熱力學第一定律(3)

1、 1909年，年，C. Caratheodory最后完善熱一律最后完善熱一律本質(zhì)：能量轉(zhuǎn)換及守恒定律在熱過程中的應用本質(zhì)：能量轉(zhuǎn)換及守恒定律在熱過程中的應用 18世紀初，工業(yè)革命，熱效率只有世紀初，工業(yè)革命，熱效率只有1% 1842年，年，J.R. Mayer闡述熱一律，但沒有闡述熱一律，但沒有 引起重視引起重視 1840-1849年，年，Joule用多種實驗的一致性用多種實驗的一致性 證明熱一律，于證明熱一律，于1950年發(fā)表并得到公認年發(fā)表并得到公認1814-1878德國德國醫(yī)學博士醫(yī)學博士首次提出能量轉(zhuǎn)換與首次提出能量轉(zhuǎn)換與守恒定律守恒定律1818-1889英國英國1850測定熱功當量測

2、定熱功當量1852焦湯效應焦湯效應能量單位能量單位焦耳定律（熱與電）焦耳定律（熱與電）要想得到要想得到功功，必須化費，必須化費熱能熱能或或其它能量其它能量熱力學第一定律熱力學第一定律又可表述為又可表述為“第一類永第一類永動機是不可能制成的。動機是不可能制成的?！盬Q外部儲存能外部儲存能宏觀動能宏觀動能 Ek= mc2/2宏觀位能宏觀位能 Ep= mgz機械能機械能系統(tǒng)總能系統(tǒng)總能E = U + Ek + Epe = u + ek + ep一般與系統(tǒng)同坐標，常用一般與系統(tǒng)同坐標，常用U, dU, u, du熱力學能熱力學能的導出的導出閉口系閉口系循環(huán)循環(huán)Q =W()0QW對于循環(huán)對于循環(huán)1a2c

3、11 22 1()()0acQWQW對于循環(huán)對于循環(huán)1b2c11 22 1()()0bcQWQW1 21 2()()abQWQW狀態(tài)參數(shù)狀態(tài)參數(shù)pV12abc()0QW定義定義 dU = Q - W 熱力學能能U 狀態(tài)函數(shù)狀態(tài)函數(shù) Q = dU + WQ = U + W閉口系閉口系熱一律表達式熱一律表達式！兩種特例兩種特例 絕功系絕功系 Q = dU 絕熱系絕熱系 W = - dUdU = Q - W W Q dU 代表某微元過程中系統(tǒng)通過邊界代表某微元過程中系統(tǒng)通過邊界交換的交換的微熱量微熱量與與微功量微功量兩者之差值，也兩者之差值，也即即系統(tǒng)內(nèi)部能量系統(tǒng)內(nèi)部能量的變化。的變化。 U 代表儲

4、存于系統(tǒng)代表儲存于系統(tǒng)內(nèi)部的能量內(nèi)部的能量 內(nèi)儲存能內(nèi)儲存能（內(nèi)能內(nèi)能、熱力學能熱力學能）熱一律熱一律: 能量守恒與轉(zhuǎn)換定律能量守恒與轉(zhuǎn)換定律進入進入系統(tǒng)的系統(tǒng)的能量能量 - 離開離開系統(tǒng)的系統(tǒng)的能量能量 = 系統(tǒng)系統(tǒng)內(nèi)部儲存能量內(nèi)部儲存能量的的變化變化能量的傳遞和轉(zhuǎn)換能量的傳遞和轉(zhuǎn)換一、功和熱量一、功和熱量 能量傳遞的方式能量傳遞的方式： 作功作功有宏觀位移有宏觀位移 傳熱傳熱無宏觀位移無宏觀位移共同點共同點：能量；過程量：能量；過程量不同點不同點：作功伴隨著能量形態(tài)的變：作功伴隨著能量形態(tài)的變化：熱力學能化：熱力學能機械能機械能 W Q一般式一般式 Q = dU + W Q = U + W

5、 q = du + w q = u + w單位工質(zhì)單位工質(zhì)適用條件：適用條件： 1）任何工質(zhì)）任何工質(zhì) 2) 任何過程任何過程 q = du + w若在地球上研究飛行器若在地球上研究飛行器 q = de + w = du + dek + dep + w 工程熱力學用此式較少工程熱力學用此式較少以房間為以房間為系統(tǒng)系統(tǒng) 絕熱閉口系絕熱閉口系閉口系能量方程閉口系能量方程QU W0Q0UW0W T電電冰冰箱箱以房間為以房間為系統(tǒng)系統(tǒng) 閉口系閉口系閉口系能量方程閉口系能量方程QU W0QUQ W0W T空空調(diào)調(diào) QQW開口系能量方程開口系能量方程能量守恒原則能量守恒原則進入進入系統(tǒng)的系統(tǒng)的能量能量 -

6、 - 離開離開系統(tǒng)的系統(tǒng)的能量能量 = = 系統(tǒng)系統(tǒng)儲存能量儲存能量的的變化變化 Wnet Qpvinuingzin212inc qmin qmoutuoutgzout212outcpvoutzinzout Q + qmin(u + pv+c2/2 + gz)in - Wnet - qmout(u + pv+c2/2 + gz)out = dEcv工程上常用工程上常用流率流率0limQQ0limmm0limWW2cvout2innetind/ 2/ 2outQEupvcgzmupvcgzmW當有多條進出口：當有多條進出口：netcv2outout2inind/ 2/ 2QEWupvcgzmup

7、vcgzm流動時，總一起存在流動時，總一起存在穩(wěn)定流動條件穩(wěn)定流動條件 Wnet Q min moutuinuoutgzingzout212inc212outcSteady State Steady Flow(SSSF)1、outinmmm2、QConst3、netsWConstW軸功軸功Shaft work每截面狀態(tài)不變每截面狀態(tài)不變4、,/0C VdEoutinmmmQConstnetsWConstW,/0C VdE穩(wěn)定流動條件穩(wěn)定流動條件netcv2outout2inind/ 2/ 2QEWhcgzmhcgzm0mmsW22soutin22ccQmhgzhgzWQm qssWm w1kg

8、工質(zhì)工質(zhì)22soutin22ccqhgzhgzw2s12qhcgzw 2s12qhcgzw 適用條件：適用條件：任何流動工質(zhì)任何流動工質(zhì)任何穩(wěn)定流動過程任何穩(wěn)定流動過程s2t2/wgdzdcvdpw對于流體流過管道，對于流體流過管道，0sw2102vdpdcgdz 壓力能壓力能 動能動能 位能位能機械能守恒機械能守恒2102dpdcdzgg柏努利方程柏努利方程火力發(fā)電火力發(fā)電核電核電飛機發(fā)動機飛機發(fā)動機輪船發(fā)動機輪船發(fā)動機移動電站移動電站 燃氣輪機燃氣輪機蒸汽輪機蒸汽輪機鍋鍋爐爐汽輪機汽輪機發(fā)電機發(fā)電機給水泵給水泵凝凝汽汽器器過熱器過熱器壓壓氣氣機機燃燃氣氣輪輪機機燃燒室燃燒室空空氣氣廢廢氣氣

9、sqhw 1) 體積不大體積不大2）流量大流量大3）保溫層保溫層q 0ws = -h = h1 - h20輸出的軸功是靠焓降轉(zhuǎn)變的輸出的軸功是靠焓降轉(zhuǎn)變的火力發(fā)電火力發(fā)電核電核電飛機發(fā)動機飛機發(fā)動機輪船發(fā)動機輪船發(fā)動機移動電站移動電站 壓氣機壓氣機水泵水泵制冷制冷空調(diào)空調(diào)壓縮機壓縮機鍋鍋爐爐汽輪機汽輪機發(fā)電機發(fā)電機給水泵給水泵凝凝汽汽器器過熱器過熱器壓壓氣氣機機燃燃氣氣輪輪機機燃燒室燃燒室空空氣氣廢廢氣氣sqhw 1) 體積不大體積不大2）流量大流量大3）保溫層保溫層q 0ws = -h = h1 - h20輸入的軸功轉(zhuǎn)變?yōu)殪噬斎氲妮S功轉(zhuǎn)變?yōu)殪噬鹆Πl(fā)電：火力發(fā)電：鍋爐、凝汽器鍋爐、凝汽器核

10、電：核電：熱交換器、凝汽器熱交換器、凝汽器制冷制冷空調(diào)空調(diào)蒸發(fā)器、冷凝器蒸發(fā)器、冷凝器鍋鍋爐爐汽輪機汽輪機發(fā)電機發(fā)電機給水泵給水泵凝凝汽汽器器過熱器過熱器熱流體放熱量：熱流體放熱量：沒有作功部件沒有作功部件sqhw s0w 21qhhh 熱流體熱流體冷流體冷流體h1h2h1h2210qhhh 冷流體吸熱量：冷流體吸熱量：210qhhh 焓變焓變管道閥門管道閥門制冷制冷空調(diào)空調(diào)膨脹閥、毛細管膨脹閥、毛細管絕熱節(jié)流過程，前后絕熱節(jié)流過程，前后h不變不變，但，但h不是處處相等不是處處相等h1h2sqhw 沒有作功部件沒有作功部件s0w 絕熱絕熱0q 0h12hh火力發(fā)電火力發(fā)電蒸汽輪機靜葉蒸汽輪機靜葉核電核電飛機發(fā)動機