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第二章　热力学第一定律 本章的基本要求 2－1　热力学第一定律的实质 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。系统的内部储存能即为热力学能，又称为内能。 2－3　能量的传递与转化 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，而不是系统本身的能量，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。 问题:能量是否还有其它的传递方式? 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。 2－5　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。 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2－2　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） 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。 一、开口系能量方程 有dm1的微元工质流入进口截面1－1，有dm2的微元工质流出出口截面2－2 系统从外界接受热量dQ 系统对机器作内部功dWi 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。 三、稳定流动能量方程式的分析 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 物理模型 工程示例 工程示例 物理模型 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。 (5) 根据气体状态方程: 而又: 所以: (6) 所以： 又： 所以： 得到： 图中的开口系在 dt 时间内进行了一个微元过程： Wi表示工质在机器内部对机器所作的功，而轴功Ws为Wi的有用功部分，两者的差为机器各部分的摩擦损失。 进入系统的能量 进入系统的能量 离开系统的能量 系统储存能量的增加量 － ＝ 离开系统的能量 控制容积系统储存能量的增加量 此式为开口系能量方程的一般表达式 进、出系统的工质有若干股，则方程为： 开口系能量方程的其他形式： 以流率表示的开口系能量方程： 能量方程则可写成： 此方程为流过开口系1kg流体的稳定流动的能量方程。 其微分形式为： 若流过开口系m kg流体的稳定流动的能量方程及其微分形式为： 此三项为机械能，是技术上可资利用的功，称为技术功，用　　表示 对于可逆过程： 微分形式： 以技术功的形式表达稳定流能量方程 一般形式　　　　　　　　过程可逆 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 去凝汽器 调速器 来自锅炉 喷管 叶片 汽轮机 发电机 2、压气机 电动机 3、换热器 去水泵的凝结水 来自汽轮机的水蒸汽 冷却水 冷却水 工程示例 注：流入和流出的速度相等。 4、喷管 5、节流 注：流入和流出的速度相等。 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。经压缩后空气升温使比焓增为h2=580kJ/kg，在截面2处空气和燃料的