工程传热学-第二章 热力学第一定律剖析ppt课件.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(ThefirstLawofThermodynamics)2.1.1定律的实质：是能量守恒及转换定律在热力学上的应用，确定热力过程中各种能量在量上的关系。2.1.2定律的内容：热能作为一种能量形式，可以和其它能量形式之间进行转换或发生能量传递，在这个传递或转换过程中能量的总量守恒。第一类永动机是不可能制成的。2.1.3热力循环的热力学第一定律：热力循环：封闭的热力过程。是指系统从某一状态出发经历一系列状态变化后，又回到原来状态的过程。2.2闭口系统能量方程

2、式TheenergyequationforControlMass2.2.1系统的总储存能1．符号:E：kJ，J；e：kJ/kg，J/kg2．组成：①外部储存能：宏观动能；宏观位能力学状态参数②内部储存能：与系统内部分子微观热运动、分子空间位形有关的能量，称为内能（也称为热力学能）热力学状态参数2.2.2内能（热力学能）1．符号：U：kJJ；u：kJ/kgJ/kg2．组成：微观动能：包括转动、移动、振动的动能与温度有关；微观位能：由于分子间相互作用力产生的与比容有关；核能、化学能：工程热力学一般不

3、考虑。3．性质——状态参数内能是温度和比容的函数，，对于理想气体，分子间无作用力，微观位能可忽略，内能与比容无关，则内能是温度的单值函数2.2.3总储存能的计算2.2.4闭口系统能量方程式能量平衡方程式：输入系统的能量—由系统输出的能量=系统贮存能量的变化如图取活塞与气缸封闭的气体作为闭口系统进行研究。,系统贮存能量变化为内能变化ΔU，输入系统能量为Q，输出能量为膨胀功W：对热力过程：对微元过程：适用范围：，初、终态平衡状态，闭口系统，任意工质，任意过程。对可逆过程：对热力循环：2.3开口系统能

4、量方程式TheenergyequationforControlVolumes开口系统遵循的定律：能量守恒，质量守恒。质量守恒定律：开口系统内增加的质量等于流入和流出系统的质量之差：（连续性方程）能量守恒定律：输入系统的能量—由系统输出的能量=系统贮存能量的变化①轴功δWs：开口系统和外界通过进出口截面以外的边界(一般为机器轴)所传递的功。②推动能：微元工质流经进口截面1-1处，外界推动工质进入系统需要消耗能量，其大小为：同理在出口截面2-2，系统将消耗能量把工质推出系统，其大小为：③重力位能mg

5、z；动能④吸收热量δQ⑤工质流出流入的质量交换带出带入的内能dU⑥系统贮存能量的变化dE能量平衡方程式：输入系统的能量—由系统输出的能量=系统贮存能量的变化2.4稳定状态稳定流动能量方程式Theenergyequationforsteadyanduniformflow2.4.1稳态稳流能量方程式稳态稳流过程：开口系统各处及进出口截面处工质的热力学状态和流速、流量均不随时间变化的流动。也称稳定流动过程。根据稳态稳流过程的定义，将其用于连续性方程有：将以上结论代回开口系统能量方程（2-6a）：①定义

6、H=U+PV或h=u+pv单位J,kJ或J/kgkJ/kg②物理意义：1)对于流动工质，焓代表流动工质所携带的与热力学状态有关的能量;2)对非流动工质，只代表状态参数。2.4.2焓enthalpy可逆膨胀功：对可逆过程轴功：（由稳态稳流能量方程）技术功：两式比较：2.5轴功ShaftWork当进、出口动、位能相差不大，可忽略时：方程简化为：对微元过程：能量方程汇总热力循环：闭口系统：开口系统：稳态稳流：2.6稳定流动能量方程的应用(1)．换热器（加热器或冷却器）heatexchanger系统接受

7、的热量等于工质的焓的增量，反之放热量等于系统的焓降(2)．涡轮机或压气机Turbines,compressorsandpumps在涡轮机中依靠工质的焓降而输出轴功，反之压气机中消耗轴功使工质的焓增加(3)喷管和扩压管NozzlesandDiffusers喷管中依靠工质的焓降而使工质的流动动能增大(4)节流ThrottlingDevices(adiabaticprocess)绝热节流前后流体的焓值不变，但此过程并非等焓过程。例1某燃气轮机装置示意图如图所示。若在稳定工况下工作，压气机进、出口气体的

8、焓分别为h1=290kJ/kg，h2=580kJ/kg；燃烧室出口气体h3=1300kJ/kg：燃气轮机出口废气焓h4=750kJ/kg。假定空气流量m=5kg/s，并忽忽略气体流经压气机和燃气轮机的散热损失。求燃气轮机装置的功率N。解（1）：将整个燃气轮机装置取作系统进行计算根据稳定流动能量方程式，若动能、位能的变化忽略，则可写成（2）对所取的压气机热力系统有若进出口动、位能的变化忽略，则轴功为同样，对所取的燃气轮机热力系统有忽略动能、位能的变化，其q=0，则燃气轮机轴功为燃气轮机装置的功为两