第二章知識(shí)資料熱力學(xué)第一定律

2-2熱力學(xué)能和總能一、熱力學(xué)能

熱力學(xué)能是儲(chǔ)存在系統(tǒng)內(nèi)部的能量，它與系統(tǒng)內(nèi)工質(zhì)的內(nèi)部粒子的微觀運(yùn)動(dòng)和粒子的空間位置有關(guān)，工程熱力學(xué)中主要包括：1）分子熱運(yùn)動(dòng)形成的內(nèi)動(dòng)能。它是溫度的函數(shù)。2）分子間相互作用形成的內(nèi)位能。它是比體積和溫度的函數(shù)。宏觀位能：宏觀動(dòng)能：二、外部?jī)?chǔ)存能：三、熱力系統(tǒng)儲(chǔ)存能（總能）熱力系統(tǒng)儲(chǔ)存能：E

，單位為J

或kJ

2-3能量的傳遞和轉(zhuǎn)化二、推動(dòng)功和流動(dòng)功推動(dòng)工質(zhì)流動(dòng)所作的功，稱為推動(dòng)功。

流動(dòng)功：1kg工質(zhì)要進(jìn)入截面Ⅰ，必須克服反抗力p1v1，因而外界需要對(duì)它作推動(dòng)功；當(dāng)工質(zhì)流出截面Ⅱ時(shí)，需要推動(dòng)前方的工質(zhì)，克服外界的反抗力p2v2，推動(dòng)功之差p2v2－p1v1

，即為維持1千克工質(zhì)流經(jīng)Ⅰ和Ⅱ截面所必需的功，稱為流動(dòng)功。

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)時(shí)所攜帶和所傳遞的一種能量2-4焓焓是狀態(tài)參數(shù)。

焓是物質(zhì)進(jìn)出開口系統(tǒng)時(shí)帶入或帶出的熱力學(xué)能與推動(dòng)功之和，是隨物質(zhì)一起轉(zhuǎn)移的能量。2-5熱力學(xué)第一定律的基本能量方程式

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

2-6開口系統(tǒng)能量方程式開口系能量方程的一般表達(dá)式流過開口系1kg流體的穩(wěn)定流動(dòng)的能量方程:微分形式：技術(shù)功

對(duì)于可逆過程：以技術(shù)功的形式表達(dá)穩(wěn)定流能量方程一般形式過程可逆對(duì)于可逆過程，熱力學(xué)第一定律表達(dá)式：閉口系統(tǒng)推導(dǎo)開口系統(tǒng)推導(dǎo)2-7能量方程式的應(yīng)用

工程上，除了噴管、擴(kuò)壓管外，常見熱工設(shè)備的進(jìn)出口動(dòng)、位能的變化一般都可以忽略不計(jì)。

1、動(dòng)力機(jī)（透平機(jī)械/渦輪/Turbine）1）流量大2）保溫層2、壓氣機(jī)(Compressor)壓氣機(jī)水泵3、熱交換器沒有做功部件來自水泵過熱器爐墻蒸發(fā)管2狀態(tài)1狀態(tài)4、管道（噴管、擴(kuò)壓器）噴管CFM56燃燒室－短環(huán)形突擴(kuò)擴(kuò)壓器12級(jí)臺(tái)風(fēng)：32.7m/s~37m/s17級(jí)臺(tái)風(fēng)：56.1～61.2m/s沒有做功部件5、絕熱節(jié)流節(jié)流過程：工質(zhì)流經(jīng)突然收縮的截面時(shí)，壓力下降，速度突然增加（伯努利方程：P+1/2U2=常數(shù)）管道閥門，制冷裝置中毛細(xì)管，孔板流量計(jì)等132現(xiàn)場(chǎng)流量測(cè)量裝置

q=0,ws=0注意：絕熱節(jié)流過程不是定焓過程。絕熱節(jié)流過程是不可逆過程。132一般開口系能量方程的應(yīng)用

1、充、放氣過程中，容器內(nèi)氣體的狀態(tài)隨時(shí)間在不斷變化，但在每一瞬間可以認(rèn)為整個(gè)容器內(nèi)各處的參數(shù)是一致的。2、充、放氣過程中，雖然流動(dòng)情況隨時(shí)間變化，但可認(rèn)為通過容器邊界進(jìn)入容器的氣體進(jìn)口狀態(tài)（或出去的氣體）不隨時(shí)間變化，這種過程稱為非穩(wěn)態(tài)均勻流動(dòng)過程。充、放氣問題考察圖中管道對(duì)容器的充氣過程，假定管道中氣體參數(shù)不變，容器絕熱。取容器為系統(tǒng)：絕熱充氣過程的條件可表示為：忽略進(jìn)入容器時(shí)氣體的動(dòng)能及位能變化，則方程變?yōu)椋悍e分：

在充氣過程中，容器內(nèi)氣體熱力學(xué)能的增等于充入氣體的焓。若充氣前容器為真空，則：例2－3：輸氣管內(nèi)氣體參數(shù)為：p1=4MPa，t1=30℃，h1=303kJ/kg。設(shè)該氣體為理想氣體，熱力學(xué)能與溫度之間的關(guān)系為{u}kJ/kg=0.72{T}K，氣體常數(shù)為Rg=287J/(kg.k)?，F(xiàn)將1m3的真空容器連接管道，直至容器壓力達(dá)到4MPa為止，設(shè)容器剛性且絕熱，充氣時(shí)管道參數(shù)保持不變，問充入的氣體質(zhì)量是多少？溫度為什么增加？某燃?xì)廨啓C(jī)裝置如圖所示，已知壓氣機(jī)進(jìn)口處空氣的比焓h1為290kJ/kg。經(jīng)壓縮后空氣升溫使比焓增為h2=580kJ/kg，在截面2處空氣和燃料的混合物以cf2=20m/s的速度進(jìn)入燃燒室，在定壓下燃燒，使工質(zhì)吸入熱量q=670kJ/kg。燃燒后燃?xì)膺M(jìn)入噴管絕熱膨脹到狀態(tài)3‘，h3’=800kJ/kg，流速增加到cf3’，此燃?xì)膺M(jìn)入動(dòng)葉片，推動(dòng)轉(zhuǎn)輪回轉(zhuǎn)作功。若燃?xì)庠趧?dòng)葉片中的熱力狀態(tài)不變，最后離開燃?xì)廨啓C(jī)的速度cf4=100m/s，求：若空氣流量為100kg/s，壓氣機(jī)消耗的功率為多少？若燃?xì)獍l(fā)熱值