工程热力学焓解析.ppt

2-4 焓（enthalpy） 焓的定义 定义：H = U + pV h = u + pv 单位： J（kJ） J/kg（kJ/kg） 焓的物理意义： 系统因引进(或排出)工质而获得(输出)的总能量。 焓是状态参数 2-5热力学第一定律的基本能量方程式 1.普遍方程 进入系统的能量 – 离开系统的能量 = 系统储存能的变化 2. 闭口系统的能量方程式 第一定律解析式 讨论： 符号规定： 系统吸热Q为正，放热Q为负； 系统对外作功W为正，反之为负； 系统热力学能增大ΔU为正，反之为负。 如图，B室为真空，抽去隔板。求过程的ΔU 例2-1 解： 例2-2 解： 例2-3 解： 例2-4 例2-5 解： 2-6 开口系统能量方程式 1. 开口系统能量方程式 开口系能量方程的推导 开口系能量方程微分式 开口系能量方程微分式 开口系能量方程微分式 开口系能量方程微分式 2. 稳定流动能量方程 稳定流动能量方程的推导 稳定流动能量方程的推导 稳定流动能量方程 1) 稳定流动能量方程式的分析 2) 技术功wt ( technical work ) 3) 热力学第一定律第二解析式 4) 两个解析式之间的关系 2-7 能量方程式的应用 虽然能量方程形式不同，但开口系所做的功，究其根源任然是工质的膨胀功。 1.蒸汽轮机、燃气轮机(steam turbine、gas turbine) 2.压气机、水泵类(compressor、pump ) 3.换热器：锅炉、加热器等 ( heat exchanger: boiler、heater ) 4. 管内流动 5.绝热节流 热力学解题思路： 1）确定研究对象——选好热力系统； 2）计算过程初、终态； 3）两种思路：从已知条件逐步推向目标 从目标反过来缺什么补什么 4）不可逆过程的功可尝试从外部参数着手 例 2-6 例 2-7 讨论： 1）非稳态流动问题可用一般能量方程式也 可用基本原则，在某些条件下，后者更方便。 2）能量方程中若流体流入、流出系统，物质能量用h，若不流动用u。 3）t2=150.84℃t1=30℃ ？ 例 2-8充气问题（延伸） 讨论 流动时，总一起存在 焓 当有多个进出口： ?Wi ?Q ?min ?mout 稳定流动条件 2) 1) 3) 状态不随时间变化 稳定流动条件 0 比参数 适用条件：任何流动工质 任何稳定流动过程 工质对机器所作的功 机械能增量 流动功 热能转变成功的部分：工质的体积变化功(q=Δu+w) 技术上可以加以利用的功： q-Δu=w 对可逆过程： dp为负，压力降低,技术功为正，即工质对机器做功；(汽轮机) dp为正，压力升高,技术功为负，即机器对工质做功。(压气机) 把Wt的概念代入到稳定流动能量方程式，可得到第二解析式： 对可逆过程有： A. 通过膨胀，热能 功; B. 两解析式可相互导出; C. 只有在开口系中能量方程才用焓 流进系统：u1 + p1v1 = h1 内部储存能增量：0 流出系统：u2 + p2v2 = h2，wi h1 – h2 = wi = wt wC = (h2 – h1) + q = – wi = –wt 流进系统： 内部储存能增量：0 流出系统： q = h2 – h1 q = h2 – h1 qm1（h1 – h2） = qm2（h4 – h3） 如果等式左边 q 由另一种工质经该过程的换热量，即两种流体相互交换热量 流进系统：qm1h1， qm2h3 流出系统：qm1h2， qm2h4 ?(cf22 –cf12) = h1 – h2 内部储存能增量：0 流进系统： 流出系统： h1 = h2 工质流动时截面突然收缩，压力下降。 h1 h2 p1p2 扰动 0.1MPa，20℃的空气，在压气机中绝热压缩升压升温，然后导入换热器排走部分热量后，再进入喷管膨胀到0.1MPa，20℃。喷管出口截面积A=0.0324m2，气体流速cf2=300m/s。已知压气机耗功率710kW，问换热器中空气散失的热量。 解： 对CV列能量方程 流入： 流出： 内增： 0 据题义， 或稳定流动能量方程 黑箱技术 解：取A为CV—— 容器刚性绝热 忽略动能差及位能差，则 若容器A为刚性绝热 初态为真