热力学第一定律4热力学焓开口系能量方程

1、工程热力学工程热力学热力学第一定律热力学第一定律the first law of thermodynamics工程热力学工程热力学开口系能量方程 wnet q min moutuinuoutgzingzout212inc212outc能量守恒原则能量守恒原则进入系统的能量进入系统的能量 - -离开系统的能量离开系统的能量 = =系统储存能量的变化系统储存能量的变化energy balance for open system工程热力学工程热力学开口系能量方程的推导 wnet q min moutuinuoutgzingzout212inc212outc q + min(u + c2/2 + gz

2、)in- mout(u + c2/2 + gz)out - wnet = decv这个结果与实验这个结果与实验不符不符少了少了推进功推进功工程热力学工程热力学推进功的表达式推进功（流动功、推挤功）推进功（流动功、推挤功）papvdl w推推 = p a dl = pv w推推= pv注意：注意： 不是不是 pdv v 没有变化没有变化flow work工程热力学工程热力学对推进功的说明1 1、与宏观流动有关，流动停止，推进功不存在、与宏观流动有关，流动停止，推进功不存在2 2、作用过程中，工质仅发生位置变化，无状态变化、作用过程中，工质仅发生位置变化，无状态变化3 3、w推推pv与所处状态有关

3、，是状态量与所处状态有关，是状态量4 4、并非工质本身的能量（动能、位能）变化引起，、并非工质本身的能量（动能、位能）变化引起，而由外界（泵与风机）做出，流动工质所携带的能量而由外界（泵与风机）做出，流动工质所携带的能量可理解为：可理解为：由于工质的进出，外界与系统之由于工质的进出，外界与系统之间所传递的一种机械功，表现为流动工质进间所传递的一种机械功，表现为流动工质进出系统使所携带和所传递的一种能量出系统使所携带和所传递的一种能量工程热力学工程热力学开口系能量方程的推导 wnet qpvin moutuinuoutgzingzout212inc212outc q + min(u + c2/2

4、 + gz)in- mout(u + c2/2 + gz)out - wnet = decv minpvout工程热力学工程热力学开口系能量方程微分式 q + min(u + pv+c2/2 + gz)in - wnet - mout(u + pv+c2/2 + gz)out = decv工程上常用工程上常用流率流率0limqq0limmm0limww2cvout2innetind/ 2/ 2outqeupvcgzmupvcgzmw工程热力学工程热力学开口系能量方程微分式当有多条进出口：当有多条进出口：netcv2outout2inind/ 2/ 2qewupvcgzmupvcgzm流动时，总

5、一起存在流动时，总一起存在工程热力学工程热力学焓enthalpy的引入定义：焓定义：焓 h = u + pvnetcv2outout2inind/ 2/ 2qewupvcgzmupvcgzmhh开口系能量方程开口系能量方程工程热力学工程热力学焓焓enthalpy的的 说明说明 定义：定义：h = u + pv kj/kg h = u + pv kj 1、焓是状态量、焓是状态量 state property2、h为广延参数为广延参数 h=u+pv= m(u+pv)= mh h为比参数为比参数3、对流动工质，焓代表能量、对流动工质，焓代表能量(热力学能热力学能+推进功推进功) 对静止工质，焓不代表

6、能量对静止工质，焓不代表能量4 4、物理意义：开口系中随工质流动而携带的、取决、物理意义：开口系中随工质流动而携带的、取决 于热力状态的能量。于热力状态的能量。工程热力学工程热力学稳定流动能量方程 wnet q min moutuinuoutgzingzout212inc212outc稳定流动条件稳定流动条件1、outinmmm2、qconst3、netswconstw轴功轴功shaft work每截面状态不变每截面状态不变4、,/0c vdeenergy balance for steady-flow systems工程热力学工程热力学稳定流动能量方程的推导outinmmmqconstnet

7、swconstw,/0c vdenetcv2outout2inind/ 2/ 2qewhcgzmhcgzm稳定流动条件稳定流动条件0mmsw工程热力学工程热力学稳定流动能量方程的推导22soutin22ccqmhgzhgzwqm qsswm w1kg工质工质22soutin22ccqhgzhgzw2s12qhcgzw 工程热力学工程热力学稳定流动能量方程2s12qhcgzw 适用条件：适用条件：任何流动工质任何流动工质任何稳定流动过程任何稳定流动过程energy balance for steady-flow systems工程热力学工程热力学技术技术功功 technical work动能动能

8、工程技术上可以直接利用工程技术上可以直接利用轴功轴功机械能机械能212sqmhmcm gzw212sqhcgzw 位能位能twtwtqhw tqhw 工程热力学工程热力学单位质量工质的开口与闭口wsq稳流开口系稳流开口系tqhw quw 闭口系闭口系(1kg)容积变化功容积变化功等价等价技术功技术功工程热力学工程热力学稳流开口与闭口的能量方程tqhw 容积变化功容积变化功w技术功技术功wtquw 闭口闭口稳流开口稳流开口等价等价轴功轴功ws推进功推进功 (pv)几种功的关系？几种功的关系？工程热力学工程热力学几种功的关系2t12swcgzwt()tqhwupvw quw ()twpvwwwt(

9、pv) c2/2wsgz做功的根源做功的根源ws工程热力学工程热力学对功的小结2、开口系，、开口系，系统系统与与外界交换的功为外界交换的功为轴功轴功ws3、一般情况下忽略动、位能的变化一般情况下忽略动、位能的变化1、闭口系，系统、闭口系，系统与与外界交换的功为容积变化功外界交换的功为容积变化功wws wt工程热力学工程热力学准静态下的技术功()tpdvd pvw()twpvw()twd pvw准静态准静态()()twpdv d pvpdvpdv vdpvdptwvdp准静态准静态qdupdvqdh vdp热一律解析式之一热一律解析式之一热一律解析式之二热一律解析式之二twvdp工程热力学工程热

10、力学技术功在示功图上的表示1 12 2ddv pp vpvp vt1 12 2wwpvp vt()wwpv12 1ba12341 140 1a230 2b工程热力学工程热力学稳定流动能量方程应用举例s22/wzgchq热力学问题经常可忽略动、位能变化热力学问题经常可忽略动、位能变化例：例：c1 = 1 m/s c2 = 30 m/s (c22 - c12) / 2 = 0.449 kj/ kgz1 = 0 m z2 = 30 mg ( z2 - z1) = 0.3 kj/kg1bar下下, 0 oc水的水的 h1 = 84 kj/kg100 oc水蒸气水蒸气的的 h2 = 2676 kj/kg

11、sqhw 工程热力学工程热力学例1：透平(turbine)机械火力发电火力发电核电核电飞机发动机飞机发动机轮船发动机轮船发动机移动电站移动电站 燃气机燃气机蒸汽轮机蒸汽轮机steam turbine工程热力学工程热力学透平(turbine)机械sqhw 1) 体积不大体积不大2）流量大）流量大3）保温层）保温层q 0ws = -h = h1 - h20输出的轴功是靠焓降转变的输出的轴功是靠焓降转变的工程热力学工程热力学例2：压缩机械 compressor火力发电火力发电核电核电飞机发动机飞机发动机轮船发动机轮船发动机移动电站移动电站 压气机压气机水泵水泵制冷制冷空调空调压缩机压缩机工程热力学工

12、程热力学火力发电装置steam power锅锅炉炉汽轮机汽轮机发电机发电机给水泵给水泵凝凝汽汽器器过热器过热器工程热力学工程热力学压缩机械sqhw 1) 体积不大体积不大2）流量大）流量大3）保温层）保温层q 0ws = -h = h1 - h20输入的轴功转变为焓升输入的轴功转变为焓升工程热力学工程热力学例3：换热设备heat exchangers火力发电：火力发电：锅炉、凝汽器锅炉、凝汽器核电：核电：热交换器、凝汽器热交换器、凝汽器制冷制冷空调空调蒸发器、冷凝器蒸发器、冷凝器工程热力学工程热力学换热设备热流体放热量：热流体放热量：没有作功部件没有作功部件sqhw 热流体热流体冷流体冷流体h1h2s0w 21qhhh h1h2210qhhh 冷流体吸热量：冷流体吸热量：210qhhh 焓变焓变工程热力学工程热力学例4：绝热节流throttling valves管道阀门管道阀门制冷制冷空调空调膨胀阀、毛细管膨胀阀、毛细管工程热力学工程热力学绝热节流绝热节流过程，前后绝热节流过程，前