02第二章 热一律2-1热力学第一定律的实质及表达式.ppt

二、热力学第一定律表达式 1、一般热力系能量方程 　　　- 热力学第一定律基本表达式 热力系总能量(total stored energy of system)为E（图2-1a）。它是热力学能（U）、宏观动能（EK）和重力位能（EP）的总和：　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 2、闭口系的能量方程 设一带活塞的气缸，取封闭在活塞气缸中虚线包围的气体工质为研究对象（闭口系） 适用条件：闭口系、任何工质、 　　　　　任何（无摩擦或有摩擦）过程。 3、开口系的能量方程 稳定流动是指流道中任何位置上流体的流速及其它状态参数（温度、压力、比体积、比热力学能等）都不随时间而变化的流动。 取一段时间 ，设在这段时间内恰好有1kg 流体流过通道，同时有热量q 传入又有轴功 作出。对这样一个稳定流动的开口系，式（2-4）中各项为 5、能量方程之间的内在联系、热变功的实质 若把稳定流动能量方程中流体动能的增量和重力位能的增量看作是暂存于流体（热力系）本身，并把它们和轴功合并在一起，合并以后的功也就相当于开口系能量方程中的技术功。 如果再把式（2-14）中的焓写为热力学能和推动功之和，把技术功写为进气功、 膨胀功及排气功的代数和，便可以得到式（2-6） 在稳定流动中，膨胀功除用于弥补排气推动和进气推动功的差值外，还要用于 增加流体的功能 ， 增加流体的位能 剩下的部分（即为轴功）才供输出 总功（ ）、膨胀功（ ）、技术功（ ）和轴功（ ）之间的区别和内在联系 膨胀功、技术功、轴功孰大孰小取决于 、 的大小和正负。 * * * * * 第二章 热力学第一定律  First law of thermodynamics 2-1 热力学第一定律的实质及表达式 一、热力学第一定律的实质 实质是能量守恒与转换原理在热力学中的具体体现。 在工程热力学中，热力学第一定律主要说明热能和机械能在转移和转换时，能量的总量必定守恒。 总能 热力学能，内部储存能 外部储存能 宏观动能 宏观位能 根据质量守恒定律可知：热力系质量的变化等于流进和流出 　　　　　　　　　　　质量的差： 根据热力学第一定律可知： 加入热力系的能量的总和 - 热力系输出的能量的总和=热力系总能量的增量 微分式 积分式 适用条件：任何热力系、任何工质、任何 （无摩擦或有摩擦）过程 动能和重力位能均无变化与外界无物质交换 初态热力学能 - U1 吸热 - Q 对外界作膨胀功 - W 终态热力学能 - U2 积分式 每千克工质 微分式 进气过程中（参看图2-3b） 热力学能 – U1 进出口气体的重力位能基本不变 外界对气体作了推动功 – 外界获得了进气功 – +W 进气前（参看图2-3a） 质量 m = 0 总能量 E1 = 0 吸热膨胀作功（参看图2-3c） 外界供给热量 –Q 膨胀功 –W 热力学能 –U2 开口系在一个工作周期中的能量进出情况 排气过程中（参看图2-3d） 外界消耗排气功 外界获得推动功 排气后（参看图2-3a） 质量 m = 0 总能量 E2 = 0 动力机械在一个工作周期中获得的功称为技术功，用 表示 根据式（2-4）可得 （2-8） （2-9） 代入式（2-8）可得 每千克工质 微分式 适用条件：开口系、任何工质、 任何（无摩擦或摩擦）过程。 4、稳定流动的能量方程 进口截面 出口截面 根据式（2-4）可得 式中 最后得 适用条件：稳定流动开口系、任何工质、任何过程。 对流动工质，焓可以理解为流体向下游 传送的热力学能和推动功之和。 这样，式（2-13）和式（2-11）完 全一样了，即 因为 所以 归根结底，反映热能和机械能转换的是式（2-6）。将其改写为 在任何情况下，膨胀功都只能从热力系本身的热力学能减少或从外界供给的热量转变而来。所不同的是，因热力系的不同而输出的功的形式有所不同。 在开口系中- 膨胀功中有一分要用来弥补排气推动功和进气推动功的差值 ，剩下的部分（即为技术功）可供输出 在闭口系中- 膨胀功（）全部向外界输出 （2-15） （2-16）