工程热力学02-热力学第一定律.ppt

一、热力系的选取 1. 热力系的描述 截面积为A的带活塞的气缸，里面装有1kg气体 气体处于内平衡状态 气体对活塞的作用力由外力F和活塞与气缸壁之间的摩擦力 Ff 加以平衡 2. 热力系的选取 取气缸内的气体连同活塞和气缸一并作为热力系。活塞与气缸之间的摩擦便是内摩擦。 假定活塞与气缸之间由于摩擦生成的热全部由气缸中的气体吸收，而活塞和气缸的热力状态无改变，那么在分析过程时，对活塞和气缸可以不予考虑。 二、功的计算 1. 有摩擦时功的计算 当外界向气体加入热量 - 平衡状态活塞移动距离 - 气体对外界作功 – 称为功损。由功损转变而产生的热称 为热产，用 表示,并有： 以上的不等式对压缩过程同样适用 在压缩过程中，如果存在摩擦功损，外 界将消耗比 计算值较多功 ， 但由于这时 和 均为负值，所以不等 于 依然成立。 第二章热力学第一定律 2 - 1 热力学第一定律 的实质及表达式 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 一、热力学第一定律的实质 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 热力系总能量为E 。它是热力学能（U）、宏观动能 （Ek） 和重力位能 （Ep） 的总和： 热力系如图中虚线 所包围的体积所示 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 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闭口系 2、闭口系的能量方程 初态热力学能 - U1 吸热 - Q 对外界膨胀功 - W 终态热力学能 - U2 动能和重力位能均无变化 与外界无物质交换 适用条件：闭口系、任何工质、任何（无摩擦或有摩擦）过程 积分式 每千克工质 微分式 3、开口系的能量方程 进气前 质 量 m = 0 总能量 E1 = 0 进气过程中 　　热力学能 – U1 进出口气体的重力位能基本不变 外界对的气体作了推动力 – 外界获得了进气功 – 吸热膨胀作功 外界供给热量 – Q 膨 胀 功 – 热 力 学 能 – U2 排气过程中 　　外界消耗排气功 外界获得推动功 排气后 质 量 m = 0 总 能 量 E2 = 0 开口系在一个工作周期中的能量进出情况 动力机械在一个工作周期中获得的功称为技术功,用 表示 根据能量方程基本表达式可得 适用条件：开口系、任何工质、任何(无摩擦或摩擦)过程 代入 式中可得 每千克工质 微分式 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 4、稳定流动的能量方程 进口截面： 出口截面： 设有流体流过一复杂通道，虚线(界面)所包围的开口系研究对象,假定进、出口截面上流体的各个参数均匀一致,依次为： 取一段时间τ，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wsh作出。对这样一个稳定流动的开口系，式中各项为： 根据能量方程基本表达式可得 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 推动功演示 5、能量方程之间的内在联系、热变功的本质 如果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