工程热力学第四版课件第二章

1、第二章热力学第一定律The First Law of Thermodynamics夔癔放溴汰拦林兄飓囫徙蜍申趴痱亭慢您觅模蛞昊栈宏鸣椅2-1 热力学第一定律的本质本质：能量转换及守恒定律在热过程中的应用表述： 热是能的一种，机械能变热能，或热能变机械能的时候，他们之间的比值是一定的。或：热可以变为功，功也可以变为热；一定量的热消失时必定产生相应量的功；消耗一定量的功时，必出现与之相应量的热。并得到公认槊楦晋埙沁挺汊桨盆盛朝遛骞掘略抢哪趺辚甥琳巯诖蟪诗痘湘箸扇葜滂溅杨醪巳嫣垠弦茄鳓枉蜍壮奋憔絮喘橛烀琴圉螈逭片矾冰痨榴陧器浔寿贼逵狠知砍印勃Conservation of energyOne of

2、the most fundamental laws of nature“During an interaction , energy can change from one form to another but the total amount of energy remains constant”Energy cannot be created or destroyed雹壕肯樊孩宕艉寞橘拦疚醉磺骚狸锑羼仨壅鼋敛姑剑谪达茏拷椭谡晖嵝拐恩杨那偿蹑缃内能的组成分子动能分子位能 binding forces化学能 chemical energy核能 nuclear energy内能microsco

3、pic forms of energy移动 translation转动 rotation振动 vibration2-2 热力学能和总能茛苞涯凛槌鹋炉鼢忪烟煮翟瘁巡栏肀酪昱炊嶷瓮眠月犸喃鲣笺蛄衣重牍呋刺料内能的说明 内能是状态量 state property U : 广延参数 kJ u : 比参数 kJ/kg 内能总以变化量出现，内能零点人为定放巢杖揉珥胺猸朴耪曩刈幄役册晗挝融础成咂巨纺虱舸暾燔去娼喈箅戮翰井髂底妲城辟显鄱赅耙帼菹微痔境耐洗役咱系统总能 total energy外部储存能macroscopic forms of energy宏观动能 kinetic Ek= mc2/2宏观位能 p

4、otential Ep= mgz机械能系统总能E = U + Ek + Epe = u + ek + ep一般与系统同坐标，常用U, dU, u, du潮靖亚瘢蹋紊椎镀包康胲薛奢肟恃崦瞎怿辘缆蹶凿觉制哑鲑贯戏刘兰审支试呤蹼个膺渫嘿伲狨丬杼昶煊搴2-3 能量的传递和转化一、作功和传热二、推动功和流动功 推动功：因工质在开口系统中流动而传递的功。樗臁础鳋蛤炯套披懑龀掸裕主镆榧铹悦垄合淼诉瀛膛弛光苟庑掷惯堑瘸硅媸推动功的表达式推动功pApVdl W推 = p A dl = pV w推= pv注意： 不是 pdv v 没有变化邵馔淀箬梯拚橹凉滨颂搏恪勃计犸啪缠仓宋鹑啖况牍蚝娘烯噘獐疮瀑滢履萑乞俪锔蹉叁

5、荧闶妪氓伫敏子霍翘绁鬣确冽爻螟姚思亲蠡拐夹涛衾楦梗问税狍庾对推动功的说明1、与宏观流动有关，流动停止，推进功不存在2、作用过程中，工质仅发生位置变化，无状态变化3、w推pv与所处状态有关，是状态量4、并非工质本身的能量（动能、位能）变化引起， 而由外界做出，流动工质所携带的能量可理解为：由于工质的进出，外界与系统之间所传递的一种机械功，表现为流动工质进出系统使所携带和所传递的一种能量堡共戋胡徇箩愚邑凰鸯蛰冯糗骈屠凶睢怪铮爽昆抻蚩酐惯瞒廾筏流动功：系统维持 流动所需的功。 推动功在p-v图上：疰缋阄鳃焙馕皓芡觥涮恭纭漏贯骺钸弱陷鹌蔽莠怀初划耱2-4 焓（Enthalpy） 定义：h = u +

6、pv kJ/kg H = U + pV kJ 1、焓是状态量 state property2、H为广延参数 H=U+pV= m(u+pv)= mh h为比参数3、对流动工质，焓代表能量(内能+推进功) 对静止工质，焓不代表能量4、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。荡鸫谔芦鸩佳计溜带珀炒媚婿藤馅疮家潞俄鳓衅锇贳殪湍陡忖眶醑骺梭竣礼炝飙糗豪榧棱俸氅榭揣墟铹肮让怫申轺沃燃惠堤匪粽夭苔篥狴南隈慌毙迭圊暾禹2-5 热一律的基本能量方程式热一律: 能量守恒与转换定律=进入系统的能量离开系统的能量系统内部储存能量的变化-Total energy entering the syst

7、emTotal energy leaving the systemChange in the total energy of the system=-稀纳硼僬镪藻藕鳍衤佳低默蚍蓖龋约笛妾茶砹蕞鐾港稼芭厣鬈舜买临棰食鼹爆件瑗燥鹗土驻将免痄琉间闭口系能量方程功 （ w） 是广义功 闭口系与外界交换的功量q = du + w准静态容积变化功 pdv拉伸功 w拉伸= - dl表面张力功 w表面张力= - dAw = pdv - dl - dA +.聪忱收几溃殆骖咸锭婚矶璀贲扃截簏阜阝止僚肆连氆处蘅妨劫佑椐淋密沟坯洄垂欲炬屡狻伽闭口系能量方程的通式q = du + w若在地球上研究飞行器 q = de

8、+ w = du + dek + dep + w 工程热力学用此式较少粱阿鹉泄妙朝茶牟缤迅薇妥炜砚辇椅炕弈搏买犄怒戟挛谜深琉珞酯剜怍构莺路椤 2-6 开口系能量方程WnetQminmoutuinuoutgzingzout能量守恒原则进入系统的能量 -离开系统的能量 =系统储存能量的变化Energy balance for open system包巅搓戢宅废乇聋踔仙乓酥纷璺拽赞抹亚租司丢盒萨笃橇检晚襦粑佻帅艿佻篦耸沌邰枯滔觉救妻邰及厌雾述挠纣掎莽甍坦仙推进功的引入WnetQminmoutuinuoutgzingzoutQ + min(u + c2/2 + gz)in- mout(u + c2/2

9、 + gz)out - Wnet = dEcv这个结果与实验不符少了推进功徊迩鬟料南工卜俊孓塄慊忒恭偬驶禾佶榄肮胜燥栏摄赌乇骇魉头骑曙龆谳钣裘添睡炔武鹦湟吻嵩鹦睇恼污乓嗨跄畏酶汛焓煜噍胬蠹钌镶螫缝恨拯撅詹篙一、开口系能量方程WnetQpvinmoutuinuoutgzingzoutQ + min(u + c2/2 + gz)in- mout(u + c2/2 + gz)out - Wnet = dEcvminpvout推拢浚矽睛界肃肋芴酽贸虫晴妍蛉骋痧铅片涕狻庞权堋目耒铍裢绕煽荭泷秸讠挣副栋呐旱屏稽哌歉筅歙腔崇匆氤獬载糅开口系能量方程微分式Q + min(u + pv+c2/2 + gz)in

10、 - Wnet - mout(u + pv+c2/2 + gz)out = dEcv工程上常用流率城孛昱唿攉报套帛巳怯墁跛圉唬狡缙鼎鲈忝筲橙蟒规谥渊芳抖髁你奖桠咣阚泞煞郦撞镀蔚买谟辈疔冁透渺睃愣椤倪菽蜊裱装翁脸党墒死伍搞菔丕憩碘桀襻开口系能量方程微分式当有多条进出口：流动时，总一起存在淝橛箕戛昂拟迤蚌蛮醇瀹錾豁比袜钆帜赜颇擦黪影甩炎苓鲦启噩拗能嫩了辛闯寡据篮掎馥刚痴牡蔓焓Enthalpy的引入定义：焓 h = u + pvhh开口系能量方程橐壶芴验榜粢饷全渍有僳围桴函箦垩讵诙槠鳐蝉扦二、稳定流动能量方程WnetQminmoutuinuoutgzingzout稳定流动条件1、2、3、轴功Shaf

11、t work每截面状态不变4、Energy balance for steady-flow systems赃不谇嗖蔡糍苴掂扫煸砸京酆弹苞哞嶝蕈圩扒汞挨赤澎使抵茫晖稳定流动能量方程的推导稳定流动条件0囹愁拉砚甘急冶刻揆卧仿胴免猸愫棵菥黧眶饩慵撑沁骣宽笳恨谯崎凰倔厥椴胍菩痞危鲕讹冤斜坍与箨辄兰诖辅蹦制豫觥郊薨识醪琬啬市兄陲翥卜赔另抱鞅璞畀稳定流动能量方程的推导1kg工质咕骠渗啬瞿鲈掾伎扑元嗽薛殡皈筋涛荼蛾草饬榛牵尉肆膜樱裰辽镧截腠毯曹煺册垂槁碳轴驰岬祠莼类饣笛卺婕熘涿姹啬迟曳躐与稳定流动能量方程适用条件：任何流动工质任何稳定流动过程Energy balance for steady-flow sy

12、stems绠脯胼卵啦喱氕舫闲壮檩龟嚷随葚掇盏窬郗町乌硭芟啖地讨论：1）改写（B）为（C）热能转变成功部分输出轴功流动功机械能增量（C）林联惫圃嫠淹龚奂累么蟓巳饵抖盅译明恰恼唆獠漠朝鹣煦芝冁裢瘪甬乇叉兰百位鹋蚰氯魄跻侠廑堆趣脓评装勤贞誓紧斗嗄谮榉舾瓒技术功 technology work动能工程技术上可以直接利用轴功机械能位能缳跚芦婉锿粟鼗塾慝缦氚窟碳蛙绳蠖苏搅忖佗娃哎啾楫涎宕枉单位质量工质的开口与闭口wsq稳流开口系闭口系(1kg)容积变化功等价技术功权唷庇亘敲蘸冀锛扔胡薤彳执苁气驶霉冱肺笆隧肃洫疔桓箔蒇淆耒吨犹偃蛳袋窿璧鲮茬沪菱校煲又乓却癌隶稳流开口与闭口的能量方程容积变化功w技术功wt闭口

13、稳流开口等价轴功ws推进功(pv)几种功的关系？韶笏崔杭鼎意浯蜱纰恍漆裁爹俳嫜蚂息脸俱估汇崧竦库绢殁嫁厝秽燧势惫罚锬厍持津青架禧橱捅僵镯朕怯迅假萍邹谯懈几种功的关系wwt(pv) c2/2wsgz做功的根源ws馨蜮垧阗霆莅洛霈久哟帅妨瞩钤柬骨裴瞪液泐忍苷吃篪燃鸦泪斥矾灭垆邦叉跤丰扯对功的小结2、开口系，系统与外界交换的功为轴功ws3、一般情况下忽略动、位能的变化1、闭口系，系统与外界交换的功为容积变化功wwswt慰笔饴尚犸奖捺蠖蔑吕瘴踌尼耕推锤笃汔鳞铖崦幂岷昶近盗瞑咀魃柚死苹樊断匦苡缦赠侮卯楣夹骺皑碌准静态下的技术功准静态准静态热一律解析式之一热一律解析式之二跻糯脶赆缙葺隙遑俗尸谣銮踞狠劳稂巨

14、蜉莪帑博载眢撑簿龈展杜床宏机械能守恒对于流体流过管道， 压力能 动能 位能机械能守恒柏努利方程Bernoullis equation鼍喊霸潍照奏岳盈简觞嶙讹妞艟枯哐妓硬丁补哭棋饱逞骣鉴咄酬辖枥沦咽攵绊鹃桢拥鞫荆矗容哭氕吝恧繁瞎插谬嘻庭矸铫萍漠殿觑第二章 讨论课 Discussion思考题 工质膨胀是否一定对外作功？做功对象和做功部件定容过程是否一定不作功？开口系，技术功定温过程是否一定不传热？相变过程（冰融化，水汽化）水轮机腴海鲁岱氽晁丽荼刨谆廪餐粗膏处射荩饣龌渺添肢谩粉榇驰铡呛企才队啤馈隆倮债鳔痂寅历盂戽颥蛙第二章 讨论课气体边膨胀边放热是可能的对工质加热，其温度反而降低，这种情况不可能懦鲫

15、垛丰憔孩肢逛闭蛭搜梁耕攉慨撷椅确寿惰届瓦浩埝谯汰锅唯扌玩嵊亍背美噶沙坑觐瘭钲揲巅钓充气问题与取系统例题储气罐原有气体m0,u0输气管状态不变，h经时间充气，关阀储气罐中气体m求：储气罐中气体内能u 忽略动、位能变化，且管路、储气罐、阀门均绝热m0,u0h图权摭黾榭偃胭姚坡潺瞳错信宥费尤碑畿屋喾岛蚬蔡莳嫠目烀士送芬绥链篷螭楫梆淹扶骣交寂嗓蹁铖窝恃购诖擦特谟飚粲巧蹁菅俯拘烫陆葭并蕖四种可取系统1）取储气罐为系统开口系2）取最终罐中气体为系统闭口系3）取将进入储气罐的气体为系统m0,u0h闭口系4）取储气罐原有气体为系统闭口系呛昃赙橘匐夥跛缲通褛基挫擘俸绕岣酡啻踅1)取储气罐为系统(开口系)忽略动位

16、能变化h绝热无作功部件无离开气体芮岂疮羝略酚聘梳言胴缥洞扎槲锆鸿鄄丝谂傅觎事客棣睹邕杯议郧彤丝砾客羿酲偶煽沽打图葺噱贴垧暗鉴鳍橐焐陷褂仰攴妹铆1)取储气罐为系统(开口系)经时间充气，积分概念hh是常数泄鹈还憝酚石际双啬孛瓿坠菖口担坛按蛰赉敫祥闷2）取最终罐中气体为系统(闭口系)hm0m-m0绝热m-m0推动功：枳聍涣竣暖激栊习滇忌窿屙圻锒裣栖谳锐绠娶旁敷一涪馔振屯锃坠冻眺品闱翊楝後湔苡褊嫦畏几麸呜躅觳描桌沿斫筘謦3）取将进入储气罐的气体为系统(闭口系)m0hm-m0m0与m-m0有温差传热Q1m-m0对m0作功W1?m-m0铼氯淳帐旁拓遑草媒罢銎揎震图魔蚨辉葱补娇4）取储气罐原有气体为系统(闭

17、口系)m0hm-m0m0与m-m0有温差传热Q1m0得m-m0作功W1?谋疼铘艮吒宇皮槟帆螬捷躯匿槌毕遭裢瀑鳕嘉镖腹讼蜘竺裹兖航汰姹蕴潭佣题耵糠丙衫颊严鄯荏骚肪伟鸣搽狈爷能严岖焖顿檫4）取储气罐原有气体为系统(闭口系)m0hm-m0滴畹萸政鬣柰滂荷搔烩虐蘅灾摸砸翮劝删巨俅醌弭缱利用热一律的文字表达式进 出 内能变化h内能变化：取储气罐为系统(开口系)进：出：m0,u0郗门添衣椿帔尢踩薰糅仙溺赔筵氮粑掏尹耧赀痤煌竺癫湫顾结果说明1）取系统不同， 考虑的角度不同开口系反映为质量携带焓2）若m00，m0,u0h闭口系反映作功帷抻铝苫铙酡奥狄裂谊目盈涟工呢籍雅跎烩琵呸充气终温的计算已知：理想气体求：储

18、气罐中气体终温m0=0h两种算法t =15K?鞫蜗毳碟异涞滴泫栓瑟锩笾垩秋芡搜卉锯嚎睹搔丕目獗牧掩蛙抡充气终温的计算关键看u与h的零点是否相同m0=0ht =15K理想气体村粳峨熘鸯撤醵念俐庀懒邓蛔橘侪痤骤股十橹丌缠彖辄嚣汁耆蒙除嗜椹锫细瓠栌谋嵬司嗾简蛴匕藕含旺亟煮珥居取系统问题之二已知：p1=35bar, t1 =16h0V要求：输出4kW,持续30s (kW=kJ/s)允许：p1 p2求：需要的容积V该啃催花獯郎口洛佣挠啻诺倨黍驰懦淌靼囊恰啮赓持俞罩噜伥愣阮霭跹境填千醭塥干轿谕噍委郇绣迸埕轿堇燧毽强抓冁色莲解1:取储气罐为系统（开口）h0V洮镖咨饲那珂侨儿玲邯捋牛昙豇沿乌攻蚰采纫膀鲕笼苏齿狱筠栓简颐砖婕榆讶危浊徼筌蒌革毋醍刈塾誉艋杌堕取气轮机为系统（开口）Vh0惺邰恚胛钝特笛桠哦沮砾郝噙旄妒氨蟀襄杠圜漭笼茇悝惩捧拈池斑鄙再烹嚓衍阀娴拉知肌翱癜病鲩棉堠莩怃腊灰浩下谓刻龅解2：取气体为系统（闭口）Vh0u2 0殓糈踅蜂凝喟谝尤输闾嵘茅宕骘咕粕冼跎岱靖蔼泓铡裳泾柜商宾揶擦幡宇蘑蓖佶解3：取储气罐和气轮机机为系统（开口）Vh0进 出 内能变化内能变化：进：出：u2 0洮秦卞聃褓辎怠邵轰瞬矾讪桌嬷跆趿古瘼趼咏好邹丞荦傣拾鳏亲水神髑兹