高等工程热力学 -第一章、热力学基本原理及定义ppt课件.ppt

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1、第一章热力学基本原理及定义§1-1外界分析法(SAM)的热力学模型§1-2热力学第一定律§1-3热力学第二定律§1-1外界分析法(SAM)的热力学模型外因是变化的条件，内因是变化的根据，外因通过内因起作用。外界分析法的基本思想：§1-2热力学第一定律实质：能量守恒及转换定律：系统的热力学能；：系统的能容量，热量的能流：功量的能流：质量流的能流：质量流的能容量：质量流的能流：000000有关热力学的工程问题，一般可分为：闭口系统开口系统SSSF(稳定状态稳定流动)USUF（均匀状态均匀流动）特例（1）闭口系统：即若忽略宏观动、位能的变化则0若

2、过程可逆则若针对一个循环即00A:若在时间内，，，，（2）开口系统则由有即单位时间内即则B:SSSF000则例1、动力机与压气机对1kg流动工质，00（1）单以一种工质为系统（如1流体）即工质吸收（放出）的热量，等于其焓增（减）。则忽略动、位能的变化，则例2、换热器（2）以整个换热器中的工质为系统000绝热SSSF则而∴忽略动、位能变化，则一种流体的焓增加等于另一种流体的焓减。即一种流体的吸收的热量等于另一种放出的热量。00对1kg流动工质0则∵∴∴例3、喷管例4、绝热节流000则忽略动、位能变化，则③对非绝热的节流，，。注意：①绝热节流前

3、后焓值相等，但不是一个定焓过程。②节流过程是不可逆过程。对绝热节流前后，虽能量在数量上不变，但能质衰贬。由稳定气源（）向体积为V的刚性真空容器绝热充气，直到容器内压力达到时关闭阀门。若已知该气体的比热力学能及比焓与温度的关系分别为：u＝cvT，h＝cpT，k＝cp/cv，试计算充气终了时，容器内气体的温度T2及充入气体的质量m2。解：法一，CV00则∴例5、向真空容器中的绝热充气问题（p46）又∴∴∴在绝热充气过程，焓转变为热力学能，是不可逆过程，适用与任何工质。仅适用于理想气体。∵00法二，CM∴∵∴又∴例6：绝热放气（p75）有一个容积

4、为V的刚性绝热容器，其中贮有m1状态为p1及T1的理想气体，k为定值。阀门开启后，一部分气体排向大气，待容器中压力下降到p2时关闭阀门。⑴试证明刚性容器绝热放气时，容器内剩余气体经历了一个可逆的绝热膨胀过程。⑵试写出终态温度T2及排出质量me的表达式。§1-3热力学第二定律例：①一杯热水放在桌子上，会自发地慢慢变冷。②杂技中耍手帕，或热功当量实验。③煤气（液化气）泄露事故。一、热力学第二定律的实质及说法1、热力学第一定律的局限性及热力学第二定律的实质◆热力学第一定律的实质是能量转换及守恒定律。.◆任何一个已经完成或正在进行的过程都遵循热力学

5、第一定律。◆是否满足热力学第一定律的过程，都能够实现？怎样实现？条件是什么？热过程具有方向性。◆自然界中的一切过程总是自发地朝着一定的方向进行。◆但非自发过程并不是不可能实现的。非自发过程的实现要花费一定的代价，需要补偿过程同时进行。压气机→气体的压缩；热机→热能转变为机械能；制冷机→热量由低向高传递。◆热过程是有方向性的，过程的进行是有条件的，并有一定的限度。◆热力学第一定律具有局限性。热力学第二定律的实质----能质衰贬原理◆热力学第二定律揭示了不同形式的能量，在转换成功量的能力上是有“质”的差别的；◆即使同一种形式的能量，其存在状态不

6、同时，它的转换能力也是不同的。◆正是因为各种不同存在形式或不同存在状态的能量，在传递及转换能力上存在着“质”的差别，所以，在能量传递及转换过程中，就呈现出一定的方向、条件及限度的特征。2.热机循环和制冷循环循环热效率:热机循环:制冷循环:热泵系数：制冷系数:3、热力学第二定律的典型说法Adevicethatoperatesinacycleandhasnoeffectonthesurroundingsotherthantheconversionofheattoanequivalentamountofnetpositiveworkisimpos

7、sibletoconstruct。克劳修斯说法ClausiusStatement:Itisimpossibletoconstructadevicethatoperatesinacycleandproducesnoeffectotherthanthetransferofheatfromalower-temperaturebodytoahigher-temperaturebody.第二类永动机是不可能制成的。开尔文—普朗克说法Kalvin-PlanckStatement:一切自发过程都是不可逆的;一切实际过程都是不可逆的;孤立系统的熵增原理；“

8、能质衰贬”原理.热力学第二定律还可以概括为更一般的说法：二、有关能“质”的基本概念1、影响能量品位的因素①能量的存在形式。有序能＞无序能②周围环境----定义能质高低的共同基准。