热力循环的热力学第一定律.PPT

第二章 热力学第一定律 2.1 热力学第一定律(The first Law of Thermodynamics) 2.1.1 定律的实质：是能量守恒及转换定律在热力学上的应用，确定热力过程中各种能量在量上的关系。 2.1.2 定律的内容：热能作为一种能量形式，可以和其它能量形式之间进行转换或发生能量传递，在这个传递或转换过程中能量的总量守恒。 第一类永动机是不可能制成的。 2.1.3 热力循环的热力学第一定律： 热力循环：封闭的热力过程。是指系统从某一状态出发经历一系列状态变化后，又回到原来状态的过程。 2.2 闭口系统能量方程式 The energy equation for Control Mass 2.2.1系统的总储存能 1．符号: E：kJ，J； e ：kJ/kg，J/kg 2．组成： ①外部储存能：宏观动能 ；宏观位能 力学状态参数 ②内部储存能：与系统内部分子微观热运动、分子空间位形有关的能量，称为内能（也称为热力学能） 热力学状态参数 2.2.2 内能（热力学能） 1．符号：U：kJ J ； u：kJ/kg J/kg 2．组成： 微观动能：包括转动、移动、振动的 动能 与温度有关； 微观位能：由于分子间相互作用力产生的 与比容有关； 核能、化学能：工程热力学一般不考虑。 3．性质——状态参数 内能是温度和比容的函数， ，对于理想气体，分子间无作用力，微观位能可忽略，内能与比容无关，则内能是温度的单值函数 2.2.3 总储存能的计算 2.2.4 闭口系统能量方程式 能量平衡方程式：输入系统的能量—由系统输出的能量=系统贮存能量的变化 如图取活塞与气缸 封闭的气体作为闭 口系统进行研究。 ,系统贮存能量变化为内能变化ΔU，输入系统能量为Q，输出能量为膨胀功W： 对热力过程： 对微元过程： 适用范围： ，初、终态平衡状态，闭口系统，任意工质，任意过程。 对可逆过程： 对热力循环： 2.3 开口系统能量方程式 The energy equation for Control Volumes 开口系统遵循的定律：能量守恒，质量守恒。 质量守恒定律：开口系统内增加的质量等于流入和流出系统的质量之差： （连续性方程） 能量守恒定律：输入系统的能量—由系统输出的能量=系统贮存能量的变化 ① 轴功δWs：开口系统和外界通过进出口截面以外的边界(一般为机器轴)所传递的功。 ②推动能：微元工质流经进口截面1-1处，外界推动工质进入系统需要消耗能量，其大小为： 同理在出口截面2-2 ，系统将消耗能 量把工质推出系统，其大小为： ③重力位能 mgz；动能 ④吸收热量δQ ⑤工质流出流入的质量交换带出带入的内能dU ⑥系统贮存能量的变化dE 能量平衡方程式：输入系统的能量—由系统输出的能量=系统贮存能量的变化 2.4 稳定状态稳定流动能量方程式 The energy equation for steady and uniform flow 2.4.1 稳态稳流能量方程式 稳态稳流过程：开口系统各处及进出口截面处工质的热力学状态和流速、流量均不随时间变化的流动。也称稳定流动过程。 根据稳态稳流过程的定义，将其用于连续性方程有： 将以上结论代回开口系统能量方程（2-6a）： ①定义 H=U+PV或 h=u+pv 单位 J,kJ 或J/kg kJ/kg ②物理意义： 1)对于流动工质，焓代表流动工质所携带的与热力学状态有关的能量; 2)对非流动工质，只代表状态参数 。 可逆膨胀功： 对可逆过程轴功：（由稳态稳流能量方程） 技术功： 两式比较： 当进、出口动、位能相差不大，可忽略时 ：