第二章-热力学第一定律说课材料.ppt

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1、第二章-热力学第一定律2-1热力系统的储存能热力学储存能热力学能宏观动能与宏观位能U热力学能的定义：物体因热运动而具有的能量,是存储于物体内部的能量。热力学能内动能内位能原子能化学能内热能（工程热力学）气体内部所具有的各种能量的总和2-1热力系统的储存能热力学能是状态参数任何状态下系统热力学能的数值不可能为零。由于在工程热力学中只计算工质在状态变化中的热力学能的变化量，因此热力学能的零点可以人为地规定，例如，通常取0K时气体的热力学能为零。U表示质量为m的气体，单位：J或者kJ。u表示质量为1kg的气体，单位：J/kg或者kJ/

2、kg2-1热力系统的储存能宏观位能：Ep，单位为J或kJ储存能：E，单位为J或kJ比储存能：e，单位为J/kg或kJ/kg宏观动能：Ek，单位为J或kJ2-2热力学第一定律的实质热力学第一定律的表述：任何形式的能量，既不能消灭也不能创造，只能从一种形式转换成另一种形式，在转换过程中能量的总量保持恒定，-----能量守恒转换定律。热力学第一定律的另一种表述：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。进入系统的能量－离开系统的能量=系统储存能量的变化2-3闭口系统的热力学第一定律表达式在工程热力学中，主要是热能和机械能

3、之间的相互转化和总量守恒本质：能量转换及守恒定律在热过程中的应用热力学能（内能）2-3闭口系统的热力学第一定律表达式QWΔU对于微元过程，对于可逆过程，对于单位质量工质,对于单位质量工质的可逆过程,2-3闭口系统的热力学第一定律表达式2-3闭口系统的热力学第一定律表达式适用条件：闭口系；可逆、不可逆；理想和实际气体；初、终态为平衡态符号规定：吸热q为正，放热为负系统对外作功为正，反之为负系统内能增大为正,反之为负2-3闭口系统的热力学第一定律表达式例：气体在某一过程中吸收了50kJ的热量，同时热力学能增加了84kJ，问此过程中气

4、体做功是多少？由于工质膨胀做功为正；接受外界压缩功为负，所以断定工质经历了压缩过程，外界对气体作功为34kJ.功是负值意味什么？解：Q=△U+WW=Q-△UW=50KJ-84KJ=-34KJ∵Q=50KJ△U=84KJ2-4开口系统的稳定流动能量方程式1.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。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;3)系统和外界交换的一切能量不随时间变化，满足能量守恒。

5、2-4开口系统的稳定流动能量方程式实际热机的工作过程大多可认为是稳定过程。任一截面上的各种参数都不随时间改变，但各截面上参数可以不同。2-4开口系统的稳定流动能量方程式推动工质流动所作的功，也称为流动功，也称为推进功。对于单位质量工质，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。控制体界面dxp2-4开口系统的稳定流动能量方程式2.开口系统的稳定流动能量方程1122cf1cf2m1m2QWsz1z2在时间内,进口质量：m1、流速：cf1、标高：z1出口质量：m2、流速：cf2、标高：z

6、2稳定流动：2-4开口系统的稳定流动能量方程式在时间内进入系统的能量在时间内离开系统的能量2-4开口系统的稳定流动能量方程式根据热力学第一定律可得令，h称为比焓。称为焓焓的定义：焓=热力学能+推动功。2-4开口系统的稳定流动能量方程式由于p、v、u都是状态参数，所以焓也是工质的一个状参数。对于一定状态的工质，p、v、u都有确定的值，焓的值也就随之而定。如何计算h？h=u+pv一般无法测定工质的焓和热力学能的绝对值。在热工计算中关心的是两个状态间焓的变化（∆h)，因此，可选取某一状态的焓值为零作为计算基准。2-4开口系统的稳定

7、流动能量方程式u是工质本身所具有的能量，pv则是随工质流动而转移的能量，因此焓代表工质流入（出）开口系时传递的能量。焓的物理意义工程中常碰到工质连续不断流过热力设备，随工质流动而转移的能量中，取决于工质热力状态的部分是焓不是热力学能，因此焓的应用比热力学能更广泛。h=u+pv2-4开口系统的稳定流动能量方程式上式可整理成令，上式改成2-4开口系统的稳定流动能量方程式以上两式称为开口系统的稳定流动能量方程。对于单位质量工质：对于微元过程，稳定流动能量方程写成：2-4开口系统的稳定流动能量方程式注意：（1）无论对于流动工质还是不流动

8、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