3热力学第二章.ppt

1、第二章热力学第一定律,2-1 热力学第一定律的本质,本质：能量转换及守恒定律在热过程中的应用,热一律又可表述为“第一类永动机是 不可能制成的”,热一律可表述为:,热是能的一种,机械能变为热能,或热能变机械能时,它们间的比值是一定的.,分子动能（移动、转动、振动）分子位能（相互作用） 核能 化学能,热力学能, 热力学能是状态参数,符号: U: 广延参数 kJ u: 比参数 kJ/kg,热力学能总以变化量出现，热力学能零点人为定,说明：,2-2 热力学能和总能,物体的内动能，内位能，化学能，原子核能称为热力学能,1.热力学能,温度的函数,比体积和温度的函数,2.总能,外部储存能:,宏观动能 Ek=

2、 mc2/2 宏观位能 Ep= mgz,机械能,系统总能:,E = U + Ek + Ep,e = u + ek + ep,热力学能、动能和位能总和称为热力系统的总储存能，简称总能以 E 表示.,作功,2-3 能量的传递和转化,1. 能量传递两种方式,特点: 物体无宏观位移,特点: 物体有宏观位移,传热,功和热量均为过程量,2. 推动功和流动功,推动功,W推 = P A dl = PV w推= pv,注意： 不是 pdv, v 没有变化,对推动功的说明,1、与宏观流动有关，流动停止，推动功不存在,2、作用过程中，工质仅发生位置变化，无状态变化,3、并非工质本身的能量（动能、位能）变化引起， 而

3、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,流动功:,为维持工质流动所需要的功.,“开口系统与外界交换的功量”,膨胀功与流动功之差,W (p 2V2 p1 V1), 2-4 焓,定义：焓 h = u + pv,H = U + pV kJ ,1、焓是状态量,2、H为广延参数 H=U+pV= m(u+pv)= mh h为比参数,3、对流动工质，焓代表能量(内能+推动功) 对静止工质，焓不代表能量,4、物理意义：开口系中随工质流动而携带的能量、其值取决于热力状态。,说明:,热一律的应用到系统的基本表达

4、式:,热一律: 能量守恒与转换定律,进入系统的能量 - 离开系统的能量 = 系统内部储存能量的变化,2-5 热一律的基本能量方程,闭口系的能量方程式:,W,Q,一般式,Q = U + W,q = du + w q = u + w,单位工质:,适用条件：1）任何工质 2) 任何过程,Q = dU + W,微元过程:,闭口系能量方程中的功,功 （ w） 是广义功 闭口系与外界交换的功量,q = du + w,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= - dA,w = pdv - dl - dA +.,准静态和可逆闭口系能量方程,简单可压缩系准静态过程,w =

5、pdv,简单可压缩系可逆过程, q = Tds,q = du + pdv,q = u + pdv,热一律解析式之一,Tds = du + pdv, Tds = u + pdv,热力学恒等式, 2-6 开口系能量方程,推导,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,开口系能量方程的推导,Wnet,Q,pvin,mout,uin,uout,gzin,gzout,Q + min(u + c2/2 + gz)in - mout(u + c2/2 + gz)out - Wnet = dEcv,min,pvout,开口系能量方程微分式,Q + min(u + pv+c2/2

6、 + gz)in - Wnet - mout(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：,流动时，总一起存在,稳定流动能量方程:,Wnet,Q,min,mout,uin,uout,gzin,gzout,稳定流动条件,Steady State Steady Flow(SSSF),1、,2、,3、,轴功Shaft work,每截面状态不变,4、,稳定流动能量方程的推导,稳定流动条件,0,稳定流动能量方程的推导,1kg工质,稳定流动能量方程,适用条件：,任何流动工质,任何稳定流动过程,单位质量工质的开口与闭口,ws,q,稳流开口系,

7、闭口系(1kg),容积变化功,等价,技术功wt,稳流开口与闭口的能量方程,容积变化功w,技术功wt,闭口,稳流开口,等价,内部功ws,轴功ws,流动功(pv),几种功的关系？,几种功的关系,w,wt,(pv),c2/2,ws,gz,做功的根源,ws,准静态下的技术功,准静态,准静态,热一律解析式之一,热一律解析式之二,技术功在示功图上的表示,1：动力机,火力发电 核电,飞机发动机 轮船发动机 移动电站,燃气轮机,蒸汽轮机, 2-7 能量方程的应用,火力发电装置,锅 炉,汽轮机,发电机,给水泵,凝汽器,过热器,航空发动机（燃气循环）,燃气发电装置,活塞,燃气装置,压气机,燃气轮机,燃烧室,空气,

8、废气,动力机,1) 进出口动能差小,2）进出口位能差小,3）保温层,q 0,ws = -h = h1 - h20,输出的轴功是靠焓降转变的,2：压气机,火力发电 核电,飞机发动机 轮船发动机 移动电站,压气机,水泵,制冷 空调,压缩机,火力发电装置,锅 炉,汽轮机,发电机,给水泵,凝汽器,过热器,航空发动机（燃气循环）,燃气发电装置,活塞,燃气装置,压气机,燃气轮机,燃烧室,空气,废气,制冷空调装置,活塞,压气机械,ws = -h = h1 - h20,输入的轴功转变为焓升,1) 进出口动能差小,2）进出口位能差小,3）对外略有放热,q 0,3：换热器,火力发电：,锅炉、凝汽器,核电：,热交换

9、器、凝汽器,制冷 空调,蒸发器、冷凝器,火力发电装置,锅 炉,汽轮机,发电机,给水泵,凝汽器,过热器,制冷空调装置,活塞,换热设备,热流体放热量：,3）没有作功部件,热流体,h1,h2,1) 进出口动能差小,2）进出口位能差小,4.管道(喷管和扩压管),火力发电,蒸汽轮机静叶,核电,飞机发动机 轮船发动机 移动电站,压气机静叶,喷管目的：,压力降低，速度提高,扩压管目的：,速度降低，压力升高,喷管和扩压管,动能与焓变相互转换,5.绝热节流,管道阀门,制冷 空调,膨胀阀,制冷空调装置,活塞,绝热节流(阀门),说明: 绝热节流前后h不变,h1,h2,没有作功部件,绝热,进出口动位能差忽略,第二章

10、讨论课,思考题,工质膨胀是否一定对外作功？,向真空膨胀，自由膨胀,定容过程是否一定不作功？,开口系，技术功,定温过程是否一定不传热？,相变过程（冰融化，水汽化）,水轮机,作业： P.57-60 23; 24; 29； 212。,门窗紧闭房间用电冰箱降温,以房间为系统,绝热闭口系,闭口系能量方程,T,电冰箱,门窗紧闭房间用空调降温,以房间为系统,绝热闭口系,闭口系能量方程,T,空调,Q,充气问题与取系统,例:,储气罐原有气体m0,u0,输气管状态不变，h,经时间充气，关阀,储气罐中气体m,求：储气罐中气体内能u,忽略动、位能变化，且管路、储气罐、阀门均绝热,m0,u0,h,四种可取系统,1）取储气罐为系统,开口系,2）取最终罐中气体为系统,闭口系,3）