動力熱力學(xué) 第一定律

動力熱力學(xué)第一定律第一頁，共三十五頁，2022年，8月28日§2-2熱力學(xué)能和總能一、熱力學(xué)能（內(nèi)能）(internalenergy)定義：物體內(nèi)部的能量。微觀上，內(nèi)能包括分子動能（平動、轉(zhuǎn)動、振動）分子間勢能化學(xué)能核能本課程不涉及第二頁，共三十五頁，2022年，8月28日二、內(nèi)能是狀態(tài)參數(shù)一個抽象的閉系（代表各種具體情況）如圖，經(jīng)一個微元過程：第三頁，共三十五頁，2022年，8月28日對系統(tǒng)，第一定律能律守恒關(guān)系為：進(jìn)入系統(tǒng)的能量—離開系統(tǒng)的能量=系統(tǒng)內(nèi)部能量的增量即第四頁，共三十五頁，2022年，8月28日對任何循環(huán)：此結(jié)論來自第一定律或經(jīng)驗。則結(jié)論：U是狀態(tài)參數(shù)。這是因為，在數(shù)學(xué)上，如果則，z為點函數(shù)。對點函數(shù)z有，與路徑無關(guān)。這是狀態(tài)參數(shù)具有的性質(zhì)。即狀態(tài)參數(shù)只與狀態(tài)有關(guān)，而與達(dá)到該狀態(tài)的過程無關(guān)。內(nèi)能的單位是：J(焦耳)；工程中關(guān)心的是⊿U。第五頁，共三十五頁，2022年，8月28日三、總能量（totalstoredenergyofsystem）總=內(nèi)+動+勢第六頁，共三十五頁，2022年，8月28日§2-3能量的傳遞和轉(zhuǎn)化能量傳遞的兩種方式：作功熱傳遞功和熱的不同點和相同點：功和熱均為系統(tǒng)和外界通過邊界傳遞的能量，都是過程量；功的傳遞改變宏觀運動狀態(tài)；熱的傳遞改變微觀的運動狀態(tài)。第七頁，共三十五頁，2022年，8月28日介紹幾種功：1.容積變化功，是容積變化或邊界移動產(chǎn)生的功；熱能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械能，只能通過容積變化（膨脹）功實現(xiàn)。膨脹是熱變功的根本方式。（以后的講解可以理解）第八頁，共三十五頁，2022年，8月28日⊿x活塞右移，工質(zhì)進(jìn)入氣缸。實質(zhì)是外界壓力p把工質(zhì)壓入氣缸，故推動功為：p，v推動功作用在質(zhì)量m上。m被推入系統(tǒng)內(nèi)，所以推動功隨質(zhì)量m一起進(jìn)入系統(tǒng)。推動功的意義：工質(zhì)m流入系統(tǒng)帶入的功(外界對系統(tǒng)作功)；工質(zhì)m流出系統(tǒng)帶出的功(系統(tǒng)對外界作功)。2.推動功(flowwork;flowenergy)：推動工質(zhì)移動所作的功；或因工質(zhì)在開口系統(tǒng)中流動而傳遞的功。第九頁，共三十五頁，2022年，8月28日3.流動功(flowwork;flowenergy)：入口1出口2意義：維持開系流動，工質(zhì)所作的功；出口和進(jìn)口推動功之差便是流動功。第十頁，共三十五頁，2022年，8月28日4.技術(shù)功：式中：維持流動工質(zhì)所作的功?？梢姡杭夹g(shù)功=膨脹功-流動功，它是膨脹功的一部分。技術(shù)功的意義：是開系對外界作的功。這是因為：工質(zhì)作功是膨脹功W，它一部份用于維持開系流動Wf,剩下的部分才是開系作的功。故：開系作的功，不是膨脹功，而是技術(shù)功。定義：工質(zhì)由入口1流動到出口2所作的膨脹功；第十一頁，共三十五頁，2022年，8月28日pV12bacd膨脹功：面積12ba1；技術(shù)功：面積12cd1。進(jìn)一步分析：示功圖：第十二頁，共三十五頁，2022年，8月28日§2-4焓(enthalpy)定義：H=U+pV叫焓h=u+pv叫比焓單位：J(焦耳)焓是狀態(tài)參數(shù)。因為：內(nèi)能U和pV推動功都隨m流動帶走。流動工質(zhì)攜帶的總能：工質(zhì)宏觀運動決定焓的物理意義是：隨工質(zhì)移動而轉(zhuǎn)移的能量；或：流動工質(zhì)攜帶的由熱力狀態(tài)決定的能量。單位：J/kg(焦耳/千克)第十三頁，共三十五頁，2022年，8月28日進(jìn)入系統(tǒng)的能量總和－離開系統(tǒng)的能量總和=系統(tǒng)總儲存能的增量EE+dE§2-5熱力學(xué)第一定律的基本能量方程式第十四頁，共三十五頁，2022年，8月28日進(jìn)入：離開：內(nèi)部貯能的增量：dE帶入基本能量方程式并整理得：基本能量方程式熱變功的基本關(guān)系：工質(zhì)吸熱δQ，一部分增加內(nèi)能dU，另一部分對外作δW。忽略宏觀動能Uk和位能Up，第一定律定第一表達(dá)式第十五頁，共三十五頁，2022年，8月28日有關(guān)焓的關(guān)系式：注意：正負(fù)的規(guī)定工質(zhì)吸熱，δQ>0；工質(zhì)放熱δQ<0；工質(zhì)對外作功δW>0；外界對工質(zhì)作功δW<0。參考下面式子自己推導(dǎo)。H=U+pV第一定律定第二表達(dá)式第十六頁，共三十五頁，2022年，8月28日功的基本表達(dá)式第一定律第一解析式——熱討論：1）對于可逆過程2）對于循環(huán)3）對于一定量的工質(zhì)，吸熱與升溫關(guān)系，還取決于W的

“+”，“–”和大小。第十七頁，共三十五頁，2022年，8月28日例

自由膨脹如圖，解：取氣體為熱力系

—閉口系？開口系？強調(diào)：功是通過邊界傳遞的能量。抽去隔板，求?例題\第二章\A4302661.ppt

例題\第二章\A4303771.ppt

第十八頁，共三十五頁，2022年，8月28日一、一般表達(dá)式進(jìn)入系統(tǒng)的能量－離開系統(tǒng)的能量=控制容積的儲存能增量§2-6開口系統(tǒng)能量方程第十九頁，共三十五頁，2022年，8月28日dτ時間內(nèi):進(jìn)入系統(tǒng)物質(zhì)離開系統(tǒng)物質(zhì)第二十頁，共三十五頁，2022年，8月28日1.進(jìn)入系統(tǒng)的能量：熱量：δQ2.離開系統(tǒng)的能量：控制體積的容積變化微元功微元軸功微元內(nèi)部功微元摩擦功第二十一頁，共三十五頁，2022年，8月28日3.系統(tǒng)儲存能的增量：CV表示控制體內(nèi)部。帶入一般表達(dá)式，整理得：單位時間內(nèi)(上式是dτ時間內(nèi)的能量關(guān)系)令：Φ=δQ/dτ—加熱率(熱流量)；=dm/dτ—質(zhì)量流率(量)；Pi=δWi/dτ—內(nèi)部功率。則：第二十二頁，共三十五頁，2022年，8月28日二、穩(wěn)定流動能量方程式

(steady-flowenergyequation)穩(wěn)定流動特征：1）各截面上參數(shù)不隨時間變化。2）ΔECV=0，

ΔSCV=0，

ΔmCV=0?···穩(wěn)定流動：系統(tǒng)內(nèi)任何點上的一切參數(shù)都不隨時間變化。滿足條件：1.進(jìn)出口狀態(tài)不變(熱力狀態(tài))；2.進(jìn)出口流量相等且不變(流動狀態(tài))；3.功和熱量不隨時間變化(能量狀態(tài))；注意：各截面之間的相應(yīng)參數(shù)可能不同。第二十三頁，共三十五頁，2022年，8月28日準(zhǔn)穩(wěn)定流動：如內(nèi)燃機的氣體流動，雖時時在變，但有周期性，其平均流可看作穩(wěn)定。對（準(zhǔn)）穩(wěn)定流動，開口系統(tǒng)能量方程式中是流入1kg工質(zhì)的吸熱量；是流入1kg工質(zhì)的內(nèi)部功。第二十四頁，共三十五頁，2022年，8月28日則得穩(wěn)定流動能量方程：寫成微量的形式：質(zhì)量為m的工質(zhì)：寫成微量的形式：第二十五頁，共三十五頁，2022年，8月28日A式可化為：

熱能轉(zhuǎn)變?yōu)楣Φ牟糠謾C械能增量流動功內(nèi)部功三、技術(shù)功：技術(shù)上可資利用的功，用表示：定義：與本頁第一式比較得：

（容積變化功或膨脹功W）第二十六頁，共三十五頁，2022年，8月28日工質(zhì)膨脹功=流動功+動能增量+勢能增量+內(nèi)部功即是說：維持開系流動的流動功，工質(zhì)動、勢能的增量，及工質(zhì)的內(nèi)部功都是從工質(zhì)膨脹功轉(zhuǎn)化而來的。或說：熱能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械能，只能通過膨脹功是實現(xiàn)。四、熱能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械能，只能通過容積變化（膨脹）功來實現(xiàn)。上頁第一式變?yōu)椋?/p>

第二十七頁，共三十五頁，2022年，8月28日歸納熱力學(xué)解題思路1）取好熱力系

2）計算初、終態(tài)

3）兩種解題思路從已知條件逐步推向目標(biāo)從目標(biāo)反過來缺什么補什么4）不可逆過程的功可嘗試從外部參數(shù)著手第二十八頁，共三十五頁，2022年，8月28日穩(wěn)定流動：一、動力機(蒸汽輪機、燃?xì)廨啓Csteamturbine,gasturbine)是因為它們遠(yuǎn)小于內(nèi)部功=焓降(工質(zhì)攜帶能量的減少)內(nèi)部儲能增量：

0§2-7能量方程式的應(yīng)用第二十九頁，共三十五頁，2022年，8月28日2、壓氣機，水泵類

(compressor、pump)圖\設(shè)備圖\壓氣機.doc

與動力機過程相反：內(nèi)部儲能增量：

0第三十頁，共三十五頁，2022年，8月28日3、換熱器（鍋爐、加熱器等）

(heat

exchanger;

boiler、heater)第三十一頁，共三十五頁，2022年，8月28日流入：流出：內(nèi)增：

0若忽略動能差、位能差能量平衡關(guān)系式吸熱焓增放熱焓降第三十二頁，共三十五頁，2022年，8月28日四、管道流入：流出：內(nèi)增：

0忽略位能差：管子短或保溫好q≈0：第三十三頁，共三十