第二章熱力學(xué)第一定律-沈陽工程學(xué)院圖書館

1、1,第二章 熱力學(xué)第一定律 First law of thermodynamics,2–1 熱力學(xué)第一定律的實(shí)質(zhì),2-2 熱力學(xué)能（內(nèi)能）和總能,2–3 熱力學(xué)第一定律基本表達(dá)式,2–4 閉口系基本能量方程式,2–5 開口系能量方程,,,2,2–1 熱力學(xué)第一定律的實(shí)質(zhì),一、第一定律的實(shí)質(zhì) 能量守恒與轉(zhuǎn)換定律在熱現(xiàn)象中的應(yīng)用。二、第一定律的表述 熱是能的一種，機(jī)械能變熱能，或熱能變機(jī)械能的時(shí)候，他們之間的比

2、值是一定的。 或： 熱可以變?yōu)楣?，功也可以變?yōu)闊?；一定量的熱消失時(shí)必定產(chǎn)生相應(yīng)量的功；消耗一定量的功時(shí)，必出現(xiàn)與之相應(yīng)量的熱。,,,,,3,2–2 熱力學(xué)能（內(nèi)能）和總能,一、熱力學(xué)能(internal energy),UchUnuUth,,,Uk,,平移動(dòng)能轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)能振動(dòng)動(dòng)能,Up—,,二、總（儲(chǔ)存）能(total stored energy of system),,總能,,熱力學(xué)

3、能，內(nèi)部?jī)?chǔ)存能,,外部?jī)?chǔ)存能,,宏觀動(dòng)能,,宏觀位能,,,,,4,三、熱力學(xué)能是狀態(tài)參數(shù),測(cè)量 p、V、T 可求出,四、熱力學(xué)能單位,五、工程中關(guān)心,宏觀動(dòng)能與內(nèi)動(dòng)能的區(qū)別,,,,,5,2–3 熱力學(xué)第一定律基本表達(dá)式,加入系統(tǒng)的能量總和－熱力系統(tǒng)輸出的能量總和= 熱力系總儲(chǔ)存能的增量,,,E,E+dE,,,,,,,,,,流入：,流出：,內(nèi)部貯能的增量：dE,,,,,6,或,,,E,E+dE,,,,,,,,,,,,,,7,2–4

4、 閉口系基本能量方程式,閉口系，,忽略宏觀動(dòng)能Uk和位能Up，,第一定律第一解析式—,,功的基本表達(dá)式,熱,,,,,,,,8,討論：,1）對(duì)于可逆過程,2）對(duì)于循環(huán),3）對(duì)于定量工質(zhì)吸熱與升溫關(guān)系，還取決于W 的 “+”、“–”、數(shù)值大小。,,,,,9,例 自由膨脹,如圖，,解：取氣體為熱力系 —閉口系？開口系？,強(qiáng)調(diào)：功是通過邊界傳遞的能量。,抽去隔板，求,?,例A4302661,例A4303771,,,

5、,,10,歸納熱力學(xué)解題思路,1）取好熱力系;2）計(jì)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(bǔ)什么,4）不可逆過程的功可嘗試從外部參數(shù)著手。,,,,,11,2–5 開口系能量方程,一、推動(dòng)功(flow work; flow energy)和 流動(dòng)功(flow work; flow energy),推動(dòng)功：系統(tǒng)引進(jìn)或排除工質(zhì)傳遞的功量。,,,,p,v,

6、p1,v1,,1,,o,,,,,12,流動(dòng)功：系統(tǒng)維持流動(dòng) 所花費(fèi)的代價(jià)。,推動(dòng)功在p-v圖上：,,,,,,13,二、焓 (enthalpy),定義：H=U+pV h=u+pv單位：J（kJ） J/kg（kJ/kg）焓是狀態(tài)參數(shù)。物理意義：引進(jìn)或排出工質(zhì)而輸入或排出系統(tǒng)的總能量。,,,,,14,三、穩(wěn)定流動(dòng)能量方程(steady-flow energy equation),穩(wěn)定流動(dòng)特征

7、：,注意：區(qū)分各截面間參數(shù)可不同。,1）各截面上參數(shù)不隨時(shí)間變化。,2）ΔECV = 0， ΔSCV = 0， ΔmCV = 0?···,,,,,15,流入系統(tǒng)的能量:,流出系統(tǒng)的能量:,系統(tǒng)內(nèi)部?jī)?chǔ)能增量: ΔECV,–,=,考慮到穩(wěn)流特征： ΔECV=0 qm1=qm2=qm; 及h=u+pv,,,,,16,討論：,1）改寫式（B）為式（C）,,熱能轉(zhuǎn)變成功部分,輸出軸功,流動(dòng)功,,,機(jī)械能增量,（

8、C）,,,,,17,2）技術(shù)功(technical work)—,由式（C）,技術(shù)上可資利用的功 wt,,可逆過程,,,,,18,3)第一定律第二解析式,,1)通過膨脹，由熱能,,2)第一定律兩解析式可相互導(dǎo)出，但只有在開系中 能量方程才用焓。,4）兩個(gè)解析式的關(guān)系,功，w = q –Δu,總之：,,,,可逆,,,,,19,四、穩(wěn)定流動(dòng)能量方程式的應(yīng)用,1.蒸汽輪機(jī)、氣輪機(jī)(steam turbine、gas turbine)

9、,流進(jìn)系統(tǒng)：,流出系統(tǒng)：,內(nèi)部?jī)?chǔ)能增量： 0,,,,,20,2.壓氣機(jī)，水泵類 (compressor，pump),流入,流出,內(nèi)部貯能增量 0,,,,,21,3.換熱器（鍋爐、加熱器等）,,,(heat exchanger: boiler、heater etc.),,,,,,22,流入：,流出：,內(nèi)增： 0,若忽略動(dòng)能差、位能差,,,,,23,4. 管內(nèi)流動(dòng),流入：,流出：,內(nèi)增： 0,,,,,24,例A4312661,例A43

10、22661,例A4332771,例A4333771,,,,,25,歸納： 1）開口系問題也可用閉口系方法求解。 2）注意閉口系邊界面上熱、功交換；尤其是邊界面 變形時(shí)需考慮功的交換。 3）例A4333771中若有無摩擦及充分導(dǎo)熱的活塞，結(jié)果如何？ ——解法三即可認(rèn)為是這種情況，故無影響。 4）若A4333771活塞為絕熱材料制造，