熱力學(xué)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(yīng)用本質(zhì)：能量轉(zhuǎn)換及守恒定律在熱過程中的應(yīng)用 18世紀(jì)初，工業(yè)革命，熱效率只有世紀(jì)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(shí)驗(yàn)的一致性用多種實(shí)驗(yàn)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(rèn)年發(fā)表并得到公認(rèn)1814-1878德國(guó)德國(guó)醫(yī)學(xué)博士醫(yī)學(xué)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(guó)英國(guó)1850測(cè)定熱功當(dāng)量測(cè)

2、定熱功當(dāng)量1852焦湯效應(yīng)焦湯效應(yīng)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(fèi)，必須化費(fèi)熱能熱能或或其它能量其它能量熱力學(xué)第一定律熱力學(xué)第一定律又可表述為又可表述為“第一類永第一類永動(dòng)機(jī)是不可能制成的。動(dòng)機(jī)是不可能制成的?！盬Q外部?jī)?chǔ)存能外部?jī)?chǔ)存能宏觀動(dòng)能宏觀動(dòng)能 Ek= mc2/2宏觀位能宏觀位能 Ep= mgz機(jī)械能機(jī)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(biāo)，常用一般與系統(tǒng)同坐標(biāo)，常用U, dU, u, du熱力學(xué)能熱力學(xué)能的導(dǎo)出的導(dǎo)出閉口系閉口系循環(huán)循環(huán)Q =W()0QW對(duì)于循環(huán)對(duì)于循環(huán)1a2c

3、11 22 1()()0acQWQW對(duì)于循環(huán)對(duì)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(xué)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(dá)式熱一律表達(dá)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?jī)烧咧钪?，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(chǔ)

4、存于系統(tǒng)代表儲(chǔ)存于系統(tǒng)內(nèi)部的能量?jī)?nèi)部的能量 內(nèi)儲(chǔ)存能內(nèi)儲(chǔ)存能（內(nèi)能內(nèi)能、熱力學(xué)能熱力學(xué)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(jìn)入進(jìn)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?jī)?chǔ)存能量?jī)?nèi)部?jī)?chǔ)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(diǎn)共同點(diǎn)：能量；過程量：能量；過程量不同點(diǎn)不同點(diǎn)：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(xué)能化：熱力學(xué)能機(jī)械能機(jī)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(xué)用此式較少工程熱力學(xué)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(jìn)入進(jìn)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(chǔ)存能量?jī)?chǔ)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(dāng)有多條進(jìn)出口：當(dāng)有多條進(jìn)出口：netcv2outout2inind/ 2/ 2QEWupvcgzmup

7、vcgzm流動(dòng)時(shí)，總一起存在流動(dòng)時(shí)，總一起存在穩(wěn)定流動(dòng)條件穩(wěn)定流動(dòng)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(dòng)條件穩(wěn)定流動(dòng)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(dòng)工質(zhì)任何流動(dòng)工質(zhì)任何穩(wěn)定流動(dòng)過程任何穩(wěn)定流動(dòng)過程s2t2/wgdzdcvdpw對(duì)于流體流過管道，對(duì)于流體流過管道，0sw2102vdpdcgdz 壓力能壓力能 動(dòng)能動(dòng)能 位能位能機(jī)械能守恒機(jī)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(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)輪船發(fā)動(dòng)機(jī)輪船發(fā)動(dòng)機(jī)移動(dòng)電站移動(dòng)電站 燃?xì)廨啓C(jī)燃?xì)廨啓C(jī)蒸汽輪機(jī)蒸汽輪機(jī)鍋鍋爐爐汽輪機(jī)汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)發(fā)電機(jī)給水泵給水泵凝凝汽汽器器過熱器過熱器壓壓氣氣機(jī)機(jī)燃燃?xì)鈿廨嗇啓C(jī)機(jī)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(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)輪船發(fā)動(dòng)機(jī)輪船發(fā)動(dòng)機(jī)移動(dòng)電站移動(dòng)電站 壓氣機(jī)壓氣機(jī)水泵水泵制冷制冷空調(diào)空調(diào)壓縮機(jī)壓縮機(jī)鍋鍋爐爐汽輪機(jī)汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)發(fā)電機(jī)給水泵給水泵凝凝汽汽器器過熱器過熱器壓壓氣氣機(jī)機(jī)燃燃?xì)鈿廨嗇啓C(jī)機(jī)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(jī)汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)發(fā)電機(jī)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(xì)管膨脹閥、毛細(xì)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(jī)靜葉蒸汽輪機(jī)靜葉核電核電飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)