第四次课-热力学第一定律.ppt

* * * * * * 解：　（１）选汽轮机为热力系——开口系，汽轮机是对外输出功的动力机械，它对外输出的功是轴功。由稳定流动能量方程 第（２）～第（4）问，实际上是计算不计动、位能差以及散热损失时，所得轴功的相对偏差 （5） （4） （3） （2） 例6 空气在某压气机中被压缩。压缩前空气的参数是 ， ，压缩以后空气的参数是 ， 。假定在压缩过程中，１kg空气的热力学能增加150kJ，同时向外放出热量50 kJ 。求： （1）压缩过程中对每公斤气体所做的功； （2）每生产１kg的压缩气体所需的功； （3） 若该压气机每分钟生产压缩空气15kg，带动此压气机至少要多大功率的电动机？ , 分析：压气机的工作过程：吸气、压缩、排气三个过程 已知： 小结例题 求：（1）？ （2）？ （3）？ （1）压缩过程所做的功 由上述分析可知，在压缩过程中，进、排气阀关闭，因此取气缸中的气体为热力系。 闭口系 （2）生产压缩空气所需的功 开口系 小结例题 （3）电动机的功率 讨论： 区分开所求功的类型（膨胀功、技术功还是轴功）是本章的一个难点。 闭口系统的功，一般是指膨胀功； 开口系统中，如果是动力机械输出的功或消耗的功，通常是指轴功；如果是某一过程中，系统所做的功或消耗的功，通常是指技术功。 小结例题 例7 一燃气轮机装置，空气由１进入压气机升压后至２，然后进入回热器，吸收从燃气轮机排出的废气中的一部分热量后，经３进入燃烧室。在燃烧室中与油泵送来的油混合并燃烧，生产的热量使燃气温度升高，经４进入燃气轮机（透平）做功。排出的废气由５进入回热器，最后由６排至大气中，其中，压气机、油泵、发电机均由燃气轮机带动。 （1）试建立整个系统的能量平衡式； （2）若空气的质量流量 ，进口焓 ，燃油流量 ，燃油进口焓 ，油发热量 ，排出废气焓 ， 求：发电机发出的功率。 小结例题 压气机 燃气轮机 燃烧室 空气 废气 回热器 1 2 3 4 5 6 H1 H7，Q H6 W 进入： 空气： H1=qm1h1； 燃料：H7+Q=qm7（h7+q） 离开： 空气+燃料： H6=(qm1+qm7)h6； 输出功率：P （1）试建立整个系统的能量平衡式； 解： （１）将整个燃气轮机组取为一个开口系，工质经稳定流动过程，当忽略动、位能的变化时，整个系统能量平衡式为 （２）由上述能量平衡式可得 小结例题 解：取A为C.V. 忽略动能差及位能差，则 非稳定开口系 0 0 例8 充气问题 若容器A为刚性绝热，初态为真空，打开阀门充气，使压力p2=4MPa时截止。若空气u=0.72T，求容器A内达平衡后温度T2及充入气体量m。 0 小结例题 流入：hinδmin 流出： 0 内增：uδm 或 小结例题 讨论： 是否是因为忽略了cf,in？ 否，即使cf,in达当地音速（T=303K时，cf=349m/s）， 也仅能使空气升温85°C， （1）非稳态流动问题可用一般能量方程式也可用基本 原则。在一些条件下，后者常更方便。 （2）能量方程中若流体流出、入系统，物质能量用h， 若不流动用u。 （3） t2=150.84 ℃ 30℃？ 说明是推动功转换成热力学能—即使向真空系统输送，也需要推动功！ 小结例题 解：取气罐为系统。考虑一股流体流入，无流出 例8 充气问题(延伸） 已知储气罐中原有m1kg，u1kJ/kg的空气，压力p1，温度T1。充入与原有空气等温的空气，充气后，储气罐内气体质量为m2，u2 kJ/kg，忽略动能差与位能差，且容器为刚性绝热。导出u2与h的关系式 。 小结例题 0 小结例题 0 0 0 容器静止 思考题 1、热力学第一定律的实质是什么？ 2、工程热力学中，热力学能包含哪几项能量形式？ 3、写出稳定流动系统的能量方程式，当用于锅炉、汽轮机及节流过程时方程的简化形式。在以上三种过程中膨胀功的表现形式。 4、说明焓的定义式及物理意义。 5、写出技