工程热力学第三章课件

第三章第三章 热力学第一定律热力学第一定律第一节第一节第一节第一节 热力学第一定律的实质热力学第一定律的实质热力学第一定律的实质热力学第一定律的实质第二节第二节第二节第二节 系统的储存能量系统的储存能量系统的储存能量系统的储存能量第三节第三节第三节第三节 系统与外界传递的能量系统与外界传递的能量系统与外界传递的能量系统与外界传递的能量第四节第四节第四节第四节 封闭系统热力学第一定律的表达式封闭系统热力学第一定律的表达式封闭系统热力学第一定律的表达式封闭系统热力学第一定律的表达式第五节第五节第五节第五节 开口系统热力学第一定律的表达式开口系统热力学第一定律的表达式开口系统热力学第一定律的表达式开口系统热力学第一定律的表达式第六节第六节第六节第六节 稳定流动能量方程的应用稳定流动能量方程的应用稳定流动能量方程的应用稳定流动能量方程的应用一、实质一、实质：能量守恒与转换定律在热力学中的应用第一节第一节 热力学第一定律的实质热力学第一定律的实质二、第一定律的表述二、第一定律的表述当热能与其他形式的能量相互转化时，能的总量保持不变。第一类永动机是不可能制造成功的。三、系统的能量平衡关系三、系统的能量平衡关系输入系统的能量系统输出的能量=系统储存能量的变化能量：传递中的能量-功和热量-过程量 储存的能量-内部和外部状态参数决定-状态量第二节第二节 系统的储存能量系统的储存能量储存能量：内部储存能-系统本身(内部)的状态 外部储存能-重力场和系统整体运动一、内部储存能一、内部储存能热力学能热力学能内能内能：是气体内部所具有的分子动能与分子位能的总和。包括包括：1.分子直线运动的动能；2.分子旋转运动的动能；3.分子内部原子和电子的振动能；内动能4.分子间的势能；内势能分子运动的平均动能和分子间势能称为“热力学能”符号：U(mkg质量气体的内能)单位：kJu=U/mu=f(T,v)u=f(T,v)或 u=f(p,v)热力学能也是气体的状态参数 u(1kg质量气体的内能)kJ/kg二、外部储存能二、外部储存能二、外部储存能二、外部储存能1.1.宏观动能宏观动能系统作为一个整体，相对于系统以外的参考坐标，因系统作为一个整体，相对于系统以外的参考坐标，因宏观运动二具有的能量，称为宏观动能，简称动能，宏观运动二具有的能量，称为宏观动能，简称动能，用用E Ek k表示。表示。2.重力势能系统由于重力场的作用而具有的能量称为重力势能，简称势能，用Ep表示。.三、系统的总储存能（总能）E=U+E E E Ek k k k+E+E+E+Ep p p p EU或eu 对于没有宏观运动，并且高度为零的系统单位质量单位质量 e=u+e e e ek k k k+e+e+e+ep p p p第三节第三节 系统与外界传递的能量系统与外界传递的能量封闭系统，传递的能量有两种：功和热量 当封闭系统通过边界，和外界之间发生相互作当封闭系统通过边界，和外界之间发生相互作用时，如外界的唯一效果是升起重物，则系统用时，如外界的唯一效果是升起重物，则系统对外界作了功，如外界的唯一效果是降低重物，对外界作了功，如外界的唯一效果是降低重物，则外界对系统作了功。则外界对系统作了功。功是过程量功是过程量单位：J、kJ一、功一、功w0 系统对外作功系统对外作功 w0 系统向外界放热为负。Q03.单位单位：J、kJ4.4.热源：热源：与系统只发生热的相互作用的外界，称为热源 热量是过程量；热能是状态量。热量是过程量；热能是状态量。热量是不规则运动的能量传递方式；热量是不规则运动的能量传递方式；功是规则运动的能量传递方式。功是规则运动的能量传递方式。三、焓三、焓1.定义：定义：H=U+pV2.2.单位：单位：J 3.比焓：比焓：1kg工质的焓称为比焓，用h表示。h u pv热力学能热力学能推动功推动功比焓比焓第四节第四节 热力学第一定律的能量方程式热力学第一定律的能量方程式 进入系统的能量离开系统的能量系统储存能的增加进入系统的能量离开系统的能量系统储存能的增加 1.闭口系统闭口系统 可逆过程可逆过程 循环循环 2.开口系统开口系统 v开口系统能量方程的一般形式，适用于任何工质、任何过程，可以简化成各种不同的形式。稳定流动：开口系内任意一点的工质状态参数不随时间变化的流动过程。v实现的必要条件：进出口截面的参数不随时间而变；系统于外界交换的功量和热量不随时间变化；工质的质量流量不随时间而变，且进出口处的质量流量相等，即qm1=qm2=qm=const系统与外界进行的物质和能量的交换不随时间而变。3.稳定流动过程稳定流动过程 引入技术功概念:对于可逆过程:复杂的工程实际问题抽象成热力学模型v外表面被很好的绝热v有效传热面积很小v系统与外界温差很小v工质流过开口系非常迅速作绝热处理0v除气流速度改变比较剧烈的设备，动、位能差取零。v简单可压缩系，设备中无活塞、转轴类作功部件，闭口系能量方程中的功项取零开口系能量方程中的轴功项取零第五节第五节 稳定流动能量方程的应用稳定流动能量方程的应用开口系统的典型设备开口系统的典型设备:1.换热器：如锅炉、冷凝器等2.喷管和扩压管3.产生功的装置：如蒸汽轮机、燃气轮机4.消耗功的装置：如泵、压缩机5.节流装置：如膨胀阀一、换热器一、换热器12流入流出Q2.2.换热器稳定流动能量方程：换热器稳定流动能量方程：换热器稳定流动能量方程：换热器稳定流动能量方程：3.3.可逆条件：可逆条件：可逆条件：可逆条件：4.4.改进方向：减小工质压力降改进方向：减小工质压力降改进方向：减小工质压力降改进方向：减小工质压力降1.特点：特点：二、喷管和扩压管二、喷管和扩压管二、喷管和扩压管二、喷管和扩压管1.1.特点：特点：特点：特点：Wg2Wg111112222流入流出喷管扩压管Wg1流入喷管扩压管2.2.换热器稳定流动能量方程：换热器稳定流动能量方程：换热器稳定流动能量方程：换热器稳定流动能量方程：3.3.可逆条件：可逆条件：可逆条件：可逆条件：喷管扩压管三、汽轮机三、汽轮机三、汽轮机三、汽轮机流入流出12wswt=wS四、泵和压缩机四、泵和压缩机五、节流装置五、节流装置五、节流装置五、节流装置换热器喷管和扩压管汽轮机和压缩机节流装置略去入口流速例3-2 已知：解：膨胀阀蒸发器122解：例3-5 已知：谢谢！