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Chapter 4 热力学第一定律及其应用 The First Thermodynamic Law and Its Application 系统的分类： 封闭系统(closed system) ：与环境没有物质交换。 系统 敞开系统(open system) ：与环境有质量交换。 简单系统（simple system) ：系统内部没有任何绝热 (adiabatic)、刚性(rigid)、不渗透(impermeable)的界 面(boundary)，而且不受外部和内部力场的作用。 体系 复杂系统(composite system) ：系统由两个或两个以 上的简单系统构成，如半渗透膜海水淡化系统；或 者系统处于外部或内部力场中，如磁场、电场等。 简单系统是最常见的一种系统。对于简单系统，系统的 能量等于其内能，即E = nU 。 4.1 封闭系统热力学第一定律 热力学第一定律是对自然界普遍存在的能量守衡(energy conversation)规律的总结，可以用下面的数学公式表示： △(Energy of the system) +△(Energy of surroundings) = 0 “物理化学”课程中详细介绍了封闭系统的热力学第一 定律，其表达式为 (nU ) Q  W P.S. 教材中对功的正负号规定与“物理化学”教材的规定不 一致，建议以“物理化学”教材中的规定为准。 4.2 敞开系统热力学第一定律 实际化工过程或物理过程中遇到的系统不一定都是封闭 系统，通常是敞开系统。敞开系统的热力学第一定律如何表 达？ 建立敞开系统热力学第一定律表达式的唯一依据仍然是 能量守恒定律，即 系统能量变化 = 系统与环境交换的净能量 下面以敞开系统能量平衡示意图为例，建立敞开系统热 力学第一定律表达式。 特殊符号说明： m i ：第i 股流体进入系统时的质量流量，kg / s； u ：第i 股流体进入系统时的流速，m / s； i h ：第i 股流体进入系统时的比焓，J / kg ； i U’：第i 股流体进入系统时的比内能，J / kg ； i Q’：系统与环境之间传热速率，J / s ； W’：系统与环境之间作功速率，J / s ； z ：系统进口的高度，m 。 i W W dt j(out) m Q j Q uj dt p j T j m i i (in) hj ui dE  