工程热力学第3章热力学第一定律课件.ppt

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1、第三章热力学第一定律本章重点本章基本要求深刻理解热量、储存能、功的概念，深刻理解内能、焓的物理意义理解膨胀（压缩）功、轴功、技术功、流动功的联系与区别本章重点熟练应用热力学第一定律解决具体问题§3-1系统的储存能分子动能（移动、转动、振动）分子位能（相互作用）核能化学能一。内能内能是状态量U:广延参数[kJ]u:比参数[kJ/kg]内能总以变化量出现，内能零点人为定说明：注意：对理想气体u=f(T)二。外储存能系统工质与外力场的相互作用所具有的能量如：重力位能以外界为参考坐标的系统宏观运动所具有的能量如：宏观动能组成系统总能外部储存能宏观动能Ek=mc2/2宏观位能Ep=mgz机械能系

2、统总能E=U+Ek+Epe=u+ek+ep一般与系统同坐标，常用U,dU,u,du3．2系统与外界传递的能量功随物质传递的能量热量外界热源外界功源外界质源系统热量kJ或kcal且lkcal=4.1868kJ定义：在温差作用下,系统与外界通过界面传递的能量。规定:特点:是传递过程中能量的一种形式，与热力过程有关系统吸热热量为正，系统放热热量为负单位：功除温差以外的其它不平衡势差所引起的系统与外界传递的能量.1．膨胀功W：2轴功W:在力差作用下，通过系统容积变化与外界传递的能量。规定:系统对外作功为正，外界对系统作功为负。通过轴系统与外界传递的机械功定义:单位：lJ=lNm膨胀功是热变功的源泉刚

3、性闭口系统轴功不可能为正，轴功来源于能量转换种类:注意:随物质传递的能量1．流动工质本身具有的能量2．流动功(或推动功)为推动流体通过控制体界面而传递的机械功.推动1kg工质进、出控制体时需功注意:取决于控制体进出口界面工质的热力状态由泵风机等提供思考：与其它功区别焓对于m千克工质：焓的定义式：焓=内能+流动功焓的物理意义：1．对流动工质(开口系统)，表示沿流动方向传递的总能量中，取决于热力状态的那部分能量.思考：特别的对理想气体h=f(T)对于1千克工质：h=u+pv2对不流动工质(闭口系统)，焓只是一个复合状态参数理想气体内能变化计算适用于理想气体一切过程或者实际气体定容过程用定值比热计

4、算:用平均比热计算:理想气体组成的混合气体的内能：经验公式代入§3-3闭口系能量方程功（w）是广义功闭口系与外界交换的功量q=du+w准静态容积变化功pdv拉伸功w拉伸=-dl表面张力功w表面张力=-dAw=pdv-dl-dA+…...闭口系能量方程的通式q=du+w若在地球上研究飞行器q=de+w=du+dek+dep+w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=pdv简单可压缩系可逆过程q=Tdsq=du+pdvq=u+pdv热一律解析式之一Tds=du+pdvTds=u+pdv热力学恒等式§3-4开口系能量方程推导WnetQ

5、minmoutuinuoutgzingzout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推进功的引入WnetQminmoutuinuoutgzingzoutQ+min(u+c2/2+gz)in-mout(u+c2/2+gz)out-Wnet=dEcv这个结果与实验不符少了推进功推进功的表达式推进功（流动功、推动功）pApVdlW推=pAdl=pVw推=pv注意：不是pdvv没有变化对推进功的说明1、与宏观流动有关，流动停止，推进功不存在2、作用过程中，工质仅发生位置变化，无状态变化3、w推＝pv与所处状态有关，是状态量4、并非工质本身的能量（动能、位能

6、）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minpvout开口系能量方程微分式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§3-5开口系统稳定流动能量方程Wn

7、etQminmoutuinuoutgzingzout稳定流动条件SteadyStateSteadyFlow(SSSF)1、2、3、轴功Shaftwork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几种功的关系wwt△(pv)△c2/2wsg△z做功的根源ws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