03第二章 (2)

单击此处编辑母版标题样式,*,*,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,*,第二章 热力学第一定律,First law of thermodynamics,1,热力学第一定律的实质,能量守恒与转换定律,第一定律的实质：,能量守恒与转换定律在,热现象,中的应用。,2,2 - 1,热力系统的储存能,一、 热力学能,U,U,ch,化学能,U,nu,原子能,U,kE,U,pE,平移动能,转动动能,振动,f,1,(,t,),f,2,(,t,v,),U=U,(,t,v,),U,th,U,kE,内动能,U,pE,内位能,3,气体工质的比热力学能可表示为,比热力学能,单位质量工质的热力学能,。,符号,：,u,；,单位：,J/kg,或,kJ/kg,4,二、宏观动能与宏观位能,宏观位能：,E,p,，,单位为,J,或,kJ,宏观动能 ：,E,k,，,单位为,J,或,kJ,5,E = U + E,k,+ E,p,三、储存（总）能：,单位为,J,或,kJ,E ,储存,能,U ,热力学能,E,k,宏观动能,E,p,宏观位能,外部储存能,比储存能,：,e,，,单位为,J/kg,或,kJ,/kg,6,热力学能是状态参数,U = U,(,t,v,),u = u,(,t,v,),7,四、工程中所关心的是,U,热力学能的基准点可以人为地选定，通常取,0K,或,0,的气体的热力学能为零。,8,2-2,热力学第一定律的实质,热力学第一定律实质就是热力过程中的,能量守恒和转换定律,，可表述为 ：,在热能与其它形式能的互相转换过程中，能的总量始终不变。,不花费能量就可以产生功的,第一类永动机是不可能制造成功的,。,9,进入系统的能量离开系统的能量,=,系统储存能量的变化,10,闭口系统：,进入的能量：,热量,离开的能量：,功,增加的能量：,U,Q,W,U,Q W =,U,2 3,闭口系统的热力学第一定律表达式,进入系统的能量离开系统的能量,=,系统储存能量的变化,11,热力学第一定律基本能量方程式（,闭口系统）,1.,mkg,的能量方程式,:,Q W =,U,或,Q =,U + W,2. 1,kg,的能量方程式,:,q =,u + w,3.,微元形式的能量方程式,:,12,4.,对于可逆过程有,:,所以有,:,13,5.,对于循环有,:,而,:,所以,:,闭口系统完成了一个循环后，在循环中与外界交换的净热量等于与外界交换的净功量。,14,2 6,开口系统的稳定流动能量方程式,一、稳定流动与流动功,（,1,）,稳定流动,流动状况不随时间而改变的流动。即任一流通截面上工质的状态都不随时间而改变。,(,热力参数,和,运动参数,都不随时间改变,),稳定流动的实现条件：,1,）系统和外界交换的能量（功量和热量）与质量不随时间而变,；,2,）进、出口截面的状态参数不随时间而变,。,15,（,2,）,流动功,(,推进功,),W,f,流动功是由泵或风机加给被输送工质并随工质流动向前传递的一种能量，非工质本身具有的能量。,流动功：,1kg,工质流动功：,对于开口系统的计算一定要考虑流动功。,活塞面积,A,记住,16,二、开口系统的稳定流动能量方程,时间内：,17,焓,焓是热力学能和流动功之和，是随着工质移动而转移的能量。,1,1,2,2,U,1,p,1,V,1,U,2,p,2,V,2,焓是状态参数,18,注意,：,（,1,）无论对于流动工质还是不流动工质，,比焓,都是,状态参数,；,（,2,）对于流动工质，,流动功,等于,pv,，,比焓,表示单位质量工质沿流动方向向前传递的总能量中取决于热力状态的部分 ；,（,3,）对于不流动工质，不存在,流动功,，,比焓,也不表示能量，仅是,状态参数,。,（,4,）工程上一般只需要计算工质经历某一过程后焓的变化量，而不是其绝对值，所以焓值的零点可人为地规定。,19,三、,技术功,定义：,在工程热力学中，将工程技术上可以直接利用的动能差、位能差及轴功三项之和称为技术功，用,W,t,表示,对于单位质量工质,，,20,四、稳定流动能量方程式解析,热能转变成功的部分,w,机械能增量,轴,功,流动,功差,技术功,w,t,21,可用面积,5 1 2 6 5,表示,可用画斜线的微元面积表示,技术功,w,t,的符号,:,当,dp,为负时，压力下降，,w,t,为正，工质对机器作功；反之机器对工质作功，,w,t,为负。,对于可逆过程：,22,稳定流动开口系统能量方程式：,当引入技术功,后公式变为：,1,kg,：,m kg,：,微元形式：,重点,需熟记,23,对于可逆过程：,重点,需熟记,24,稳定流动开口系统能量方程式的另外一种导出方法：,热力学第一定律方程式形式不同，实质是一致的，只是应用于不同的场合。,25,热力学第一定律基本能量方程式,(,总结,),闭口系统,1.,mkg,的能量方程式,:,Q =,U + W,2. 1,kg,的能量方程式,:,q =,u + w,3.,微元形式的能量方程式,:,4.,对于可逆过程,26,稳定流动开口系统能量方程式：,当引入技术功,w,t,后公式变为：,1,kg,：,m kg,：,微元形式：,对于可逆过程：,27,2 5,稳定流动能量方程式的应用,工程上，除了喷管、扩压管外，常见热工设备的进出口动、位能的变化一般都可以忽略不计。,28,一、热交换器（散热器、加热器、冷凝器等）,29,一、热交换器,30,二、动力机械,(,蒸汽轮机、气轮机、内燃机,),31,二、动力机械,q,32,三、绝热节流,(,q,= 0 ,w,s,= 0 ),注意：,绝热节流过程不是,定焓过程,。,33,1,、一闭口系统从状态,1,沿,123,途径到达状态,3,，传递给外界的热量为,47.5kJ,，而系统对外作功为,30kJ,。,若沿,143,途径变化时，系统对外作功,15kJ,，求过程中系统与外界传递的热量？,p,v,1,4,3,2,若系统从状态,3,沿图示曲线到达状态,1,，外界对系统作功,6kJ,，求过程中系统与外界传递的热量？,若,U,2,=175kJ,，,U,3,=87.5kJ,，求过程,23,传递的热量及状态,1,的热力学能？,一、闭口系统能量方程式应用,34,2,、一活塞气缸装置中的气体经历了,2,个过程。从状态,1,到状态,2,气体吸热,500kJ,，活塞对外作功,800kJ,。从状态,2,到状态,3,是个定压过程，压力为,400kp,，气体向外散热,450kJ,。已知,U,1,=2000kJ,，,U,3,=3500kJ,。计算,23,过程中气体的体积变化。,35,二、开口系统能量方程式应用,1,、已知新蒸汽流入汽轮机时的,h,1,=3232kJ/kg,，流速,c,f1,=50m/s,；乏汽流出汽轮机时的,h,2,=2303kJ/kg,，流速,c,f2,=120m/s,。散热损失和位能差略去不计。求每千克蒸汽流经汽轮机时对外界所作的功。若蒸汽的流量为,10t/h,，求汽轮机的功率。,36,2,、空气在压气机中被压缩。压缩前空气参数为,p,1,=0.1MPa,，,v,1,=0.845m,3,/kg,；压缩后参数为,p,2,=0.8MPa,，,v,2,=0.175m,3,/kg,。设在压缩过程中每千克空气的热力学能增加,146.5kJ,，同时向外放热,50kJ,。压气机每分钟压缩空气,10kg,。,求：,压缩过程中对每千克空气作的压缩功；,每生产,1kg,压缩空气所需要的轴功；,带动压气机所用电动机的功率（,KW,）。,P30,：,2-8,37,第二章小结,重点掌握以下内容：,（,1,）热力学第一定律的实质；,（,2,）热力学第一定律表达式及其适用范围；,（,3,）运用第一定律求解工程上的能量转换问题。,38,