工程热力学-第二章热力学第一定律

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1、第二章热力学第一定律基本要求理解热力学第一定律的实质，熟练掌握热力学第一定律及其表达式。能够正确、灵活地应用热力学第一定律表达式分析计算工程实际中的有关问题。掌握能量、存储能、热力学能、迁移能的概念。掌握体积变化功、推动功、轴功和技术功的概念及其计算式。掌握焓的引出和定义。2021/9/172§2-1热力学第一定律的本质能量转换及守恒定律在热过程中的应用，确定了热力过程中各种能量在数量上的关系。其表述：当热能与其他形式的能量相互转换时，它的总量保持不变。根据热力学第一定律，为了得到机械能必须花费热能或其他形式的能量，因此第一类永动机是不可能制造成功的。热力学第一定律是热力学的基本定

2、律，它适合于一切工质和一切热力过程，分析具体问题时，其数学表达式就是能量守恒表达式。对于任何系统，能量平衡关系为:进入系统的能量-离开系统的能量=系统存储能的变化2021/9/173§2-2储存能-内能和外储存能定义dU=Q-W内能U是状态函数闭口系热一律表达式Q=dU+WQ=U+W两种特例绝功系Q=dU绝热系W=-dU2021/9/174内能U的物理意义dU=Q-WdU代表某微元过程中系统通过边界交换的微热量与微功量两者之差值，也即系统内部能量的变化。U代表储存于系统内部的能量内储存能（内能、热力学能）WQ2021/9/175内能的性质内能分子动能（移动、

3、转动、振动）分子位能（相互作用产生，对气体是温度和比容的函数）核能（不考虑）化学能（不考虑）说明气体的内能是与温度和比容有关的状态量U:广延参数[kJ]u:比参数[kJ/kg]内能总以变化量出现，内能零点人为定2021/9/176系统总能外部存储的能-机械能宏观动能：Ek=mc2/2宏观位能Ep=mgz系统总能E=U+Ek+Epe=u+ek+epc,z是力学参数，处于同一热力状态的物体可以有不同的c和z，因此，c和z是独立于热力系统内部的参数。系统的宏观动能和重力位能称作外部储存能。2021/9/177热一律的文字表达式热力学第一定律能量守恒与转换定律进入系统的能量-离开系统的能量

4、=系统内部储存能量的变化2021/9/178§2-3闭口系能量方程一般式单位工质适用条件任何工质任何过程WQQ=dU+WQ=U+Wq=du+wq=u+w2021/9/179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如果系统与外界交换的功量有很多种：准静态容积变化功pdv拉伸功w=-dl表面张力功w=-dAw=pdv-dl-dA+…...2021/9/1710闭口系准静态和可逆过程能量方程简单可压缩系准静态过程热力学第一定律解析式之一w=pdvq=du+pdvq=u+pdv简单可压缩系可逆过程热力学恒等式q=TdsTds=d

5、u+pdvTds=u+pdv2021/9/1711§2-4开口系能量方程推导过程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WnetQminmoutuinuoutgzingzout2021/9/1712推进功的引入能量平衡关系式Q+min(u+c2/2+gz)in-mout(u+c2/2+gz)out-Wnet=dEcv这个结果与实验结果不符少推进功WnetQminmoutuinuoutgzingzout2021/9/1713推进功的表达式推进功（流动功、推动功）W推=pAdl=pVw推=pv注意不是pdv，v没有变化pApVdl20

6、21/9/1714对推进功的说明与宏观流动有关，流动停止，推进功不存在作用过程中，工质仅发生位置变化，无状态变化w推＝pv与所处状态有关，是状态量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所携带和所传递的一种能量2021/9/1715开口系能量方程的推导WnetQpvinmoutuinuoutgzingzoutQ+min(u+c2/2+gz)in-mout(u+c2/2+gz)out-Wnet=dEcvminpvout2021/9/1716开口系能量方

7、程微分式Q+min(u+pv+c2/2+gz)in-Wnet-mout(u+pv+c2/2+gz)out=dEcv工程上常用流率2021/9/1717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，新状态参数？2021/9/1718焓的引入定义焓h=u+pvhh开口系能量方程2021/9/1719焓（Enthalpy)的说明定义h=u+pv[kJ/kg]H=U+pV[kJ]焓是状态量，与工质是否流动无关，它满足状态参数的一切特征。H为广延参数H=U+pV