2-热力学第一定律-2008-3-13(1-3次课用).ppt

2-2　热力学能和总能 能量是物质运动的度量，运动有各种不同的形态，相应的就有各种不同的能量。 系统储存的能量称为储存能，它有内部储存能与外部储存能之分。 下面的热力学系统具有哪些方面的能量? 2-5　热力学第一定律的基本能量方程式 热力学第一定律的能量方程式就是系统变化过程中的能量平衡方程式，任何系统、任何过程均可根据以下原则建立能量方程式： 一、闭口系统的能量方程 闭口系统的能量方程是热力学第一定律在控制质量系统中的具体应用，是热力学第一定律的基本能量方程式。 门窗紧闭房间用电冰箱降温 门窗紧闭房间用空调降温 二、闭口系能量方程的应用 例题2－1　一个装有2kg工质的闭口系经历了如下过程：过程中系统散热25kJ，外界对系统做功100KJ，比热力学能减小15KJ/kg，并且整个系统被举高1000m。试确定过程中系统动能的变化。 例题2－3　如图所示活塞面积A为4cm2，体积为20cm3的气缸内充满压力为0.1MPa、温度20?C的空气，弹簧刚度系数k为100N/cm，初始时弹簧未变形。缓慢地对空气加热，求当空气压力增加到表压力为0.2MPa时共需加入多少热量。 （大气压力p0=0.1MPa ，u=0.707 T KJ/Kg，且满足状态方程PV=mRgT, Rg=287J/(kg·K) ） 一、作功与传热 作功和传热是能量传递的两种方式，因此功量与热量都是系统与外界所传递的能量，其值并不由系统的状态确定，而是与传递时所经历的具体过程有关。所以，功量和热量不是系统的状态参数，而是与过程特征有关的过程量，称为迁移能。 三、推动功和流动功 工质在开口系统中流动而传递的功，叫推动功。 2-4　焓 一、焓的定义： 二、焓是状态参数 三、焓的物理意义 焓是物质进出开口系统时带入或带出的热力学能与推动功之和，是随物质一起转移的能量。 焓是一种宏观存在的状态参数，不仅在开口系统中出现，而且在分析闭口系统时，它同样存在。 2-6　开口系统能量方程式 实际热力设备中实施的能量转换往往是工质在热力装置中循环不断地流经各相互衔接的热力设备，完成不同的热力过程后才能实现能量转换。因此分析这类热力设备时，常采用开口系即控制容积的分析方法。 工质在设备内流动时，在同一截面上参数近似地看作是均匀的。并认为同一截面上各点流速一致。 二、稳定流动能量方程 所谓稳定流动，即流动过程中开口系内部及其边界上各点工质的热力参数及运动参数都不随时间而变。 开口系能量方程总结 2-7　能量方程式的应用 一、开口系稳定流能量方程在几种常见热力设备中的应用 工程示例 工程示例 喷管工程示例 二、一般开口系能量方程的应用 充气问题 　　 在充、放气过程中，容器内气体的状态随时间在不断变化，但在每一瞬间可以认为整个容器内各处的参数是一致的。另外在充气过程中，虽然流动情况随时间变化，但可认为通过容器边界进入容器的气体进口状态不随时间变化，这种充气过程称为均匀状态定态流动过程。 讨论： 1）改写（B）为（C） 热能转变? 成功部分 输出轴功 流动功 机械能增量 （C） 2）技术功(technical?work)—? 技术上可资利用的功 wt 技术功在示功图上的表示 3)第一定律第二解析式 a)通过膨胀，由热能 b)第一定律两解析式可相互导出，但只有在开系中? 能量方程才用焓。 把wt的概念代入（B）式，可得第一定律第二解析式 4）两个解析式的关系 功，w=q–Δu 总之： 以技术功的形式表达稳定流能量方程 一般形式　　　　　　　　过程可逆 稳定流动 一般形式 这里介绍能源与动力工程领域内常见的几种热力设备的简化模型,稳定工况下的能量转换关系。 1、动力机 蒸汽轮机、气轮机? (steam?turbine、gas?turbine) 去凝汽器 调速器 来自锅炉 喷管 叶片 汽轮机 发电机 流进系统： 流出系统： 内部储能增量：?0 输出的轴功是靠焓降转变的 2、压气机，水泵类(compressor、pump) 流入 流出 内增 0 输入的轴功转变为焓升 3、换热器 3、换热器 热流体放热量： 没有作功部件 热流体 冷流体 h1 h2 h1’ h2’ 冷流体吸热量： 焓变 换热设备 流入： 流出： 内增：?0 若忽略动能差、位能差 4、管内流动 流入： 流出： 内增：?0 喷管 混合室 扩压管 高压工作流体 被引射流体 喷管目的： 压力降低，速度提高 扩压管目的： 速度降低，压力升高 动能参与转换，不能忽略 动能与焓变相互转换 5、节流 没有作功部件 绝热 绝热节流过程，前后h不变，但h不是处处相等 流进流出速度相等 例题：某燃气轮机装置如图所示，已知压气机进口处空气的比焓h1为290kJ/kg。经压缩后空气升