工程热力学 第二章

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1、第二章热力学基本定律第一定律能量方程第二定律卡诺循环热力学第一定律的实质热力学第一定律的实质是能量转换与守恒定律在热现象上的应用。热是一种能量热功当量实验分子运动学说热是物质分子及原子等微粒杂乱运动的能量热力学第一定律的几种表述①当热能与其他形式的能进行转换时，能的总量保持不变；②在孤立系统中，能的形式可以转换，但能量总值不变；③第一类永动机＊是不可能制成的。＊不供给能量而能永远对外做功的机器。热力学第一定律应用于任一热力系统：进入系统的能量－离开系统的能量＝系统储存能量的增量热力学第一定律的表达式能量的传递形式传热做功与过程有关与进入状态相关与离

2、开状态相关与过程有关系统物质进入带入能量物质离开带出能量功系统与外界相互作用而传递的能量，若其全部效果可表现为使外界或物体改变宏观运动状态，则这种传递的能量称为功；单位：焦耳（J）。-+系统外界对系统做功系统对外界做功思考题1拔掉销钉后，系统向真空膨胀，系统是否做功？真空p2pQ刚性容器，加热后系统内压力升高，系统是否向外做功？气体对外膨胀所做的功称为膨胀功，气体受到压缩时外界对气体所做的功称为压缩功，两者统称为体积功或容积功。体积功pRdx气缸内有mkg气体，活塞面积为A由1到2完成的容积功为：单位质量气体做的功:体积功当活塞移动微小距离dx，气

3、体所做容积功：p1(p1，v1)2(p2，v2)dvv②以上体积功计算适用于任意可逆过程，条件是已知初、终态和过程函数表达式。③p—v图也称为示功图。①功是一个过程量。＊体积功如图所示，气缸初始状态下：Q现对气缸加热，使气体膨胀至：已知：初始状态下，弹簧与气缸接触但不受力，弹簧刚度大气压力：活塞面积：求：1)气缸内终了压力和气体做的功？2)若活塞与气缸间有摩擦力存在，气体做的功是多少？例题解：设：准静态过程终了状态为平衡状态，活塞两侧的受力相等取气缸内的气体为系统，气缸内壁为边界利用示功图求解若活塞与气缸间存在摩擦，不可逆因素出现在系统外，为外部不

4、可逆过程，这时气体需要抵抗外力做功。在工程实际中，将活塞和气缸作为整体考虑，注重整套装置的有效输出功，这时，摩擦成为内部不可逆因素，系统对外做功：但是由于内部摩擦的存在，使得气体必须克服摩擦做功，因此气体必须做功：-+系统系统吸热系统放热热量系统与外界之间仅仅由于温度不同而传递的能量称为热量，单位：J。＊热量不是系统的状态参数，而是一个与过程特征有关的过程量。热量T-s图也称为示热图1(T1，S1)2(T2，S2)TSQ储存能物质本身具有的能量称为储存能。①外部储存能动能位能与系统整体宏观运动有关的能量储存能②内部储存能与物质的分子结构及微观运动形

5、式有关物理内能化学内能核能储存能是广度参数如图所示，若工质完成1a2b1这个循环，即工质回复了原来状态，系统储存能的变化为零。12pvbcav物理内能物理内能包括内动能和内位能。内动能包括分子移动动能、转动动能和粒子振动动能；内位能是分子间的引力位能。内能是广度参数，状态参数。工质不流动的热力过程，按封闭系统处理较为方便。封闭系统示意图WQ△U封闭系统的能量方程设气体从状态1变化到状态2，变化过程中吸热Q，对外做功W。忽略动能和位能变化，由热力学第一定律有：对微元过程有：对单位质量工质：以上各式适用于任何工质及过程。封闭系统的能量方程对于可逆过程，

6、在p—v图上用连续曲线表示，则：敞开系统示意图12dx1如图所示,选截面1-截面2内工质为热力学系统，在dτ时间内，流进dm1工质，流出dm2工质。敞开系统的特点①能量交换。除做功和传热外，借助工质的流动传递工质本身具有的能量；②要考虑质量平衡；③功=容积功+推动工质出入系统的推动功；敞开系统推动功１kg:推动质量进出系统的推动功，即保证质量流动耗费的功。敞开系统的能量方程①系统吸热:δQ②流入工质带入能量进入系统的能量：③上游工质所做的推动功敞开系统的能量方程①系统所做轴功：δWs②流出工质带出能量离开系统的能量：③系统推动工质流出的推动功敞开系

7、统的能量方程应用热力学第一定律敞开系统的能量方程式中：敞开系统的能量方程令：能量方程式变为：物理意义：工质流动时与外界传递的与热力状态有关的总能量。焓是状态参数，具有状态参数的一切性质。＊当工质不流动时，pV不再是流动功，而焓作为状态参数仍存在。可理解为三个状态参数的组合。焓在流动过程中，系统内任一点处，工质的热力参数和运动参数都不随时间而变化。三个条件：①系统进出口状态不随时间而变化；②进出口质量流量相等。③系统内储存的能量不变。稳定流动过程当热力设备在不变的工况下工作时，工质的流动过程可视为稳定流动，只是在开车和停车阶段为不稳定流动。对连续周期

8、性动作的热力设备（如活塞式机械），如果单位时间工质的平均流量保持不变，传热量和轴功的平均值也保持不变，也可用稳定流动能量方