[工学]工程热力学 第二章

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1、第二章热力学第一定律TheFirstLawofThermodynamics§2-1热力学第一定律的本质本质：能量转换及守恒定律在热过程中的应用表述：热是能的一种，机械能变热能，或热能变机械能的时候，他们之间的比值是一定的。或：热可以变为功，功也可以变为热；一定量的热消失时必定产生相应量的功；消耗一定量的功时，必出现与之相应量的热。并得到公认ConservationofenergyOneofthemostfundamentallawsofnature“Duringaninteraction,energycanc

2、hangefromoneformtoanotherbutthetotalamountofenergyremainsconstant”Energycannotbecreatedordestroyed内能的组成分子动能分子位能bindingforces化学能chemicalenergy核能nuclearenergy内能microscopicformsofenergy移动translation转动rotation振动vibration§2-2热力学能和总能内能的说明内能是状态量statepropertyU:广延

3、参数[kJ]u:比参数[kJ/kg]内能总以变化量出现，内能零点人为定系统总能totalenergy外部储存能macroscopicformsofenergy宏观动能kineticEk=mc2/2宏观位能potentialEp=mgz机械能系统总能E=U+Ek+Epe=u+ek+ep一般与系统同坐标，常用U,dU,u,du§2-3能量的传递和转化一、作功和传热二、推动功和流动功推动功：因工质在开口系统中流动而传递的功。推动功的表达式推动功pApVdlW推=pAdl=pVw推=pv注意：不是pdvv没有变化对推

4、动功的说明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）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流动功：系统维持流动所需的功。推动功在p-v图上：§2-4焓（Enthalpy）定义：h=u+pv[kJ/kg]H=U+pV[kJ]1、焓是状态量stateproperty2、H为广延参数H=

5、U+pV=m(u+pv)=mhh为比参数3、对流动工质，焓代表能量(内能+推进功)对静止工质，焓不代表能量4、物理意义：开口系中随工质流动而携带的、取决于热力状态的能量。§2-5热一律的基本能量方程式热一律:能量守恒与转换定律=进入系统的能量离开系统的能量系统内部储存能量的变化-TotalenergyenteringthesystemTotalenergyleavingthesystemChangeinthetotalenergyofthesystem=-闭口系能量方程功（w）是广义功闭口系与外界交换的功量

6、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工程热力学用此式较少§2-6开口系能量方程WnetQ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Energybalanceforopensystem推进功的引入WnetQminmoutuinuoutgzi

7、ngzout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一、开口系能量方程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

8、多条进出口：流动时，总一起存在焓Enthalpy的引入定义：焓h=u+pvhh开口系能量方程二、稳定流动能量方程WnetQminmoutuinuoutgzingzout稳定流动条件1、2、3、轴功Shaftwork每截面状态不变4、Energybalanceforsteady-flowsystems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