热力学第一定律的本质

Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,第二章热力学第一定律,2-1,热力学第一定律的本质,本质：,能量,转换,及,守恒,定律在热过程中的应用,热一律,又可表述为,“,第一类永动机是,不可能制成的,”,热一律,可表述为,:,热是能的一种,机械能变为热能,或热能变机械能时,它们间的比值是一定的,.,分子动能（移动、转动、振动）分子位能（相互作用）,核能,化学能,热力学能,热力学能,是状态参数,符号,:,U,:,广延参数, kJ ,u,:,比参数,kJ/kg,热力学能总以变化量出现，,热力学能,零点人为定,说明：,2-2,热力学能和总能,物体的内动能，内位能，化学能，原子核能称为热力学能,1.,热力学能,温度的函数,比体积和温度的函数,2.,总能,外部储存能,:,宏观动能,E,k,=,mc,2,/2,宏观位能,E,p,=,mgz,机械能,系统总能,:,E,=,U,+,E,k,+,E,p,e,=,u,+,e,k,+,e,p,热力学能、动能和位能总和称为热力系统的总储存能，简称总能以,E,表示,.,作功,2-3,能量的传递和转化,1.,能量传递两种方式,特点,:,物体无宏观位移,特点,:,物体有宏观位移,传热,功和热量均为过程量,2.,推动功和流动功,推动功,W,推,=,P,A,d,l,=,PV,w,推,=,pv,注意：,不是,p,d,v, v,没有变化,p,A,p,V,dl,对推动功的说明,1、,与宏观,流动,有关，流动停止，推,动,功不存在,2,、,作用过程中，工质仅发生,位置,变化，无状态变化,3,、,并非工质本身的能量（动能、位能）变化引起，,而由外界做出，流动工质所,携带的能量,可理解为,：,由于工质的进出，外界与系统之间所传递的一种,机械功,，表现为流动工质进出系统使所,携带,和所,传递,的一种,能量,流动功,:,为维持工质,流动,所需要的功,.,p,2,V,2,p,1,V,1,“,开口系统与外界交换的功量,”,膨胀功与流动功之差,W,(p,2,V,2,p,1,V,1,),2-4,焓,定义：,焓,h,=,u,+,pv,H = U +,pV, kJ ,1,、,焓,是状态量,2,、,H,为广延参数,H,=,U,+,pV,=,m,(,u,+,pv,),=,m,h,h,为比参数,3、,对流动工质，,焓,代表能量(,内能,+,推,动,功,),对静止工质，,焓,不代表,能量,4,、,物理意义：开口系中随工质,流动而携带,的,能量,、其值取决于热力状态。,说明,:,热一律的应用到系统的基本表达式,:,热一律,:,能量守恒与转换定律,进入,系统的,能量,-,离开,系统的,能量,=,系统,内部储存能量,的,变化,2-5,热一律的基本,能量方程,闭口系的,能量方程式,:,W,Q,一般式,Q,=,U,+,W,q,=,d,u,+,w,q,=,u,+,w,单位工质,:,适用条件：,1,）任何工质,2),任何过程,Q,=,d,U,+,W,微元过程,:,闭口系能量方程中的功,功,（,w,）,是广义功,闭口系与外界交换的功量,q,=,d,u,+,w,准静态容积变化功,p,d,v,拉伸功,w,拉伸,= -,d,l,表面张力功,w,表面张力,= -,d,A,w,=,p,d,v,-,d,l,-,d,A,+,.,准静态和可逆闭口系能量方程,简单可压缩系,准静态过程,w,=,p,d,v,简单可压缩系,可逆过程,q,=,T,d,s,q,=,d,u,+,p,d,v,q,=,u,+ ,p,d,v,热一律解析式之一,T,d,s,=,d,u,+,p,d,v,T,d,s,=,u,+ ,p,d,v,热力学恒等式,2-6,开口系能量方程,推导,能量守恒原则,进入,系统的,能量,-,离开,系统的,能量,=,系统,储存能量,的,变化,开口系能量方程的推导,W,net,Q,pv,in,m,out,u,in,u,out,gz,in,gz,out,Q,+,m,in,(,u,+,c,2,/2,+,gz,),in,-,m,out,(,u,+,c,2,/2,+,gz,),out,-,W,net,=,d,E,cv,m,in,pv,out,开口系能量方程微分式,Q,+,m,in,(,u,+,pv,+,c,2,/2,+,gz,),in,-,W,net,-,m,out,(,u,+,pv,+,c,2,/2,+,gz,),out,=,d,E,cv,工程上常用,流率,开口系能量方程微分式,当有多条进出口：,流动时，总一起存在,稳定流动能量方程,:,W,net,Q,m,in,m,out,u,in,u,out,gz,in,gz,out,稳定流动条件,Steady State Steady Flow(SSSF),1,、,2,、,3,、,轴功,Shaft work,每截面状态不变,4,、,稳定流动能量方程的推导,稳定流动条件,0,稳定流动能量方程的推导,1kg,工质,稳定流动能量方程,适用条件：,任何流动工质,任何稳定流动过程,单位质量工质的开口与闭口,w,s,q,稳流,开口系,闭口系,(1kg),容积变化功,等价,技术功,w,t,稳流开口与闭口的能量方程,容积变化功,w,技术功,w,t,闭口,稳流开口,等价,内部功,w,s,轴功,w,s,流动功,(,pv,),几种功的关系？,几种功的关系,w,w,t,(,pv,),c,2,/2,w,s,g,z,做功的根源,w,s,准静态下的技术功,准静态,准静态,热一律解析式之一,热一律解析式之二,技术功在示功图上的表示,1,：动力机,火力发电,核电,飞机发动机,轮船发动机,移动电站,燃气轮机,蒸汽轮机,2-7,能量方程的应用,火力发电装置,锅,炉,汽轮机,发电机,给水泵,凝汽器,过热器,航空发动机（燃气循环）,燃气发电装置,活塞,燃气装置,压气机,燃气轮机,燃烧室,空气,废气,动力机,1),进出口动能差小,2,）,进出口位能差小,3,）,保温层,q,0,w,s,=,-,h,=,h,1,-,h,2,0,输出的轴功是靠焓降转变的,2,：压气机,火力发电,核电,飞机发动机,轮船发动机,移动电站,压气机,水泵,制冷,空调,压缩机,火力发电装置,锅,炉,汽轮机,发电机,给水泵,凝汽器,过热器,航空发动机（燃气循环）,燃气发电装置,活塞,燃气装置,压气机,燃气轮机,燃烧室,空气,废气,制冷空调,装置,活塞,压气机械,w,s,=,-,h,=,h,1,-,h,2,0,输入的轴功转变为焓升,1),进出口动能差小,2,）,进出口位能差小,3,）,对外略有放热,q,0,3,：换热器,火力发电：,锅炉、凝汽器,核电：,热交换器、凝汽器,制冷,空调,蒸发器、冷凝器,火力发电装置,锅,炉,汽轮机,发电机,给水泵,凝汽器,过热器,制冷空调,装置,活塞,换热设备,热流体放热量：,3,）没有作功部件,热流体,h,1,h,2,1),进出口动能差小,2,）,进出口位能差小,4.,管道,(,喷管和扩压管,),火力发电,蒸汽轮机静叶,核电,飞机发动机,轮船发动机,移动电站,压气机静叶,喷管目的：,压力降低，速度提高,扩压管,目的：,速度降低，压力升高,喷管和扩压管,动能与焓变相互转换,5.,绝热节流,管道阀门,制冷,空调,膨胀阀,制冷空调,装置,活塞,绝热节流,(,阀门,),说明,:,绝热节流前后,h,不变,h,1,h,2,没有作功部件,绝热,进出口动位能差忽略,第二章 讨论课,思考题,工质膨胀是否一定对外作功？,向真空膨胀，自由膨胀,定容过程是否一定不作功？,开口系，技术功,定温过程是否一定不传热？,相变过程（冰融化，水汽化）,水轮机,作业：,P.57-60,2,3; 2,4;,2,9,；,2,12,。,门窗紧闭房间用电冰箱降温,以房间为,系统,绝热闭口系,闭口系能量方程,T,电冰箱,门窗紧闭房间用空调降温,以房间为,系统,绝热闭口系,闭口系能量方程,T,空调,Q,充气问题与取系统,例,:,储气罐,原有气体,m,0,u,0,输气管状态不变，,h,经,时间充,气，关阀,储气罐,中气体,m,求：,储,气罐,中气体,内能,u,忽略动、位能变化，且管路、储气罐、阀门均绝热,m,0,u,0,h,四种可取系统,1,）,取储,气罐,为系统,开口系,2,）,取最终罐中气体为系统,闭口系,3,）,取将进入储,气罐,的气体为系统,m,0,u,0,h,闭口系,4,）,取储,气罐,原有气体为系统,闭口系,1),取,储气罐为,系统,(,开口系,),忽略动位能变化,h,绝热,无作功,部件,无,离开气体,1),取,储气罐为,系统,(,开口系,),经,时间充气，积分概念,h,h,是常数,2,）取最终罐中气体为系统,(,闭口系,),h,m,0,m-m,0,绝热,m-m,0,第二章 完,