工程热力学第三章浅析.ppt

第 三 章 热力学第一定律 *能量守恒与转换定律：自然界的一切物质都具有能量，能量既不能被创造，也不能被消灭，只能从一种形式转换成另一种形式，或从一个系统转移到另一个系统，而其总能量保持不变。 *热力学第一定律：能量 守恒与转换定律在热力学中的应用，构成了热力学第一定律。可表述为：热能和机械能在转移或转换时，能量的 总量必守恒。 第一类永动机（不消耗任何能量而能连续不断做功的循环发动机）是不可能实现的 本章重点 根据需要解决的问题，适当的选取热力系统（同一现象选取不同的热力系统，系统与外界的能量关系不同，由此建立的能量方程也不同） 分析系统内部与外界传递的能量 根据能量守恒定律建立能量方程 借助工质的热力性质、公式及图表，求解能量方程。 第一节：热力学能和总能 能量是物质运动的度量，物质处于不同的运动状态，就有不同的能量形式 系统储存能 ⑴热力学能 取决于系统本身的状态，它与系统内工质的分子结构及微观运动形式有关，统称为热力学能 ⑵外储存能 取决于系统工质与外力场的相互作用及外界参考坐标的宏观运动所具有 的能量，这两种能量统称为外储存能。 2 重力位能：Ep ，单位为 J 或 kJ 在重力场中质量为m的物体相对于系统外的参考坐标系高度为Z时，具有的重力位能 cf和z是力学参数，处于同一热力状态的物体，选用不同的坐标系可以有不同的值， cf和z是独立于热力系统内部的参数。将宏观动能和重力位能称为外储存能 三，系统的总能 第二节 系统与外界传递的能量 系统与外界传递能量是指系统与外界热力源（热源、功源、质源）或其他有关物质之间的能量传递。 能量一个从物体传递到另外一个物体有两种方式： 1.传热能量 2.做功 一、热量 在第一章中，我们所讨论的热力学定义没有强调温差的作用，而在实际传递过程中是有温差作用的。因此，热量学的热量定义是： 在温差作用下系统与外界传递的能量称为热量。 当系统与外界之间达到热平衡时，系统与外界热量传递停止；热量一旦通过界面传入（或传出）系统，就变成系统（或外界）储存能的一部分，即热力学能。有时习惯上称为热能。 热量与热力学能是不通的，热量是与过程特性有关的过程量，而热力学能是取决于热力状态的状态量  系统与外界传递能量是指系统与外界热力源（热源、功源、质源）或其他有关物质之间的能量传递。 能量一个从物体传递到另外一个物体有两种方式： 1.传热能量 2.做功 二、功量 在热力学中，功是系统除温差以外的其他不平衡势差引起的系统与外界之间的能量。功有许多种形式，如电功风、磁功、机械拉伸功和膨胀功、轴功等。工程热力学中主要研究的是膨胀功和轴功。 膨胀功（也称容积功）：在压力作用下，由于系统工质容积发生变化而传递的机械功。它是热转化为功的必要途径。无论是开口系统还是闭口系统，热转换为功工质容积都会膨胀，也就是都有膨胀功。 闭口系统膨胀功通过系统界面传递，开口系统膨胀功则是技术功的一部分，可通过其他形式（如轴）传递。  系统膨胀过程容积变化 △v0，w0 ，则 膨胀 ：压缩过程容积变化 △v0，w0 ，则 压缩 ，对定容过程 △v=0，则w=0 但工质膨胀过程也可以没有功的输出，容积变化是作膨胀功的必要条件而不是充分必要条件。作膨胀功除有工质容积变化外，还应当有功的传递与接受。 膨胀功是与过程特性有关的过程量，过程结束，系统与外界之间功的传递就停止。 轴功：系统通过机械轴与外界传递的机械功称为轴功。 轴功可来源于能量的转换，如汽轮机中热能转化为机械能，或是机械能的直接传递，如风车、水轮机等。 轴功的符号为 Ws（单位质量工质的轴力）。 通常规定系统输出轴功为正功，输入轴功为负功。 三 随物质流传递的能量开口系统与外界物质流传递的能量包括两部分1、流动工质本身具有的热力学能、宏观动能和重力位能 2、流动功（推动功） 流动功是为推动流体通过控制体界面而传递的机械功，它是维持流体正常流动所必须传递的能量 移动1kg工质进、出控制体净流动功为 流动工质传递的总能量应包括物质流本身储存能及流动功： 对流动功的说明 1、与宏观流动有关，流动停止，流动功不存在 2、作用过程中，工质仅发生位置 3、wf＝pv不是状态量 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 由此可知：流动功是一种特殊的功，其数