清華大學(xué)工程熱力學(xué)講義22

會計學(xué)1清華大學(xué)工程熱力學(xué)講義22準靜態(tài)下的技術(shù)功準靜態(tài)準靜態(tài)熱一律解析式之一熱一律解析式之二第1頁/共51頁技術(shù)功在示功圖上的表示第2頁/共51頁§

2-6穩(wěn)定流動能量方程應(yīng)用舉例熱力學(xué)問題經(jīng)?？珊雎詣?、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/共51頁例1：透平(Turbine)機械火力發(fā)電核電飛機發(fā)動機輪船發(fā)動機移動電站燃氣機蒸汽輪機Steamturbine第4頁/共51頁透平(Turbine)機械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/共51頁例2：壓縮機械Compressor火力發(fā)電核電飛機發(fā)動機輪船發(fā)動機移動電站壓氣機水泵制冷空調(diào)壓縮機第6頁/共51頁壓縮機械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/共51頁例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/共51頁換熱設(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：焓變第9頁/共51頁例4：絕熱節(jié)流ThrottlingValves管道閥門制冷空調(diào)膨脹閥、毛細管第10頁/共51頁絕熱節(jié)流絕熱節(jié)流過程，前后h不變，但h不是處處相等h1h2沒有作功部件絕熱第11頁/共51頁例5：噴管和擴壓管火力發(fā)電蒸汽輪機靜葉核電飛機發(fā)動機輪船發(fā)動機移動電站壓氣機靜葉NozzlesandDiffusers第12頁/共51頁噴管和擴壓管噴管目的：壓力降低，速度提高擴壓管目的：動能與焓變相互轉(zhuǎn)換速度降低，壓力升高動能參與轉(zhuǎn)換，不能忽略第13頁/共51頁第二章小結(jié)Summary1、本質(zhì)：能量守恒與轉(zhuǎn)換定律=進入系統(tǒng)的能量離開系統(tǒng)的能量系統(tǒng)內(nèi)部儲存能量的變化-第14頁/共51頁第二章小結(jié)通用式2、熱一律表達式：第15頁/共51頁第二章小結(jié)穩(wěn)流：dEcv/=0通用式第16頁/共51頁第二章小結(jié)閉口系：通用式第17頁/共51頁第二章小結(jié)

通用式循環(huán)dEcv

=0out

=in第18頁/共51頁第二章小結(jié)孤立系：

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

適合于閉口系統(tǒng)和穩(wěn)流開口系統(tǒng)后續(xù)很多式子基于此兩式第21頁/共51頁第二章小結(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，開口系中隨工質(zhì)流動而攜帶的，取決于狀態(tài)參數(shù)的能量

第22頁/共51頁第二章小結(jié)6、四種功的關(guān)系

準靜態(tài)下閉口系過程開口系過程第23頁/共51頁第二章討論課Discussion思考題

工質(zhì)膨脹是否一定對外作功？做功對象和做功部件定容過程是否一定不作功？開口系，技術(shù)功定溫過程是否一定不傳熱？相變過程（冰融化，水汽化）水輪機第24頁/共51頁第二章討論課氣體被壓縮時一定消耗外功熱力學(xué)功指有用功p0對外作功指有用功第25頁/共51頁第二章討論課氣體邊膨脹邊放熱是可能的對工質(zhì)加熱，其溫度反而降低，這種情況不可能第26頁/共51頁第二章小結(jié)循環(huán)思考題4附圖第27頁/共51頁P

q

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

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

忽略動、位能變化，且管路、儲氣罐、閥門均絕熱m0,u0h第29頁/共51頁四種可取系統(tǒng)1）取儲氣罐為系統(tǒng)開口系2）取最終罐中氣體為系統(tǒng)閉口系3）取將進入儲氣罐的氣體為系統(tǒng)m0,u0h閉口系4）取儲氣罐原有氣體為系統(tǒng)閉口系第30頁/共51頁1)取儲氣罐為系統(tǒng)(開口系)忽略動位能變化h絕熱無作功部件無離開氣體第31頁/共51頁1)取儲氣罐為系統(tǒng)(開口系)經(jīng)時間充氣，積分概念hh是常數(shù)第32頁/共51頁四種可取系統(tǒng)2）1）取儲氣罐為系統(tǒng)開口系2）取最終罐中氣體為系統(tǒng)閉口系3）取將進入儲氣罐的氣體為系統(tǒng)m0,u0h閉口系4）取儲氣罐原有氣體為系統(tǒng)閉口系第33頁/共51頁2）取最終罐中氣體為系統(tǒng)(閉口系)hm0m-m0絕熱m-m0第34頁/共51頁四種可取系統(tǒng)3)1）取儲氣罐為系統(tǒng)開口系2）取最終罐中氣體為系統(tǒng)閉口系3）取將進入儲氣罐的氣體為系統(tǒng)m0,u0h閉口系4）取儲氣罐原有氣體為系統(tǒng)閉口系第35頁/共51頁3）取將進入儲氣罐的氣體為系統(tǒng)(閉口系)m0hm-m0m0與m-m0有溫差傳熱Q1m-m0對m0作功W1??m-m0第36頁/共51頁四種可取系統(tǒng)4)1）取儲氣罐為系統(tǒng)開口系2）取最終罐中氣體為系統(tǒng)閉口系3）取將進入儲氣罐的氣體為系統(tǒng)m0,u0h閉口系4）取儲氣罐原有氣體為系統(tǒng)閉口系第37頁/共51頁4）取儲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/共51頁4）取儲氣罐原有氣體為系統(tǒng)(閉口系)m0hm-m0第39頁/共51頁四種可取系統(tǒng)1）取儲氣罐為系統(tǒng)開口系2）取最終罐中氣體為系統(tǒng)閉口系3）取將進入儲氣罐的氣體為系統(tǒng)m0,u0h閉口系4）取儲氣罐原有氣體為系統(tǒng)閉口系√√第40頁/共51頁利用熱一律的文字表達式進－出＝內(nèi)能變化h內(nèi)能變化：取儲氣罐為系統(tǒng)(開口系)進：出：m0,u0第41頁/共51頁結(jié)果說明1）取系統(tǒng)不同，考慮的角度不同開口系反映為質(zhì)量攜帶焓2）若m0＝0，m0,u0h閉口系反映作功第42頁/共51頁取系統(tǒng)問題之二已知：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/共51頁解1:取儲氣罐為系統(tǒng)（開口）h≈0V第44頁/共51頁解1:取儲氣罐為系統(tǒng)（開口）Vh≈0第45頁/共51頁解2：取氣體為系統(tǒng)（閉口）Vh≈0u2’≈0第46頁/共51頁解3：取儲氣罐和汽機為系統(tǒng)（開口）Vh≈0進－出＝內(nèi)能變化內(nèi)能變化：進：出：u2’≈0第47頁/共51頁其它功例HeQl真空已知：緩慢加熱He氣p1=1.013b