南京航空航天大学 工程热力学课件 第二章.ppt

1、第二章热力学第一定律，本章的基本要求是深入理解热力学第一定律的本质，熟练掌握热力学第一定律及其表达式。 可以正确灵活地应用热力学的第一定律式来分析修正计算工序的实际问题。 掌握能量、储能、热力学能量、转移能的概念掌握体积变化功、推进功、轴功和技术功的概念和修正公式。 焓的定义是21热力学第一定律的本质，在十九世纪30-40年代，迈尔斯(德意志医生)发现并确定了能量转化和守恒定律。 恩格斯将其作为十九世纪的三大发现之一(细胞球说，达尔文进化论)。 能量转化和守恒定律指出，所有的物质都具有能量。 能量既不能创造也不能消灭，只能从一种条件下的形态变成另一种形态。 在转换中，能量的总量是一定的。 到目

2、前为止，没有一个人提出不符合这个自然规律的事实。 相反，在天文、地理、生物、化学、电磁光、宏命令、微观各领域都遵循这个规律。 热力学是研究能量及其特性的科学，必然遵循这一规律。 热力学第一定律是能量守恒和变换定律在热力学上的应用，决定了热过程中各种能量的数量相互关系。 在工程科学热力学范围内，主要考虑热能与机械能之间的相互转换和守恒，因此，热力学第一定律可以表示，热可以转化为功，功也可以转化为热，在相互转换时，能量的总量不变。 根据热力学第一定律，为了得到机械能，需要热能和其他形式的能量，第一类永久动机是不能实现的。22热力学能和通常，能是物质运动的测量，运动有各种各样的形态，与之对应有各种各

3、样的能。 存储在系统中的能量称为存储能量，有内部存储能量和外部存储能量的区别。 系统的内部储藏能量是热力学能，另一方面，热力学能、热力学能是在系统内部储藏的能量，与系统内工程科学的内部粒子的微观运动和粒子的空间位置有关，是分子热运动产生的内部动能的总和。 这是温度的函数。 由分子间相互作用形成的内位能。 体积和温度的函数。 维持一定分子结构的化学能、原子核内部的核电源以及电磁场产生的电磁能量等。 热力学能是状态残奥表，是热力学能的一值函数：热力学能：符号： u法定修正量单位：焦耳(j )比热力学能： (1kg物质的热力学能)符号： u单位： J/kg，二，需要外部储存能三，系统的总储存能系统的

4、总储存能量是系统的内部储存能量和外部储存能量之和，用e表示： 1kg工质的常比是： 23能量的传递和转化，一是工作和传热，工作和传热是能量传递两种方式，所以工作量和热不是系统的状态残奥计，而是普通的工作：在工作中传递能量总是与物体的宏命令位移有关。 在办事儿过程中经常伴随着能量形态的变化。 传热：通过传热来传递能量的无用物体的宏命令移动。 传热是相互接触的物体间有温度差时产生的能量传递过程。 工程科学通过开口系统传递的工作称为推进工作。 二、推进工作和流动功在推进办事儿时，工程科学状态不变(图中的c点)，所以推进工作不是系统的储存能量热力学能，而是系统以外的物质，这种物质叫做外部工作源。在传递

5、推进工作时，工程科学只是单纯地传递能量，不会像传送带那样改变能量的形态。 在质量流动时，经常从后面得到推进工作，在前面进行推进工作，向系统流动功出出进进推进工作的差别(也是系统维持质量流动所必需的工作)。 工质从进口到出口，从状态1膨胀到状态2，膨胀为w，工质的动能和位能没有变化的情况下，开系统和外界的交换功量膨胀功和流动功的差w - (pv )，24焓，一、焓的定义：焓的单位： j 、25热力学第一定律的基本能量方程、热力学第一定律的能量方程是系统变化过程的能量平衡方程，任何系统，任何过程都可以根据以下原则建立能量方程：进入系统的能量、离开系统的能量、系统储存的能量增加、一、 闭口系统的能量

6、方程式是热力学第一、关系中的工质从外界吸收q后，从状态1变化到状态2，对云同步做外功w时，这个式是闭口系统的能量方程式。 对于控制质量的闭口系统来说，常见的情况是在物态变化过程中，由于系统的宏命令动能与势能的变化为零，或可以忽略不计，如果闭口系统经过了微元过程，则能量方程对微分形式： 1kg工质，而能量方程对：循环： 以上各能量方程适用于关系的各过程(可逆或不可逆)和各种工质(理想气体、实际气体或液体)，关系能量方程的总结： m kg工质为有限过程m kg工质为微元过程1 kg工质为有限过程1 kg工质经过微元过程，二、关系能量方程的应用例题22如图所示，活塞面积a为4cm2、体积20Cm3的

7、缸内充满了压力0.1MPa、温度20c的空气，弹簧刚性系数k为100N/cm，初期弹簧没有变形。 慢慢加热空气，求出空气压力增加到男同性恋压力0.2MPa时需要施加多少热量。 在实际加热设备中实现的能量转化(满足大气压强p0=0.1MPa、u=0.707 T KJ/Kg且状态方程PV=mRgT )、26开口系统的能量方程、当工程科学通常流经加热设备中的各个加热设备，并完成不同加热过程后才实现能量转化。 因此，在分析这种热设备时，大多采用控制分析开口系统即容积的方法。 工程科学在设备内流动时，在同一断面上，残奥仪表被视为大致均匀。 认为同一断面上各点的流速一致。 另一方面，开口系能量方程式、dm

8、1的微元件工程科学流入入口截面11、dm2的微元件工程科学流出出口断面22系统从外部接受热的dQ系统对机械进行内部功dWi，图中的开口系在dt时间内进行了微元件过程： Wi在机械内部工作，轴功Ws在进入系统的远离能源系统的能量控制容积系统储存能量的增加量、远离系统的能量、系统储存能量的增加量、该式是开口系能量方程式的通式，输入、输出系统的工程科学有多股，能量方程式被写成在开口系1kg中流动的流体的稳定流动的能量方程式其微分形式为，流经开口系统m kg的流体的稳定流动的能量方程式及其微分形式，如三、稳定流动能量方程式的分析，则这三项为机械能，可在技术上利用的工作，称为技术工作，可用、可逆过程来表

9、示，微分形式： 27能量方程式的应用，一、 开口稳定流能方程在一些常见热机中的应用，动力机、压缩机、热交换设备、管、光圈，某些燃气透平设备已知在压缩机入口的空气比焓h1为290kJ/kg，如图所示。 由于压缩空气的升温，比焓增加到h2=580kJ/kg，在截面2个部位，空气和燃料的混合物以cf2=20m/s的速度进入燃烧室，在定压下燃烧，成为工程科学的吸入热量q=670kJ/kg。 燃烧后的瓦斯气体进入喷管，绝热膨胀至状态3，h3=800kJ/kg，流速增加至cf3，该瓦斯气体进入旋翼，推动转轮旋转办事儿。 如果动叶中的瓦斯气体的热状态不变，则最后离开燃气透平的速度cf4=100m/s，求：如果空气产水量为100kg/s，则压缩机消耗的电力是多少？如果瓦斯气体的发热值qB=43960kJ/kg，则燃料的消耗量是多少？ 瓦斯气体水口出口流速多少？燃气透平功率多少？燃气透平设备总电功率多少？二、一般孔径能量方程的应用，瓦斯气体填充问题在充放气中，容器内瓦斯气体的状态随时间变化，每个一刹那认为容器内各处的残奥表一致。 此外，在膨胀过程中，流动情况随时间变化，但通过容器边界进入容器的瓦斯气体入口状态不随