工程热力学第2章热力学第一定律.ppt

第二章 热力学第一定律 本章重点 本章基本要求 深刻理解热量、储存能、功的概念，深刻理解内能、焓的物理意义 理解膨胀（压缩）功 本章重点 熟练应用热力学第一定律解决具体问题 ?2．1热力学第一定律的实质 实质 热力学第一定律是能量守恒与转换定律在热力学中的应用，它确定热力过程中各种能量在量上的相互关系。 在任何发生能量传递和转换的热力过程中，传递和转换前后能量的总量维持恒定。这种说法称为热力学第一定律。热力学第一定律还可表述为：永动机是不可能制造成功的。 在任何热力系进行的任意过程中，热力学第一定律是对参与过程的各种能量进行量的分析的基本依据。 功 功 热力系与环境之间在不平衡势的作用下会发生能量交换，实施热力过程。热力系与外界传递能量的方式有两种—作功和传热。 在力学中功被定义为物体所受的力及其沿力的方向所产生的位移的乘积。 在热力学中，“功是物系间相互作用而传递的能量。当系统完成功时，其对外界的作用可用在外界举起重物的单一效果来代替。 热力学中规定：系统对外界作功时功的符号为正，而外界对系统作功时功的符号为负。在法定计量中功的单位为焦耳，单位符号为J。 功 热量 当热力系与外界之间温度不等而发生热接触时，彼此将进行能量的交换。热力系与外界之间依靠温差传递的能量称为热。 热和功是物系在与外界相互作用的过程中传递的能量，传热和作功是热力系与外界传递能量的两种方式。它们是过程量而不是状态量，因此说“物体具有多热量”及“物体具有多少功量”都是错误的。 在热力学中规定：热力系吸热时热量取正，放热时取负号。在法定计量单位中，热量的单位为焦耳，单位符号J。单位质量的物体与外界交换的热量称为比热量。 热量与功的异同： 1.热量与功均是通过边界传递的能量； 2.热量与功均是过程量； 3.功传递由压力差推动； 热量传递由温差推动； 4.功是物系间通过宏观运动发生相互作用传递的能量； 热是物系间通过紊乱的微粒运动发生相互作用而传递的能量。 由功转变到热是无条件； 而热转变到功是有条件和限度的。 2.4 循环过程的热力学第一定律 状态参数的力学性能 2.5系统的储存能 二.外储存能 系统总能 2.6 随物质传递的能量 焓 理想气体内能变化计算 2.7热力学第一定律：闭口系能量方程 闭口系能量方程的通式 准静态和可逆闭口系能量方程 热力学第一定律： 开口系能量方程 推进功的引入 推进功的表达式 对推进功的说明 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 开口系统稳定流动能量方程 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 几种功的关系 准静态下的技术功 技术功在示功图上的表示 机械能守恒 2.8 能量方程式的应用 热力发动机 喷 管 喷管实际流动过程的特征： *气流对外散热损失甚微，Q=0； *气流流经喷管无净功输入或输出，W =0； *进出口气体重力位能之差甚微，Δz=0。 喷管中气流宏观动能的增加是由气流进出口焓差转换而来。 气轮机叶轮 气流经气轮机叶轮的流动特征： *气流对外散热损失甚微，Q=0； *进出口气体重力位能之差甚微，Δz=0； *在一般冲击式气轮机中，气流流经动叶栅时热力状态不变化，Δh=0。 在气轮机叶轮中是将气流的宏观动能差转化为对外的机械功的单纯的机械能变换过程。 热交换器 流体流经热交换器流动特征： *无净功输入或输出； *忽略进出口流体的动能差和位能差。 气流在热交换器中得到的热量等于其焓的增加量。 压气机 气流流经压气机的流动特征： *对外略有散热， *进出口气流的动能差可以忽略 *进出口气流的位能差可以忽略 节流过程 节流过程可简化为： *绝热，无净功输入或输出，忽略1、2截面流体的动能差和位能差。 在绝热节流过程中，节流前后工质的焓值不变。 ?Q + ?min(u + pv+c2/2 + gz)in - ?Wnet - ?mout(u + pv+c2/2 + gz)out = dEcv 工程上常用流率 当有多条进出口： 流动时，总一起存在 ?Wnet ?Q ?min ?mout uin uout gzin gzout 稳定流动条件 Steady State Steady Flow(SSSF) 1、 2、 3、 轴功Shaft work 每截面状态不变 4、 稳定流动条件 0 1kg工质 适用条件： 任何流动工质 任何稳定流动过程 w wt △(pv) △ c2/2 ws g△z 做功的根源 ws 准静态 准静态 热一律解析式之一 热一律解析式之二 对于流体流过管道， 压力能 动能 位能 机械能守恒 柏努利方程 气流流经气轮机的流动特征： *若稳定工况，流动为稳定流动。 *气流经进出口速度相