热力学第一定律及重要公式.pptVIP

第三章 热力学第一定律 本章重点 本章基本要求 深刻理解热量、储存能、功的概念，深刻理解内能、焓的物理意义 理解膨胀（压缩）功、轴功、技术功、流动功的联系与区别 本章重点 熟练应用热力学第一定律解决具体问题 热力学第一定律的实质 热力学第一定律是能量转换和守恒定律在热力学上的应用，确定了热能和机械能之间的相互转换的数量关系。热力学第一定律：热能和机械能在转移和转换的过程中，能量的总量必定守恒。 收入-支出=系统储能的变化 第一类永动机：不消耗任何能量而能连续不断作功的循环发动机。 §3-1系统的储存能 二、外储存能 三、系统总能 ?3．2 系统与外界传递的能量 一、热量 二、功 三、随物质传递的能量 四、焓 理想气体内能变化计算 理想气体焓的计算 1、工质的质量为m，流速为c，离基准面的高度为z，请写出该质量的能量E的表达式。当这部分质量跨越边界后，随质量交换面交换的能量是多少?请写出该质量流的能量Ef的表达式。 2、一个门窗开着的房间，若室内空气的压力不变而温度升高了，则室内空气的总热力学能发生了怎样的变化?室内空气的比热力学能随温度升高发生了怎样的变化？空气为理想气体，定容比热为常数。 §3-3闭口系能量方程 （一）、能量方程表达式 准静态和可逆闭口系能量方程 （二）、循环过程第一定律表达式 § 3-4 开口系能量方程 （一）、质量守恒原理： （二）、能量守恒原理： 进入控制体的能量= 流动功的引入 流动功的表达式 对流动功的说明 开口系能量方程微分式 开口系能量方程微分式 稳定流动能量方程 二、几种功的关系 三、准静态下的技术功 技术功在示功图上的表示 四、柏努利方程 例1．门窗紧闭的房间内有一台电冰箱正在运行,若敞开冰箱的大门就有一股凉气扑面,感到凉爽。于是有人就想通过敞开冰箱大门达到降低室内温度的目的,你认为这种想法可行吗? 解：按题意，以门窗禁闭的房间为分析对象，可看成绝热的闭口系统，与外界无热量交换，Q=0，如图3.1所示，当安置在系统内部的电冰箱运转时，将有电功输入系统，根据热力学规定：W0，由热力学第一定律可知，即系统的内能增加，也就是房间内空气的内能增加。由于空气可视为理想气体，其内能是温度的单值函数。内能增加温度也增加，可见此种想法不但不能达到降温目的，反而使室内温度有所升高。 若以电冰箱为系统进行分析，其工作原理如图3.1所示。耗功W后连同从冰室内取出的冷量一同通过散热片排放到室内，使室内温度升高。 例2．带有活塞运动汽缸，活塞面积为f，初容积为V1的气缸中充满压力为P1，温度为T1的理想气体，与活塞相连的弹簧，其弹性系数为K，初始时处于自然状态。如对气体加热，压力升高到P2。求：气体对外作功量及吸收热量。（设气体比热CV及气体常数R为已知）。 解：取气缸中气体为系统。外界包括大气、弹簧及热源。 （1）系统对外作功量W：包括对弹簧作功及克服大气压力P0作功。 设活塞移动距离为x，由力平衡求出： 初态：弹簧力F=0，P1=P0 终态： 对弹簧作功： 克服大气压力作功： 系统对外作功： (2)气体吸收热量： 能量方程： 式中：W（已求得） 而 例3．两股流体进行绝热混合，求混合流体参数。 解：取混合段为控制体。稳态稳流工况。 Q=0，Ws=0 动能、位能变化忽略不计。 能量方程： 即： 若流体为定比热理想气体时： 则： 例4．压气机以的速率吸入P1，t1状态的空气，然后将压缩为P2，t2的压缩空气排出。进、排气管的截面积分别为f1，f2，压气机由功率为P的电动机驱动。假定电动机输出的全部能量都传给空气。试求：（1）进、排气管的气体流速；（2）空气与外界的热传递率。 解：取压气机为控制体。 （1）进、排气管气体流速：由连续性方程和状态方程： 例5：如图3.4所示，已知气缸内气体p1=2×105Pa，弹簧刚度k=40kN/m，活塞直径D=0.4m，活塞重可忽略不计，而且活塞与缸壁间无摩擦。大气压力p0=1×105Pa ，p2=5×105Pa。求该过程弹簧的位移及气体作的膨胀功。 解：以弹簧为系统，其受力F=kL，弹簧的初始形变长度为 定容比热容cv 定压比热容cp 附1：热力学能变化： 附2、焓的变化： 附3、功量：膨胀功（容积功）： 附4、流动功: 附5、技术功: 附6、热量： 附7、熵的变化： 离开系统的能量： 由于是稳定流动，系统储存能的变化量为0。代入能量平衡方程式，可得开口系统稳定流动能量方程： 单位质量工质： 进入系统的能量： 适用条件： 任何流动工质 任何稳定流动过程 在上式中，后三项实际上都属于机械能，故把此三项合并在一起称技术功（Wt）。 单位质量工质： 故开口系统的稳定流动能量方程还可以写为： w wt △