传热学课件第二章.ppt

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1、第二章热力学第一定律§2-1热力学第一定律的本质1909年，C.Caratheodory最后完善热一律本质：能量转换及守恒定律在热过程中的应用18世纪初，工业革命，热效率只有1%1842年，J.R.Mayer阐述热一律，但没有引起重视1840-1849年，Joule用多种实验的一致性证明热一律，于1950年发表并得到公认J.R.迈尔JuliusRobertMayer1814-1878德国医学博士首次提出能量转换与守恒定律J.P.焦耳James.Prescott.Joule1818-1889英国1850

2、测定热功当量1852焦－汤效应能量单位焦耳定律（热与电）焦耳实验1、重物下降，输入功，绝热容器内气体T2、绝热去掉，气体T，放出热给水，T恢复原温。焦耳实验水温升高可测得热量，重物下降可测得功热功当量1cal=4.1868kJ工质经历循环:闭口系循环的热一律表达式要想得到功，必须化费热能或其它能量热一律又可表述为“第一类永动机是不可能制成的”§2-2热一律的推论内能内能的导出闭口系循环内能的导出对于循环1a2c1对于循环1b2c1状态参数pV12abc内能及闭口系热一律表达式定义dU=Q-W内能U状态

3、函数Q=dU+WQ=U+W闭口系热一律表达式！！！两种特例绝功系Q=dU绝热系W=-dU内能U的物理意义dU=Q-WWQdU代表某微元过程中系统通过边界交换的微热量与微功量两者之差值，也即系统内部能量的变化。U代表储存于系统内部的能量内储存能（内能、热力学能）内能的性质分子动能（移动、转动、振动）分子位能（相互作用）核能化学能内能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：系统总能外部储存能宏观动能Ek=mc2/2宏观位能Ep=mgz

4、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热一律的文字表达式热一律: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§2-3闭口系能量方程WQ一般式Q=dU+WQ=U+Wq=du+wq=u+w单位工质适用条件：1）任何工质2)任何过程闭口系能量方程中的功功（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+…...

5、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§2-4开口系能量方程推导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推进功的引入WnetQminmoutuinuoutgzi

6、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）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

7、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，总一起存在焓的引入定义：焓h=u+pvhh开口系能量方程焓（

8、Enthalpy)的说明定义：h=u+pv[kJ/kg]H=U+pV[kJ]1、焓是状态量2、H为广延参数H=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稳定流动能量方程WnetQminmoutuinuoutgzingzout稳定流动条件Stea