工程热力学 课件 第二章 热力学第一定律.ppt

1、第二章 热力学第一定律,2-1 热力学第一定律的实质 热力学第一定律 热是能的一种，机械能变热能，或热能变机械能时，它们间的比值是一定的 热可以变为功，功也可以变为热，一定量的热消失时必产生相应量的功；消耗一定量的功时必出现与之对应的一定量的热,2-2 热力学能和总能 热力学能 内动能、内位能及维持一定分子结构的化学能和原子核内部的原子能，以及电磁 场作用下的电磁能等一起构成所谓的热力学能 热力学能用符号U表示，单位是焦耳（J）；比热力学能用符号u表示，单位是J/kg 热力学能是状态参数，可以表示为两个独立状态参数的函数 或 ，,总能 内部储存能和外部储存能的总和，即热力学能与宏观运动动能及位

2、能的总和，叫做工质的总储存能，简称总能 总能用E表示，动能和位能分别用Ek和Ep表示，则,2-3 能量的传递和转化 作功和传热 能量传递的两种方式：作功和传热 借作功来传递热量总是和物体的宏观位移有关，而传热则不需要有物体的宏观移动 热能变机械能的过程：一是能量转换的热力学过程，二是单纯的机械过程,推动功和流动功 推动功：工质在开口系统中流动而传递的功 推动功 = pV = mpv 工质在传递推动功时没有热力状态的变化，也不会有能量形态的变化 推动功只有在工质移动位置时才起作用 流动功：推动功差(pv)=p2v2-p1v1是系统为维持工质流动所需的功，称为流动功 开口系与外界交换的功量是膨胀功

3、与流动功之差 w-(p2v2-p1v1) 热能和机械能的可逆转换总是与工质的膨胀和压缩联系在一起的,2-4 焓 焓 焓用符号H表示，单位为J，比焓用h表示，单位为J/kg 焓是状态参数，可以表示为两个独立状态参数的函数 或 ， 工质通过界面流入热力系统时，把热力学能和从外部功源获得的推动功带进系统，随工质移动而转移的能量等于焓,2-5 热力学第一定律的基本能量方程式 能量平衡方程式 系统能量平衡的基本表达式 进入系统的能量-离开系统的能量=系统中储存能量的增加 热力学第一定律的基本能量方程式闭口系能量方程式 或 其微分形式是 对于1kg工质,系统吸热Q为正，系统对外作功W为正，反之则为负；系统

4、的热力学能增大U为正，反之为负 该式适用于可逆过程也适用于不可逆过程，对工质性质也没有限制 对于可逆过程， 故 ， 或 ， 对于循环 由于 所以 即 ，,2-6 开口系统能量方程式 开口系能量方程 工质在同一截面上各点的热力状态参数及流速近似相同 开口系能量方程 微元过程中的能量平衡 进入系统的能量 离开系统的能量 控制容积的储存能增量 根据热力学第一定律,整理得 由于E=me，V=mv，h=u+pv，则得开口系能量方程,稳定流动能量方程 稳定流动过程：流动过程中开口系统内部及其边界上各点工质的热力参数及运动参数都不随时间而变 稳定流动的必要条件可表示为 ， 代入开口系能量方程，得到 或,当流

5、入质量为m的流体时，稳定流动能量方程可写作 或 稳定流动能量方程式是根据能量守恒与转换定律导出的，除流动必须稳定外无任何附加条件,稳定流动能量方程式的分析 稳定流动能量方程式改写为 工质在状态变化过程中从热能转变而来的机械能总等于膨胀功 技术功：工质的动能、位能与工质对机器作的功之和是技术上可资利用的功，称之为技术功 由于 ，则,对于可逆过程 或 引进技术功概念后，稳定流动能量方程式改写为 对于质量为m的工质 对于微元过程 若过程可逆 ， ，,2-7 能量方程式的应用 动力机 工质流经汽轮机、燃气轮机等动力机时，压力降低，对机器作功，忽略动能差，位能差及散热损失，1kg工质对机器所作的功为,压气机 工质流经压气机时，机器对工质作工，使工质升压，工质对外界略有放热，wi和q都是负的，忽略动能差和位能差，对1kg工质需作功为,换热器 工质流经锅炉、回热器等热交换器时和外界有热量交换而无功的交换，忽略动能差和位能差，1kg工质的吸热量为,管道 工质流经喷管、扩压管等这类设备时，不对设备作功，忽略热量