最新二節(jié)熱力學(xué)一定律課件

二節(jié)熱力學(xué)一定律二節(jié)熱力學(xué)一定律1§2-2熱力學(xué)第一定律的本質(zhì)

1909年，C.Caratheodory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

18世紀(jì)初，工業(yè)革命，熱效率只有1%

1842年，J.R.Mayer闡述熱一律，但沒有引起重視

1840-1849年，Joule用多種實(shí)驗(yàn)的一致性證明熱一律，于1950年發(fā)表并得到公認(rèn)§2-2熱力學(xué)第一定律的本質(zhì)1909年，C.C最新二節(jié)熱力學(xué)一定律課件最新二節(jié)熱力學(xué)一定律課件最新二節(jié)熱力學(xué)一定律課件最新二節(jié)熱力學(xué)一定律課件最新二節(jié)熱力學(xué)一定律課件最新二節(jié)熱力學(xué)一定律課件內(nèi)能的微觀組成分子動(dòng)能分子位能bindingforces化學(xué)能chemicalenergy核能nuclearenergy內(nèi)能microscopicformsofinternalenergy移動(dòng)translation轉(zhuǎn)動(dòng)rotation振動(dòng)vibration內(nèi)能的微觀組成分子動(dòng)能內(nèi)能microscopicforms系統(tǒng)總能totalenergy外部?jī)?chǔ)存能macroscopicformsofenergy宏觀動(dòng)能kinetic

Ek=mc2/2宏觀位能potential

Ep=mgz機(jī)械能系統(tǒng)總能E

=

U

+

Ek

+Epe

=

u

+ek

+

ep一般與系統(tǒng)同坐標(biāo)，常用U,dU,u,du系統(tǒng)總能totalenergy外部?jī)?chǔ)存能macrosco內(nèi)能的說明內(nèi)能是狀態(tài)量statepropertyU:

廣延參數(shù)[kJ]

u

:

比參數(shù)[kJ/kg]內(nèi)能總以變化量出現(xiàn)，內(nèi)能零點(diǎn)人為定內(nèi)能的說明內(nèi)能是狀態(tài)量stateproperty熱一律的文字表達(dá)式熱一律:能量守恒與轉(zhuǎn)換定律=進(jìn)入系統(tǒng)的能量離開系統(tǒng)的能量系統(tǒng)內(nèi)部?jī)?chǔ)存能量的變化-TotalenergyenteringthesystemTotalenergy

leaving

thesystemChangeinthetotalenergyofthesystem=-熱一律的文字表達(dá)式熱一律:能量守恒與轉(zhuǎn)換定律=進(jìn)入系統(tǒng)的能閉口系能量方程W一般式Q

=dU

+

W

Q

=U

+

Wq

=

du

+

w

q

=

u

+

w單位工質(zhì)適用條件：

1）任何工質(zhì)

2)任何過程Energybalanceforclosedsystem閉口系能量方程W一般式Q=dU+Wq=閉口系能量方程中的功功

（

w）

是廣義功GeneralizedWork

閉口系與外界交換的功量q

=du

+

w準(zhǔn)靜態(tài)容積變化功pdv拉伸功

w拉伸=-

dl表面張力功

w表面張力=-

dAw

=

pdv

-

dl

-

dA

+…...閉口系能量方程中的功功（w）是廣義功Generali閉口系能量方程的通式q

=du

+

w閉口系能量方程的通式q=du+w準(zhǔn)靜態(tài)和可逆閉口系能量方程簡(jiǎn)單可壓縮系準(zhǔn)靜態(tài)過程w=pdv簡(jiǎn)單可壓縮系可逆過程q=Tdsq

=

du

+

pdv

q

=u

+

pdv熱一律解析式之一Tds=du+pdv

Tds=u+pdv熱力學(xué)恒等式準(zhǔn)靜態(tài)和可逆閉口系能量方程簡(jiǎn)單可壓縮系準(zhǔn)靜態(tài)過程w=p門窗緊閉房間用電冰箱降溫以房間為系統(tǒng)

絕熱閉口系閉口系能量方程T電冰箱RefrigeratorIcebox門窗緊閉房間用電冰箱降溫以房間為系統(tǒng)絕熱閉口系閉門窗緊閉房間用空調(diào)降溫以房間為系統(tǒng)

閉口系閉口系能量方程T空調(diào)QAir-conditioner門窗緊閉房間用空調(diào)降溫以房間為系統(tǒng)閉口系閉口系能開口系能量方程WnetQminmoutuinuoutgzingzout能量守恒原則進(jìn)入系統(tǒng)的能量

-離開系統(tǒng)的能量

=系統(tǒng)儲(chǔ)存能量的變化Energybalanceforopensystem開口系能量方程WnetQminmoutuinuout開口系能量方程的推導(dǎo)WnetQminmoutuinuoutgzingzoutQ

+

min(u

+

c2/2

+

gz)in-

mout(u

+

c2/2

+gz)out

-

Wnet

=

dEcv這個(gè)結(jié)果與實(shí)驗(yàn)不符少了推進(jìn)功開口系能量方程的推導(dǎo)WnetQminmoutuinu推進(jìn)功的表達(dá)式推進(jìn)功（流動(dòng)功、推動(dòng)功）pApVdl

W推=

p

A

dl

=

pV

w推=

pv注意：不是

pdv

v沒有變化Flowwork推進(jìn)功的表達(dá)式推進(jìn)功（流動(dòng)功、推動(dòng)功）pApVdlW推=對(duì)推進(jìn)功的說明1、與宏觀流動(dòng)有關(guān)，流動(dòng)停止，推進(jìn)功不存在2、作用過程中，工質(zhì)僅發(fā)生位置變化，無狀態(tài)變化3、w推＝pv與所處狀態(tài)有關(guān)，是狀態(tài)量4、并非工質(zhì)本身的能量（動(dòng)能、位能）變化引起，而由外界（泵與風(fēng)機(jī)）做出，流動(dòng)工質(zhì)所攜帶的能量可理解為：由于工質(zhì)的進(jìn)出，外界與系統(tǒng)之間所傳遞的一種機(jī)械功，表現(xiàn)為流動(dòng)工質(zhì)進(jìn)出系統(tǒng)使所攜帶和所傳遞的一種能量對(duì)推進(jìn)功的說明1、與宏觀流動(dòng)有關(guān)，流動(dòng)停止，推進(jìn)功不存在2、開口系能量方程的推導(dǎo)WnetQpvinmoutuinuoutgzingzoutQ

+

min(u

+

c2/2

+

gz)in-

mout(u

+

c2/2

+gz)out

-

Wnet

=

dEcvminpvout開口系能量方程的推導(dǎo)WnetQpvinmoutuinu開口系能量方程微分式Q

+

min(u

+

pv+c2/2

+

gz)in-

Wnet

-

mout(u

+

pv+c2/2

+gz)out

=

dEcv工程上常用流率開口系能量方程微分式Q+min(u+pv+c2開口系能量方程微分式當(dāng)有多條進(jìn)出口：流動(dòng)時(shí)，總一起存在開口系能量方程微分式當(dāng)有多條進(jìn)出口：流動(dòng)時(shí)，總一起存在焓Enthalpy的引入定義：焓

h

=u

+

pvhh開口系能量方程焓Enthalpy的引入定義：焓h=u焓Enthalpy的說明

定義：h

=

u

+

pv[kJ/kg]

H

=

U

+

pV

[kJ]1、焓是狀態(tài)量stateproperty2、H為廣延參數(shù)

H=U+pV=

m(u+pv)=mh

h為比參數(shù)3、對(duì)流動(dòng)工質(zhì)，焓代表能量(內(nèi)能+推進(jìn)功)

對(duì)靜止工質(zhì)，焓不代表能量4、物理意義：開口系中隨工質(zhì)流動(dòng)而攜帶的、取決

于熱力狀態(tài)的能量。焓Enthalpy的說明定義：h=u+pv穩(wěn)定流動(dòng)能量方程WnetQminmoutuinuoutgzingzout穩(wěn)定流動(dòng)條件1、2、3、軸功Shaftwork每截面狀態(tài)不變4、Energybalanceforsteady-flowsystems穩(wěn)定流動(dòng)能量方程WnetQminmoutuinuou穩(wěn)定流動(dòng)能量方程的推導(dǎo)穩(wěn)定流動(dòng)條件0穩(wěn)定流動(dòng)能量方程的推導(dǎo)穩(wěn)定流動(dòng)條件0穩(wěn)定流動(dòng)能量方程的推導(dǎo)1kg工質(zhì)穩(wěn)定流動(dòng)能量方程的推導(dǎo)1kg工質(zhì)穩(wěn)定流動(dòng)能量方程適用條件：任何流動(dòng)工質(zhì)任何穩(wěn)定流動(dòng)過程Energybalanceforsteady-flowsystems穩(wěn)定流動(dòng)能量方程適用條件：任何流動(dòng)工質(zhì)任何穩(wěn)定流動(dòng)過程Ene技術(shù)功Technicalwork動(dòng)能工程技術(shù)上可以直接利用軸功機(jī)械能位能技術(shù)功Technicalwork動(dòng)能工程技術(shù)上可以直接利單位質(zhì)量工質(zhì)的開口與閉口wsq穩(wěn)流開口系閉口系(1kg)容積變化功等價(jià)技術(shù)功單位質(zhì)量工質(zhì)的開口與閉口wsq穩(wěn)流開口系閉口系(1kg)容積穩(wěn)流開口與閉口的能量方程容積變化功w技術(shù)功wt閉口穩(wěn)流開口等價(jià)軸功ws推進(jìn)功(pv)幾種功的關(guān)系？穩(wěn)流開口與閉口的能量方程容積變化功w技術(shù)功wt閉口穩(wěn)流開口等幾種功的關(guān)系wwt△(pv)△c2/2wsg△z做功的根源ws幾種功的關(guān)系wwt△(pv)△c2/2wsg△z做功的根源對(duì)功的小結(jié)2、開口系，系統(tǒng)與外界交換的功為軸功ws3、一般情況下忽略動(dòng)、位能的變化1、閉口系，系統(tǒng)與外界交換的功為容積變化功wwswt對(duì)功的小結(jié)2、開口系，系統(tǒng)與外界交換的功為軸功ws3、一般情準(zhǔn)靜態(tài)下的技術(shù)功準(zhǔn)靜態(tài)準(zhǔn)靜態(tài)熱一律解析式之一熱一律解析式之二準(zhǔn)靜態(tài)下的技術(shù)功準(zhǔn)靜態(tài)準(zhǔn)靜態(tài)熱一律解析式之一熱一律解析式之二技術(shù)功在示功圖上的表示技術(shù)功在示功圖上的表示機(jī)械能守恒對(duì)于流體流過管道，

壓力能

動(dòng)能

位能機(jī)械能守恒柏努利方程Bernoulli’sequation機(jī)械能守恒對(duì)于流體流過管道，壓力能動(dòng)能穩(wěn)定流動(dòng)能量方程應(yīng)用舉例穩(wěn)定流動(dòng)能量方程應(yīng)用舉例例1：透平(Turbine)機(jī)械火力發(fā)電核電飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)輪船發(fā)動(dòng)機(jī)移動(dòng)電站燃?xì)鈾C(jī)蒸汽輪機(jī)Steamturbine例1：透平(Turbine)機(jī)械火力發(fā)電飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)燃?xì)鈾C(jī)蒸汽透平(Turbine)機(jī)械1)體積不大2）流量大3）保溫層q

0ws

=-△h

=

h1-

h2>0輸出的軸功是靠焓降轉(zhuǎn)變的透平(Turbine)機(jī)械1)體積不大2）流量大3）保溫層例2：壓縮機(jī)械Compressor火力發(fā)電核電飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)輪船發(fā)動(dòng)機(jī)移動(dòng)電站壓氣機(jī)水泵制冷空調(diào)壓縮機(jī)例2：壓縮機(jī)械Compressor火力發(fā)電飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)壓氣機(jī)壓縮機(jī)械1)體積不大2）流量大3）保溫層q

0ws

=-△h

=

h1-

h2<0輸入的軸功轉(zhuǎn)變?yōu)殪噬龎嚎s機(jī)械1)體積不大2）流量大3）保溫層q0ws例3：換熱設(shè)備HeatExchangers火力發(fā)電：鍋爐、凝汽器核電：熱交換器、凝汽器制冷空調(diào)蒸發(fā)器、冷凝器例3：換熱設(shè)備HeatExchangers火力發(fā)電：鍋爐、換熱設(shè)備熱流體放熱量：沒有作功部件熱流體冷流體h1h2h1’h2’冷流體吸熱量：焓變換熱設(shè)備熱流體放熱量：沒有作功部件熱流體冷流體h1h2h1’例4：絕熱節(jié)流ThrottlingValves管道閥門制冷空調(diào)膨脹閥、毛細(xì)管例4：絕熱節(jié)流ThrottlingValves管道閥門制冷絕熱節(jié)流絕熱節(jié)流過程，前后h不變，但h不是處處相等h1h2沒有作功部件絕熱絕熱節(jié)流絕熱節(jié)流過程，前后h不變，但h不是處處相等h1h2沒最新二節(jié)熱力學(xué)一定律課件49二節(jié)熱力學(xué)一定律二節(jié)熱力學(xué)一定律50§2-2熱力學(xué)第一定律的本質(zhì)

1909年，C.Caratheodory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

18世紀(jì)初，工業(yè)革命，熱效率只有1%

1842年，J.R.Mayer闡述熱一律，但沒有引起重視

1840-1849年，Joule用多種實(shí)驗(yàn)的一致性證明熱一律，于1950年發(fā)表并得到公認(rèn)§2-2熱力學(xué)第一定律的本質(zhì)1909年，C.C最新二節(jié)熱力學(xué)一定律課件最新二節(jié)熱力學(xué)一定律課件最新二節(jié)熱力學(xué)一定律課件最新二節(jié)熱力學(xué)一定律課件最新二節(jié)熱力學(xué)一定律課件最新二節(jié)熱力學(xué)一定律課件內(nèi)能的微觀組成分子動(dòng)能分子位能bindingforces化學(xué)能chemicalenergy核能nuclearenergy內(nèi)能microscopicformsofinternalenergy移動(dòng)translation轉(zhuǎn)動(dòng)rotation振動(dòng)vibration內(nèi)能的微觀組成分子動(dòng)能內(nèi)能microscopicforms系統(tǒng)總能totalenergy外部?jī)?chǔ)存能macroscopicformsofenergy宏觀動(dòng)能kinetic

Ek=mc2/2宏觀位能potential

Ep=mgz機(jī)械能系統(tǒng)總能E

=

U

+

Ek

+Epe

=

u

+ek

+

ep一般與系統(tǒng)同坐標(biāo)，常用U,dU,u,du系統(tǒng)總能totalenergy外部?jī)?chǔ)存能macrosco內(nèi)能的說明內(nèi)能是狀態(tài)量statepropertyU:

廣延參數(shù)[kJ]

u

:

比參數(shù)[kJ/kg]內(nèi)能總以變化量出現(xiàn)，內(nèi)能零點(diǎn)人為定內(nèi)能的說明內(nèi)能是狀態(tài)量stateproperty熱一律的文字表達(dá)式熱一律:能量守恒與轉(zhuǎn)換定律=進(jìn)入系統(tǒng)的能量離開系統(tǒng)的能量系統(tǒng)內(nèi)部?jī)?chǔ)存能量的變化-TotalenergyenteringthesystemTotalenergy

leaving

thesystemChangeinthetotalenergyofthesystem=-熱一律的文字表達(dá)式熱一律:能量守恒與轉(zhuǎn)換定律=進(jìn)入系統(tǒng)的能閉口系能量方程W一般式Q

=dU

+

W

Q

=U

+

Wq

=

du

+

w

q

=

u

+

w單位工質(zhì)適用條件：

1）任何工質(zhì)

2)任何過程Energybalanceforclosedsystem閉口系能量方程W一般式Q=dU+Wq=閉口系能量方程中的功功

（

w）

是廣義功GeneralizedWork

閉口系與外界交換的功量q

=du

+

w準(zhǔn)靜態(tài)容積變化功pdv拉伸功

w拉伸=-

dl表面張力功

w表面張力=-

dAw

=

pdv

-

dl

-

dA

+…...閉口系能量方程中的功功（w）是廣義功Generali閉口系能量方程的通式q

=du

+

w閉口系能量方程的通式q=du+w準(zhǔn)靜態(tài)和可逆閉口系能量方程簡(jiǎn)單可壓縮系準(zhǔn)靜態(tài)過程w=pdv簡(jiǎn)單可壓縮系可逆過程q=Tdsq

=

du

+

pdv

q

=u

+

pdv熱一律解析式之一Tds=du+pdv

Tds=u+pdv熱力學(xué)恒等式準(zhǔn)靜態(tài)和可逆閉口系能量方程簡(jiǎn)單可壓縮系準(zhǔn)靜態(tài)過程w=p門窗緊閉房間用電冰箱降溫以房間為系統(tǒng)

絕熱閉口系閉口系能量方程T電冰箱RefrigeratorIcebox門窗緊閉房間用電冰箱降溫以房間為系統(tǒng)絕熱閉口系閉門窗緊閉房間用空調(diào)降溫以房間為系統(tǒng)

閉口系閉口系能量方程T空調(diào)QAir-conditioner門窗緊閉房間用空調(diào)降溫以房間為系統(tǒng)閉口系閉口系能開口系能量方程WnetQminmoutuinuoutgzingzout能量守恒原則進(jìn)入系統(tǒng)的能量

-離開系統(tǒng)的能量

=系統(tǒng)儲(chǔ)存能量的變化Energybalanceforopensystem開口系能量方程WnetQminmoutuinuout開口系能量方程的推導(dǎo)WnetQminmoutuinuoutgzingzoutQ

+

min(u

+

c2/2

+

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+

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-

Wnet

=

dEcv這個(gè)結(jié)果與實(shí)驗(yàn)不符少了推進(jìn)功開口系能量方程的推導(dǎo)WnetQminmoutuinu推進(jìn)功的表達(dá)式推進(jìn)功（流動(dòng)功、推動(dòng)功）pApVdl

W推=

p

A

dl

=

pV

w推=

pv注意：不是

pdv

v沒有變化Flowwork推進(jìn)功的表達(dá)式推進(jìn)功（流動(dòng)功、推動(dòng)功）pApVdlW推=對(duì)推進(jìn)功的說明1、與宏觀流動(dòng)有關(guān)，流動(dòng)停止，推進(jìn)功不存在2、作用過程中，工質(zhì)僅發(fā)生位置變化，無狀態(tài)變化3、w推＝pv與所處狀態(tài)有關(guān)，是狀態(tài)量4、并非工質(zhì)本身的能量（動(dòng)能、位能）變化引起，而由外界（泵與風(fēng)機(jī)）做出，流動(dòng)工質(zhì)所攜帶的能量可理解為：由于工質(zhì)的進(jìn)出，外界與系統(tǒng)之間所傳遞的一種機(jī)械功，表現(xiàn)為流動(dòng)工質(zhì)進(jìn)出系統(tǒng)使所攜帶和所傳遞的一種能量對(duì)推進(jìn)功的說明1、與宏觀流動(dòng)有關(guān)，流動(dòng)停止，推進(jìn)功不存在2、開口系能量方程的推導(dǎo)WnetQpvinmoutuinuoutgzingzoutQ

+

min(u

+

c2/2

+

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+

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-

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=

dEcvminpvout開口系能量方程的推導(dǎo)WnetQpvinmoutuinu開口系能量方程微分式Q

+

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+

pv+c2/2

+

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Wnet

-

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+

pv+c2/2

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=

dEcv工程上常用流率開口系能量方程微分式Q+min(u+pv+c2開口系能量方程微分式當(dāng)有多條進(jìn)出口：流動(dòng)時(shí)，總一起存在開口系能量方程微分式當(dāng)有多條進(jìn)出口：流動(dòng)時(shí)，總一起存在焓Enthalpy的引入定義：焓

h

=u

+

pvhh開口系能量方程焓Enthalpy的引入定義：焓h=u焓Enthalpy的說明

定義：h

=

u

+

pv[kJ/kg]

H

=

U

+

pV

[kJ]1、焓是狀態(tài)量stateproperty2、H為廣延參數(shù)

H=U+pV=

m(u+pv)=mh

h為比參數(shù)3、對(duì)流動(dòng)工質(zhì)，焓代表能量(內(nèi)能+推進(jìn)功)

對(duì)靜止工質(zhì)，焓不代表能量4、物理意義：開口系中隨工質(zhì)流動(dòng)而攜帶的、取決

于熱力狀態(tài)的能量。焓Enthalpy的說明定義：h=u+pv穩(wěn)定流動(dòng)能量方程WnetQminmoutuinuoutgzingzout穩(wěn)定流動(dòng)條件1、2、3、軸功Shaftwork每截面狀態(tài)不變4、Energybalanceforsteady-flowsystems穩(wěn)定流動(dòng)能量方程WnetQminmoutuinuou穩(wěn)定流動(dòng)能量方程的推導(dǎo)穩(wěn)定流動(dòng)條件0穩(wěn)定流動(dòng)能量方程的推導(dǎo)穩(wěn)定流動(dòng)條件0穩(wěn)定流動(dòng)能量方程的推導(dǎo)1kg工質(zhì)穩(wěn)定流動(dòng)能量方程的推導(dǎo)1kg工質(zhì)穩(wěn)定流動(dòng)能量方程適用條件：任何流動(dòng)工質(zhì)任何穩(wěn)定流動(dòng)過程Energybalanceforsteady-flowsystems穩(wěn)定流動(dòng)能量方程適用條件：任何流動(dòng)工質(zhì)任何穩(wěn)定流動(dòng)過程Ene技術(shù)功Technicalwork動(dòng)能工程技術(shù)上可以直接利用軸功機(jī)械能位能技術(shù)功Technicalwork動(dòng)能工程技術(shù)上可以直接利單位質(zhì)量工質(zhì)的開口與閉口wsq穩(wěn)流開口系閉口系(1kg)容積變化功等價(jià)技術(shù)功單位質(zhì)量工質(zhì)的開口與閉口wsq穩(wěn)流開口系閉口系(1kg)容積穩(wěn)流開口與閉口的能量方程容積變化功w技術(shù)功wt閉口穩(wěn)流開口等價(jià)軸功ws推進(jìn)功(pv)幾種功的關(guān)系？穩(wěn)流開口與閉口的能量方程容積變化功w技術(shù)功wt閉口穩(wěn)流開口等幾種功的關(guān)系wwt△(pv)△c2/2wsg△z做功的根源ws幾種功的關(guān)系wwt△(pv)△c2/2wsg△z做功的根源對(duì)功的小結(jié)2、開口系，系統(tǒng)與外界交換的功為軸功ws3、一般情況下忽略動(dòng)、位能的變化1、閉口系，系統(tǒng)與外界交換的功為容積變化功wwswt對(duì)功的小結(jié)2、開口系，系統(tǒng)與外界交換的功為軸功