《工程热力学》第二章 热力学第一定率.ppt

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1、第二章热力学第一定律（4学时）基本内容：热力学第一定律实质、各类表达方式；开口系统能量方程式；稳定流动能量方程式；焓；稳定流动能量方程式应用基本要求：掌握热力学第一定律的实质；了解定律的普遍适用性；区别系统总储存能E与热力学能U的概念；理解焓的概念；理解稳定流动方程式并了解其应用12-1热力学第一定律的实质2.1.2表述形式1.能量守恒及转换定律自然界中物质所具有的能量，既不能创造也不能消灭，而只能从一种能量形态转换为另一种形态，转换中能量总量守恒2.热力学第一定律表述1)热能作为一种能量形态，可以和其他能量形态相互转换，转换中能量守恒2)热是能的一种，机

2、械能变为热能，或热能变为机械能，它们间的比值是一定的；热可以变为功；功也可以变为热。一定量的热消失时，必产生一定量的功；消耗一定量的功时，必出现与之对应的一定量的热。3)第一类永动机是不可能制成的2二.热力学第一定律数学表达式热能与机械能转化是通过适当的热力循环实现的。进行一个热力循环时，工质从外界接受一定的热量时，同时对外输出一定的净功。经过一个热力循环后工质又回到初始状态，工质本身未发生变化，因此，循环净热等于循环净功:对单位工质3PVTSW0=Q0abcdabcd比如对如下热机循环42-2热力学能与总能2.2.1关于热力学能U2.2.2总储存能（E或

3、e）51、定义（U或u）单位物体由于热运动而具有的能量，单位J或Kj2、热力学能的内容1）分子的内动能，是温度的函数，包括：分子的移动动能分子的转动动能分子的振动动能2）分子的内位能，是温度和比容的函数即热力学能是状态的函数3、推导证明热力学能是状态参数4、热力学能是两个独立状态参数的函数2.2.1热力学能U(internalenergy)62.2.2总储存能（E或e）总储存能（E或e）单位工质（1kg）忽略动能与位能E=U单位工质（1kg）e=u72-3能量的传递与转化2.3.1作功与传热作功过程通常伴随能量形态的变化;包含能量转化的热力学过程,及单纯的

4、机械过程传热仅反映热量从高温传向低温物体,通常反映高品位能耗散为低品位能的过程2.3.2推动功与流动功推动功:开口系统中工质流动传递的功,EG:流动功:前后流动工质状态具有不同的热力参数,有不同的推动功,前后差为流动功8PVv活塞面积为APvTDCP推动功pv推动功伴随工质流动而输入系统对微元δm工质，瞬态时刻推动功不考虑摩擦耗散，则为92-4关于焓(enthalpy)1、焓H的定义：单位工质：2、对焓的理解焓是状态参数焓不是工质储存的能量；焓是流动工质移动时随工质一起转移的能量3、几个重要的关系式4、焓的物理意义102-5热力学第一定律基本能量方程11Q

5、=ΔE+W系统与外界吸收或放出的热量（J或kj）系统与外界交换的功量（容积功）J或kj系统总储存能的增量（J或kj）单位质量工质q=Δe+w微元工质2.5.1闭口系统能量方程式工质ΔE闭口系统ΔxQW高度Z参照系适用：任何工质、任何过程！！122.5.2闭口系统能量方程式P工质ΔU闭口系统Q=ΔU+W单位质量工质q=Δu+w微元工质表达式系统与外界吸收或放出的热量（J或kj）系统与外界交换的功量（容积功）J或kj系统热力学能的增量（J或kj）QΔxW适用：任何工质、任何过程！！132.5.3准静态过程的闭口系统能量方程式1、准静态过程的闭口系统能量方程式2

6、、注意适用条件可逆过程(无耗散准静态过程)14作业2-1，2-4，2-7152-6开口系统能量方程式2.6.1连续性方程式导出2.6.2能量方程式的导出2.6.3稳定流动能量方程及分析161122边界热量δQ微元内部功δWiEm1122边界进口δm1e1,P1v1热量δQ微元内部功δWiE+dEm+dm出口δm2e2,P2v2τ时刻τ+dτ时刻出口δm2e2,P2v2P2P1P2开口系统模型进口δm1e1,P1v1(推动功)17进口微团质量出口微团质量系统微团质量增量微元时间变化进口微团质量流率出口微团质量流率2.6.1连续性方程式导出182.6.2能量方

7、程式的导出19单位时间能量方程式202.6.3稳定状态稳定流动能量方程式一、稳定状态稳定流动过程方程式1、稳定流动过程：开口系统与外界传递的热量、功量；系统及进、出口工质热力学状态及流量、流速不随时间变化2、稳定流动过程的连续性方程式3、稳定流动能量方程式推出212、稳定流动过程的连续性方程式223、稳定流动能量方程式推出23或：稳定流动能量方程式24忽略进、出口动能、位能差时，稳定流动方程式定义焓：稳定流动方程式微元表达式25二、关于焓(enthalpy)1、焓H的定义：单位工质：2、对焓的理解焓是状态参数焓不是工质储存的能量；焓是流动工质移动时随工质一

8、起转移的能量3、几个重要的关系式4、焓的物理意义26关于焓的几个重