工程热力学 教学课件 作者 杨玉顺 02 热力学第一定律.ppt

第二章热力学第一定律 2 - 1 热力学第一定律 的实质及表达式 实质是能量守恒与转换原理在热力学中的具体体现 在工程热力学中,热力学第一定律主要说明热能和机械能在转移和转换时,能量的总量必定守恒 二、热力学第一定律表达式 热力系如图中虚线 所包围的体积所示 根据质量守恒定律可知 　热力系质量的变化等于流进和流出质量的差 微分式 设一带活塞的气缸，取封闭在活塞气缸中虚线包围的气体工质为闭口系 初态热力学能 - U1 吸热 - Q 对外界膨胀功 - W 终态热力学能 - U2 动能和重力位能均无变化 与外界无物质交换 适用条件：闭口系、任何工质、任何（无摩擦或有摩擦）过程 进气过程中 吸热膨胀作功 排气过程中 　　外界消耗排气功 外界获得推动功 开口系在一个工作周期中的能量进出情况 动力机械在一个工作周期中获得的功称为技术功,用 表示 适用条件：开口系、任何工质、任何(无摩擦或摩擦)过程 稳定流动是指流道中任何位置上流体的流速及 其它状态参数 ( 温度、压力、比体积、比热力 学能等 ) 都不随时间而变化的流动 进口截面： 出口截面： 取一段时间τ，设在这段时间内恰好有1kg流体流过通道，同时有热量 q 传入又有轴功wsh作出。对这样一个稳定流动的开口系，式中各项为： 根据能量方程基本表达式可得 式中 最后得 适用条件：稳定流动开口系、任何工质、任何过程 对流动工质, 焓可以理解为流体向下游传 送的热力学能和推动功之和 5、能量方程之间的内在联系、热变功的本质 如果再把焓写为热力学能和推动功之和，把技术功写为进气功、膨胀功及排气功的代数和,便可以得到: 归根结底： 在闭口系中 － 膨胀功(w)全部向外界输出 在开口系中 － 膨胀功中有一分要用来弥补 排气推动功和进气推动功的差值( p2v2-p1v1 ) 剩下的部分（即为技术功）可供输出 在稳定流动中，膨胀功除用于弥补排气推动功和进气推动功的差值外，还要用于 总功（Ｗtot）、膨胀功（Ｗ）、 技术功（Ｗt）、轴功（Ｗsh ）之间的 区别和内在联系 2 – 2 功和热量的计算及其在压 容图和温熵图中的表示 一、热力系的选取 1. 热力系的描述 截面积为A的带活塞的气缸，里面装有1kg气体 2. 热力系的选取 取气缸内的气体连同活塞和气缸一并作为热力系。活塞与气缸之间的摩擦便是内摩擦。 假定活塞与气缸之间由于摩擦生成的热全部由气缸中的气体吸收，而活塞和气缸的热力状态无改变，那么在分析过程时，对活塞和气缸可以不予考虑。 二、功的计算 1. 有摩擦时功的计算 气体对外界作功 – 称为功损。由功损转变而产生的热称 为热产，用 表示,并有： 以上的不等式对压缩过程同样适用 在压缩过程中，如果存在摩擦功损，外 界将消耗比 计算值较多功 ， 但由于这时 和 均为负值，所以不等 于 依然成立。 2、无摩擦时功的计算 不存在摩擦（ ），则无论对膨胀过 程或是压缩过程，均可得 积分，膨胀功计算式： 技术功计算式： 三、热量的计算 根据熵的定义式 无摩擦内平衡时 无摩擦的内平衡过程 积分后得 四、功和热量的图示 五、循环功和热量的计算与图示 1、对一个无摩擦的内平衡的循环， 膨胀功与技术功相等 w0 = w0t 循环的热量可用温熵图中循环曲线包围的面积ABCDA表示 2、循环的净热量等于循环的净功 对能量方程式循环积分 q0 = w0 对有摩擦的内不平衡循环，虽然w0和 q0 不能用压容图和温熵图中包围在循环曲 线内部的面积示，但是q0 = w0的结论仍