清華大學(xué)工程熱力學(xué)講義22

會(huì)計(jì)學(xué)1清華大學(xué)工程熱力學(xué)講義22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第1頁(yè)/共51頁(yè)技術(shù)功在示功圖上的表示第2頁(yè)/共51頁(yè)§

2-6穩(wěn)定流動(dòng)能量方程應(yīng)用舉例熱力學(xué)問(wèn)題經(jīng)?？珊雎詣?dòng)、位能變化例：c1=1

m/sc2=30

m/s

(c22-c12)/

2=0.449

kJ/kgz1=0mz2=30mg(z2-z1)=0.3kJ/kg1bar下,0

oC水的h1=84kJ/kg100oC水蒸氣的h2=2676kJ/kg第3頁(yè)/共51頁(yè)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第4頁(yè)/共51頁(yè)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)變的第5頁(yè)/共51頁(yè)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)第6頁(yè)/共51頁(yè)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?頁(yè)/共51頁(yè)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、冷凝器第8頁(yè)/共51頁(yè)換熱設(shè)備熱流體放熱量：沒(méi)有作功部件熱流體冷流體h1h2h1’h2’冷流體吸熱量：焓變第9頁(yè)/共51頁(yè)例4：絕熱節(jié)流ThrottlingValves管道閥門(mén)制冷空調(diào)膨脹閥、毛細(xì)管第10頁(yè)/共51頁(yè)絕熱節(jié)流絕熱節(jié)流過(guò)程，前后h不變，但h不是處處相等h1h2沒(méi)有作功部件絕熱第11頁(yè)/共51頁(yè)例5：噴管和擴(kuò)壓管火力發(fā)電蒸汽輪機(jī)靜葉核電飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)輪船發(fā)動(dòng)機(jī)移動(dòng)電站壓氣機(jī)靜葉NozzlesandDiffusers第12頁(yè)/共51頁(yè)噴管和擴(kuò)壓管?chē)姽苣康模簤毫档?，速度提高擴(kuò)壓管目的：動(dòng)能與焓變相互轉(zhuǎn)換速度降低，壓力升高動(dòng)能參與轉(zhuǎn)換，不能忽略第13頁(yè)/共51頁(yè)第二章小結(jié)Summary1、本質(zhì)：能量守恒與轉(zhuǎn)換定律=進(jìn)入系統(tǒng)的能量離開(kāi)系統(tǒng)的能量系統(tǒng)內(nèi)部?jī)?chǔ)存能量的變化-第14頁(yè)/共51頁(yè)第二章小結(jié)通用式2、熱一律表達(dá)式：第15頁(yè)/共51頁(yè)第二章小結(jié)穩(wěn)流：dEcv/=0通用式第16頁(yè)/共51頁(yè)第二章小結(jié)閉口系：通用式第17頁(yè)/共51頁(yè)第二章小結(jié)

通用式循環(huán)dEcv

=0out

=in第18頁(yè)/共51頁(yè)第二章小結(jié)孤立系：

通用式第19頁(yè)/共51頁(yè)第二章小結(jié)3、熱力學(xué)第一定律表達(dá)式和適用條件任何工質(zhì)，任何過(guò)程任何工質(zhì)，準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程任何工質(zhì)，任何穩(wěn)流過(guò)程或忽略動(dòng)、位能變化第20頁(yè)/共51頁(yè)第二章小結(jié)4、準(zhǔn)靜態(tài)下兩個(gè)熱力學(xué)微分關(guān)系式

適合于閉口系統(tǒng)和穩(wěn)流開(kāi)口系統(tǒng)后續(xù)很多式子基于此兩式第21頁(yè)/共51頁(yè)第二章小結(jié)5、u與h

U,H

廣延參數(shù)u,

h

比參數(shù)

U

系統(tǒng)本身具有的內(nèi)部能量H

不是系統(tǒng)本身具有的能量，開(kāi)口系中隨工質(zhì)流動(dòng)而攜帶的，取決于狀態(tài)參數(shù)的能量

第22頁(yè)/共51頁(yè)第二章小結(jié)6、四種功的關(guān)系

準(zhǔn)靜態(tài)下閉口系過(guò)程開(kāi)口系過(guò)程第23頁(yè)/共51頁(yè)第二章討論課Discussion思考題

工質(zhì)膨脹是否一定對(duì)外作功？做功對(duì)象和做功部件定容過(guò)程是否一定不作功？開(kāi)口系，技術(shù)功定溫過(guò)程是否一定不傳熱？相變過(guò)程（冰融化，水汽化）水輪機(jī)第24頁(yè)/共51頁(yè)第二章討論課氣體被壓縮時(shí)一定消耗外功熱力學(xué)功指有用功p0對(duì)外作功指有用功第25頁(yè)/共51頁(yè)第二章討論課氣體邊膨脹邊放熱是可能的對(duì)工質(zhì)加熱，其溫度反而降低，這種情況不可能第26頁(yè)/共51頁(yè)第二章小結(jié)循環(huán)思考題4附圖第27頁(yè)/共51頁(yè)P(yáng)

q

例：2-14第28頁(yè)/共51頁(yè)充氣問(wèn)題與取系統(tǒng)習(xí)題2-9

儲(chǔ)氣罐原有氣體m0,u0輸氣管狀態(tài)不變，h經(jīng)時(shí)間充氣，關(guān)閥儲(chǔ)氣罐中氣體m求：儲(chǔ)氣罐中氣體內(nèi)能u’

忽略動(dòng)、位能變化，且管路、儲(chǔ)氣罐、閥門(mén)均絕熱m0,u0h第29頁(yè)/共51頁(yè)四種可取系統(tǒng)1）取儲(chǔ)氣罐為系統(tǒng)開(kāi)口系2）取最終罐中氣體為系統(tǒng)閉口系3）取將進(jìn)入儲(chǔ)氣罐的氣體為系統(tǒng)m0,u0h閉口系4）取儲(chǔ)氣罐原有氣體為系統(tǒng)閉口系第30頁(yè)/共51頁(yè)1)取儲(chǔ)氣罐為系統(tǒng)(開(kāi)口系)忽略動(dòng)位能變化h絕熱無(wú)作功部件無(wú)離開(kāi)氣體第31頁(yè)/共51頁(yè)1)取儲(chǔ)氣罐為系統(tǒng)(開(kāi)口系)經(jīng)時(shí)間充氣，積分概念hh是常數(shù)第32頁(yè)/共51頁(yè)四種可取系統(tǒng)2）1）取儲(chǔ)氣罐為系統(tǒng)開(kāi)口系2）取最終罐中氣體為系統(tǒng)閉口系3）取將進(jìn)入儲(chǔ)氣罐的氣體為系統(tǒng)m0,u0h閉口系4）取儲(chǔ)氣罐原有氣體為系統(tǒng)閉口系第33頁(yè)/共51頁(yè)2）取最終罐中氣體為系統(tǒng)(閉口系)hm0m-m0絕熱m-m0第34頁(yè)/共51頁(yè)四種可取系統(tǒng)3)1）取儲(chǔ)氣罐為系統(tǒng)開(kāi)口系2）取最終罐中氣體為系統(tǒng)閉口系3）取將進(jìn)入儲(chǔ)氣罐的氣體為系統(tǒng)m0,u0h閉口系4）取儲(chǔ)氣罐原有氣體為系統(tǒng)閉口系第35頁(yè)/共51頁(yè)3）取將進(jìn)入儲(chǔ)氣罐的氣體為系統(tǒng)(閉口系)m0hm-m0m0與m-m0有溫差傳熱Q1m-m0對(duì)m0作功W1??m-m0第36頁(yè)/共51頁(yè)四種可取系統(tǒng)4)1）取儲(chǔ)氣罐為系統(tǒng)開(kāi)口系2）取最終罐中氣體為系統(tǒng)閉口系3）取將進(jìn)入儲(chǔ)氣罐的氣體為系統(tǒng)m0,u0h閉口系4）取儲(chǔ)氣罐原有氣體為系統(tǒng)閉口系第37頁(yè)/共51頁(yè)4）取儲(chǔ)氣罐原有氣體為系統(tǒng)(閉口系)m0hm-m0m0與m-m0有溫差傳熱Q1’m0得m-m0作功W1’??第38頁(yè)/共51頁(yè)4）取儲(chǔ)氣罐原有氣體為系統(tǒng)(閉口系)m0hm-m0第39頁(yè)/共51頁(yè)四種可取系統(tǒng)1）取儲(chǔ)氣罐為系統(tǒng)開(kāi)口系2）取最終罐中氣體為系統(tǒng)閉口系3）取將進(jìn)入儲(chǔ)氣罐的氣體為系統(tǒng)m0,u0h閉口系4）取儲(chǔ)氣罐原有氣體為系統(tǒng)閉口系√√第40頁(yè)/共51頁(yè)利用熱一律的文字表達(dá)式進(jìn)－出＝內(nèi)能變化h內(nèi)能變化：取儲(chǔ)氣罐為系統(tǒng)(開(kāi)口系)進(jìn)：出：m0,u0第41頁(yè)/共51頁(yè)結(jié)果說(shuō)明1）取系統(tǒng)不同，考慮的角度不同開(kāi)口系反映為質(zhì)量攜帶焓2）若m0＝0，m0,u0h閉口系反映作功第42頁(yè)/共51頁(yè)取系統(tǒng)問(wèn)題之二已知：p1=35bar,t1=16℃h≈0V要求：輸出4kW,持續(xù)30s(kW=kJ/s)允許：p1

p2=3.5bar求：需要的容積V第43頁(yè)/共51頁(yè)解1:取儲(chǔ)氣罐為系統(tǒng)（開(kāi)口）h≈0V第44頁(yè)/共51頁(yè)解1:取儲(chǔ)氣罐為系統(tǒng)（開(kāi)口）Vh≈0第45頁(yè)/共51頁(yè)解2：取氣體為系統(tǒng)（閉口）Vh≈0u2’≈0第46頁(yè)/共51頁(yè)解3：取儲(chǔ)氣罐和汽機(jī)為系統(tǒng)（開(kāi)口）Vh≈0進(jìn)－出＝內(nèi)能變化內(nèi)能變化：進(jìn)：出：u2’≈0第47頁(yè)/共51頁(yè)其它功例HeQl真空已知：緩慢加熱He氣p1=1.013b