的物理意义理解膨胀（压缩)功、轴功、技术功、流动功的联系与区别本章重点熟练应用热力学第一定律解决具体问题3-1系统的储存能分子动能（移动、转动、振动)分子位能（相互作用)核能

化学能一。内能内能是状态量

U:广延参数

[kJ]u:比参数

[kJ/kg]

内能总以变化量出现,内能零点人为定说明:注意:对理想气体u=f(T)如:宏观动能

组成如:重力位能系统工质与外力场的相互作用

所具有的能量以外界为参考坐标的系统宏观运动所具有的能量

二。外储存能外部储存能1宏观动能Ek=mc2/2宏观位能Ep=mgz2机械能3系统总能4E=U+Ek+Ep5e=u+ek+ep6一般与系统同坐标,常用U,dU,u,du7系统总能.2系统与外界传递的能量

功随物质传递的能量外界功源外界质源系统01热量02外界热源03热量特点:单位:在温差作用下,系统与外界通过界面传递的能量。kJ或kcal且lkcal=4.1868kJ是传递过程中能量的一种形式,与热力过程有关系统吸热热量为正,系统放热热量为负定义:规定:功除温差以外的其它不平衡势差所引起的系统与外界传递的能量.1．膨胀功W:2

轴功W:在力差作用下,通过系统容积变化与外界传递的能量。

规定:系统对外作功为正,外界对系统作功为负。

通过轴系统与外界传递的机械功定义:单位:lJ=lNm膨胀功是热变功的源泉刚性闭口系统轴功不可能为正,轴功来源于能量转换种类:注意:随物质传递的能量1.流动工质

本身具有的能量2.流动功(或推动功)为推动流体通过控制体界面而传递的机械功.推动1kg工质进、出控制体时需功

注意:

取决于控制体进出口界面工质的热力状态由泵风机等提供思考:与其它功区别焓

对于m千克工质: 焓的定义式:焓=内能+流动功

焓的物理意义:1.对流动工质(开口系统)，表示沿流动方向传递的总能量中，取决于热力状态的那部分能量.思考:特别的对理想气体h=f(T)对于1千克工质:h=u+pv2对不流动工质(闭口系统),焓只是一个复合状态参数适用于理想气体一切过程或者实际气体定容过程01用定值比热计算:02用平均比热计算:03理想气体组成的混合气体的内能:04经验公式05代入06理想气体内能变化计算1功

（w)是广义功

闭口系与外界交换的功量2q=du+w3准静态容积变化功pdv拉伸功w拉伸=-dl表面张力功w表面张力=-dA4w=pdv-dl-dA+…...3-3闭口系能量方程q=du+w若在地球上研究飞行器q=de+w=du+dek+dep+w壹贰闭口系能量方程的通式简单可压缩系准静态过程w=pdv简单可压缩系可逆过程q=Tdsq=du+pdvq=u+pdv热一律解析式之一Tds=du+pdvTds=u+pdv热力学恒等式准静态和可逆闭口系能量方程3-4开口系能量方程推导

Wnet

Q

min

moutuinuoutgzingzout能量守恒原则进入系统的能量

-离开系统的能量

=系统储存能量的变化推进功的引入

Wnet

Q

min

moutuinuoutgzingzout

Q+min(u+c2/2+gz)in-mout(u+c2/2+gz)out-Wnet=dEcv这个结果与实验不符少了推进功推进功的表达式推进功（流动功、推动功)pApVdl

W推=p

Adl=pV

w推=pv注意:

不是pdvv没有变化对推进功的说明1.与宏观流动有关，流动停止，推进功不存在2.作用过程中，工质仅发生位置变化，无状态变化3.w推＝pv与所处状态有关，是状态量4.并非工质本身的能量（动能、位能）变化引起，

而由外界做出，流动工质所携带的能量可理解为:由于工质的进出，外界与系统之间所传递的一种机械功，表现为流动工质进出系统使所携带和所传递的一种能量开口系能量方程的推导

Wnet

Qpvin

moutuinuoutgzingzout

Q+min(u+c2/2+gz)in-mout(u+c2/2+gz)out-Wnet=dEcv

minpvoutQ+min(u+pv+c2/2+gz)in-Wnetmout(u+pv+c2/2+gz)out=dEcv工程上常用流率开口系能量方程微分式当有多条进出口:01流动时,总一起存在02开口系能量方程微分式3-5开口系统稳定流动能量方程

Wnet

Q

min

moutuinuoutgzingzout稳定流动条件SteadyStateSteadyFlow(SSSF)1.2.3.轴功Shaftwork每截面状态不变4.002稳定流动条件01稳定流动能量方程的推导稳定流动能量方程的推导1kg工质01适用条件:02任何流动工质03任何稳定流动过程稳定流动能量方程w01wt02(pv)03c2/204ws05g△z06做功的根源07ws08几种功的关系准静态准静态热一律解析式之一热一律解析式