工程熱力學(xué)課件-第二章-熱力學(xué)第一定律

第二章熱力學(xué)第一定律第一節(jié)熱力學(xué)第一定律的實(shí)質(zhì)熱力學(xué)第一定律是能量守恒與轉(zhuǎn)換定律在熱現(xiàn)象中的應(yīng)用。熱是一種能量，機(jī)械能可以轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?，熱能也可以轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能，在轉(zhuǎn)變過(guò)程中保持量的守恒。第二章熱力學(xué)第一定律第一節(jié)熱力學(xué)第一定1第二節(jié)熱力學(xué)能和系統(tǒng)的總能量一、熱力學(xué)能1、外部?jī)?chǔ)存的能量:系統(tǒng)由于宏觀運(yùn)動(dòng)所具有的能量。動(dòng)能Ek勢(shì)能Ep。2、內(nèi)部?jī)?chǔ)存能量:系統(tǒng)內(nèi)部分子運(yùn)動(dòng)的內(nèi)動(dòng)能、相互作用的內(nèi)位能及維持分子結(jié)構(gòu)的化學(xué)能和原子核內(nèi)部的原子能等。這些能量總稱(chēng)為熱力學(xué)能。熱力系所儲(chǔ)存的能量可分為外部能量和內(nèi)部能量：第二節(jié)熱力學(xué)能和系統(tǒng)的總能量一、熱力學(xué)能1、外部?jī)?chǔ)存2在無(wú)化學(xué)反應(yīng)和核反應(yīng)的簡(jiǎn)單可壓縮系統(tǒng)中

由熱力學(xué)能所包含的能量形式可知，熱力學(xué)能是狀態(tài)參數(shù)。比熱力學(xué)能可表示為：根據(jù)狀態(tài)參數(shù)的特點(diǎn)可有：熱力學(xué)能U單位:J或kJ

比熱力學(xué)能u=U/m單位:J/kg或kJ/kg在無(wú)化學(xué)反應(yīng)和核反應(yīng)的簡(jiǎn)單可壓縮系統(tǒng)中由熱力學(xué)能所包含3二、系統(tǒng)的總能量二、系統(tǒng)的總能量4第三節(jié)熱力學(xué)第一定律的能量方程式根據(jù)熱力第一定律，對(duì)于一個(gè)任意熱力系統(tǒng)，能量方程可寫(xiě)成進(jìn)入系統(tǒng)的能量－離開(kāi)系統(tǒng)的能量＝系統(tǒng)能量的增加（2－9）一、閉口系統(tǒng)的能量方程式當(dāng)宏觀的動(dòng)能的勢(shì)能的變化可以忽略不計(jì)或系統(tǒng)靜止時(shí)ΔE＝ΔU，則第一定律的方程式可寫(xiě)成第三節(jié)熱力學(xué)第一定律的能量方程式根據(jù)熱力第一定律，對(duì)于5Q與W正、負(fù)號(hào)的規(guī)定系統(tǒng)吸熱Q為正，放熱Q為負(fù)；系統(tǒng)對(duì)外作功W為正，外界對(duì)系統(tǒng)作功W為負(fù)能量方程式（2－10）常寫(xiě)成上式的適用條件是：任何過(guò)程，任可工質(zhì)。對(duì)于可逆過(guò)程Q與W正、負(fù)號(hào)的規(guī)定系統(tǒng)吸熱Q為正，放熱Q為負(fù)；能量方程式（6閉口系任何工質(zhì)、可逆過(guò)程的能量方程式可寫(xiě)成對(duì)于一個(gè)循環(huán)閉口系任何工質(zhì)、可逆過(guò)程的能量方程式可寫(xiě)成對(duì)于一個(gè)循環(huán)7二、開(kāi)口系統(tǒng)的能量方程式1、穩(wěn)定流動(dòng)系統(tǒng)的能量方程穩(wěn)定流動(dòng)：流動(dòng)過(guò)程中開(kāi)口系內(nèi)部的狀態(tài)參數(shù)（熱力學(xué)參數(shù)和動(dòng)力學(xué)參數(shù)）不隨時(shí)間變化的流動(dòng)稱(chēng)為穩(wěn)定流動(dòng)。穩(wěn)定流動(dòng)時(shí)必有二、開(kāi)口系統(tǒng)的能量方程式1、穩(wěn)定流動(dòng)系統(tǒng)的能量方程穩(wěn)定流動(dòng)：8穩(wěn)定系統(tǒng)的能量分析(在一段時(shí)間內(nèi)）：進(jìn)入系統(tǒng)的能量：離開(kāi)系統(tǒng)的能量：系統(tǒng)能量的增加：ΔECV＝0進(jìn)入系統(tǒng)的能量－離開(kāi)系統(tǒng)的能量＝系統(tǒng)能量的增加（2－9）穩(wěn)定系統(tǒng)的能量分析(在一段時(shí)間內(nèi)）：進(jìn)入系統(tǒng)的能量：離開(kāi)系統(tǒng)9由于m1=m2=m,整理上式得由于m1=m2=m,整理上式得10對(duì)上式兩邊同除以m得3、焓的定義及物理意義2、推動(dòng)功和流動(dòng)功推動(dòng)功：由于工質(zhì)移動(dòng)而傳遞的功稱(chēng)為推動(dòng)功：pV流動(dòng)功：用于維持流動(dòng)所需要的功：Δ(pV)=p2V2－p1V1定義：H=U+pV或h=u+pv

單位：J,kJ或J/kg,kJ/kg焓的物理意義:隨著工質(zhì)移動(dòng)的能量.。對(duì)上式兩邊同除以m得3、焓的定義及物理意義2、推動(dòng)功和流114、技術(shù)功在式(2-16)中是機(jī)構(gòu)能的形式,可供工程中直接利用，所以定義它為技術(shù)功：比較式（2－12)和（2－21）4、技術(shù)功在式(2-16)中12若為可逆過(guò)程若為可逆過(guò)程13引入技術(shù)功后穩(wěn)定系統(tǒng)能量方程式可寫(xiě)為若過(guò)程可逆引入技術(shù)功后穩(wěn)定系統(tǒng)能量方程式可寫(xiě)為若過(guò)程可逆145、一般開(kāi)口系統(tǒng)的能量方程進(jìn)入系統(tǒng)的能量：離開(kāi)系統(tǒng)的能量：系統(tǒng)能量的增加：

ΔECV在dτ間內(nèi)代入式（2－9）整理后得5、一般開(kāi)口系統(tǒng)的能量方程進(jìn)入系統(tǒng)的能量：離開(kāi)系統(tǒng)的能量：系15第四節(jié)穩(wěn)定系統(tǒng)能量方程式的應(yīng)用

一、動(dòng)力機(jī)（蒸汽輪機(jī)和燃?xì)廨啓C(jī))二、壓氣機(jī)壓氣機(jī)的耗功為wc三、換熱器四、管道五、節(jié)流第四節(jié)穩(wěn)定系統(tǒng)能量方程式的應(yīng)用16例題一：p43例2－1例題二：p50例2－3例題一：p43例2－1例題二：p50例2－317(1)燃?xì)庠趪姽艹隹诘牧魉賑f3;(2)每干克燃?xì)庠谌細(xì)廨啓C(jī)中所作的功；(3)當(dāng)燃?xì)赓|(zhì)量流量為5.23kg/s時(shí)，燃?xì)廨啓C(jī)輸出的功率。

燃?xì)廨啓C(jī)裝置如圖所示。已知在截面1處h1=286kJ/kg的燃料與空氣的混合物以20m/s的速度進(jìn)入燃燒室，在定壓下燃燒，相當(dāng)于從外界獲得熱量q=879kJ/kg。燃燒后的燃?xì)庠趪姽苤薪^熱膨脹到3，h3=502kJ/kg.流速增加到cf3。然后燃?xì)馔苿?dòng)葉輪轉(zhuǎn)動(dòng)作功。若燃?xì)馔苿?dòng)葉輪時(shí)熱力狀態(tài)不變，只是流速降低。離開(kāi)燃?xì)廨啓C(jī)的速度cf4=150m/s.試求：例題三：(1)燃?xì)庠趪姽艹隹诘牧魉賑f3;燃?xì)廨啓C(jī)18解：（1）取1－3截面為熱力系統(tǒng)解：（1）取1－3截面為熱力系統(tǒng)19（2）取3－4截面為熱力系統(tǒng)又由“若燃?xì)馔苿?dòng)葉輪時(shí)熱力狀態(tài)不變”，（2）取3－4截面為熱力系統(tǒng)又由“若燃?xì)馔苿?dòng)葉輪時(shí)熱力狀態(tài)不20（3）功率為PP＝qmwi34=5.23×652=3410kW試分析有無(wú)其它的解題思路？（3）功率為PP＝qmwi34=5.23×652試分析有無(wú)其21問(wèn)答題1、熱力學(xué)第一定律的實(shí)質(zhì)是什么？2、工程熱力學(xué)中，熱力學(xué)能包含哪幾項(xiàng)能量的形式。3、寫(xiě)出穩(wěn)定流動(dòng)系統(tǒng)的能量方程式，當(dāng)用于鍋爐、汽輪機(jī)及節(jié)流過(guò)程時(shí)方程的簡(jiǎn)化形式。在以上三種過(guò)程中膨脹功的表現(xiàn)形式。4、說(shuō)明焓的定義式及物理意義。