PPT《第二章 热力学第一定律 First law of thermodynamics》

第二章 热力学第一定律 First law of thermodynamics 2C1 热力学第一定律的实质 2-2 热力学能(内能)和总能 2C3 热力学第一定律基本表达式 2C4 闭口系基本能量方程式 2C5 开口系能量方程 2C1 热力学第一定律的实质

一、第一定律的实质 能量守恒与转换定律在热现象中的应用.

二、第一定律的表述 热是能的一种,机械能变热能,或热能变机械能的时候,他们之间的比值是一定的.或:热可以变为功,功也可以变为热;

一定量的热消失时必定产生相应量的功;

消耗一定量的功时,必出现与之相应量的热. 2C2 热力学能(内能)和总能

一、热力学能(internal energy) UchUnuUth Uk 平移动能转动动能振动动能 Up―

二、总(储存)能(total stored energy of system) 总能 热力学能,内部储存能 外部储存能 宏观动能 宏观位能

三、热力学能是状态参数 测量 p、V、T 可求出

四、热力学能单位

五、工程中关心 宏观动能与内动能的区别 2C3 热力学第一定律基本表达式 加入系统的能量总和-热力系统输出的能量总和= 热力系总储存能的增量 E E+dE 流入: 流出: 内部贮能的增量:dE 或EE+dE 2C4 闭口系基本能量方程式 闭口系, 忽略宏观动能Uk和位能Up, 第一定律第一解析式― 功的基本表达式 热 讨论: 1)对于可逆过程 2)对于循环 3)对于定量工质吸热与升温关系,还取决于W 的"+"、"C"、数值大小. 例 自由膨胀 如图, 解:取气体为热力系 ―闭口系?开口系? 强调:功是通过边界传递的能量. 抽去隔板,求?例A4302661 例A4303771 归纳热力学解题思路 1)取好热力系;

2)计算初、终态;

3)两种解题思路 从已知条件逐步推向目标 从目标反过来缺什么补什么 4)不可逆过程的功可尝试从外部参数着手. 2C5 开口系能量方程

一、推动功(flow work;

flow energy)和 流动功(flow work;

flow energy) 推动功:系统引进或排除工质传递的功量. p v p1 v1

1 o 流动功:系统维持流动 所花费的代价. 推动功在p-v图上:

二、焓(enthalpy) 定义:H=U+pV h=u+pv单位:J(kJ)J/kg(kJ/kg)焓是状态参数.物理意义:引进或排出工质而输入或排出系统的总能量.

三、稳定流动能量方程(steady-flow energy equation) 稳定流动特征: 注意:区分各截面间参数可不同. 1)各截面上参数不随时间变化. 2)ΔECV = 0, ΔSCV = 0, ΔmCV = 0?・・・ 流入系统的能量: 流出系统的能量: 系统内部储能增量: ΔECV C = 考虑到稳流特征: ΔECV=0 qm1=qm2=qm;

及h=u+pv 讨论: 1)改写式(B)为式(C) 热能转变成功部分 输出轴功 流动功 机械能增量 (C) 2)技术功(technical work)― 由式(C) 技术上可资利用的功 wt 可逆过程 3)第一定律第二解析式 1)通过膨胀,由热能 2)第一定律两解析式可相互导出,但只有在开系中 能量方程才用焓. 4)两个解析式的关系 功,w = q CΔu 总之: 可逆

四、稳定流动能量方程式的应用 1.蒸汽轮机、气轮机(steam turbine、gas turbine) 流进系统: 流出系统: 内部储能增量:

0 2.压气机,水泵类 (compressor,pump) 流入 流出 内部贮能增量

0 3.换热器(锅炉、加热器等) (heat exchanger: boiler、heater etc.) 流入: 流出: 内增:

0 若忽略动能差、位能差 4. 管内流动 流入: 流出: 内增:

0 例A4312661 例A4322661 例A4332771 例A4333771 归纳: 1)开口系问题也可用闭口系方法求解. 2)注意闭口系边界面上热、功交换;

尤其是边界面 变形时需考虑功的交换. 3)例A4333771中若有无摩擦及充分导热的活塞,结果如何?解法三即可认为是这种情况,故无影响. 4)若A4333771活塞为绝热材料制造,若活塞下有弹簧,若・ 如何? 下一章