大二上-工程热力学第2章

2-2-第二热力学第一定TheFirstLawof§2-1本本质：能量转换及守恒定18世纪初，工 ，热效率只有1842年，J.R.Mayer阐述热一律，但没有 1909年，C. ry最后完善热一Conservationof“Duringaninteraction,energycanchangefromoneformtoanother，butthetotalamountofenergyremainsconstant”OneofthemostfundamentallawsofEnergycanbeneithercreatednordestroyed;Oneofthemostfundamentallawsof焦耳实equivalentofheat1equivalentofheat1cal=4.1868重物下降可测得工质经历循环QW闭口系循环的热一律表达QW“第一类 是不可能制成的Perpetual–motionmachineofthefirst§2-2热一律的推论Internal内能的导闭口系循Q(Q-W)(Q(Q-W)对于循环1ac2 (QW)(1ac2

W) 对于循环(QW)(QW)(QW)(QW状态参内能及闭口系热一律表达定 dU=Q-内能 状态参Q=dU+Q=dU+Q=U+！！！两种特绝功系Q绝热WdU=Q- dU代表某微元过程中系统通过边界 U于系统的能 能（内能、热力学能内能internalenergymicroscopicformsof分子动

分子位binding内化学能chemicalnuclear内能是状态stateU广延参kJ 比参内能总以变化量出现，其零点人为确系统总能Total外 能macroscopicformsof宏观动kineticEk=重力位potentialEp

机械系统总能（＝内能＋动能＋位能E=U+Ek+e=u+ek+一般坐标取在系统上，常用U,dU,u, 热一律的文字表达热一律:能量守恒与转换定ConservationofenergyChangethetotalenergyoftheChangethetotalenergyofthethesystemleavingtheQ=Q=dU+Q=U+

§2-3Energybalanceforclosed q=q=du+wq=u+w适用条件1）任何工质2)任何过PointPointfunction---Exactdifferentials---Pathfunction---Inexactdifferentials---准静态及可逆闭口系能量方简单可压缩系准静态过w=q=du+q=q=du+

热一律解析式之简单可压缩系q=Tds=dTds=du+Tds=u+ QUWQ W UQWifQT§2- Energybalanceforopen能量守恒原则进入系统的能-离开系统的能

c c

系 能量的变

c2推进功的表达推进功（流动功、推动功Flow p工质进、出开口系而传递的 pW推=pAdl= w推注意

v没有变对推进功的说1、与宏观流动有关，流动停止，推进功不存2、作用过程中，工质仅发生位置变化，无状态变3、w推＝pv与所处状态有关，是状态4、并非工质本身能量(动能、位能)变化引起而由外界(泵或风机)做出，流动工质所携带的能可理解为：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或所传递的一种能量。

开口系能量方程的c2

c2Q+

in(u+c2/2+

-mout(u+c2/2+gz)out-Wnet=开口系能量方程微Q+min(u+pv+c2/2+gz)in--mout(u+pv+c2/2+gz)out=工程上常用流 m W0 mlim Wlim0 0

0 Q

/

u

pvc2

/2

gz

u

pv

/2

minW

开口系能量方程微分式(续当有多 Q

/

W

/2

gz

/2

流动时，总一起焓Enthalpy的引定义： h=u+QQdEcv/Whc2/2gzhc2/2gz开口系能量方焓Enthalpy的定义：h=u+ [kJ/kgH=U+ [kJ1、焓是状态量state2、H为广延参数H=U+pVm(u+pv)mh3、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§2-5Energybalanceforsteady-flow稳定流动条moutmoutmin

11c2c

QQWnetWnetConstW

u轴功Shaft4每截面状态不变dEC

/

c2moutminmoutminQWnetConstWnetConstWdEC,V/QQ0Wshc2/2gzhc2/2gzmm稳定流动能量方程的推导 c2

c2

Q

h2gz h2gz W in qhqh2gzc2c2h2gzqh12 g2zs

1kg工

Ws

m稳定流动能量方Energybalanceforsteady-flowqqh12c2gzs适用条件任何工质的稳定流动过技术功Technical Qmh

mc2mgzsqh

1c2gz 动

位 轴机械

工程技术上可以QH qhwt单位质量工质的开口与闭qqu等

容积变化qhqh稳流开口闭稳流开

qu等qh轴功推进

关系qh

u(pv)w12 gw12 g2tzsw(pv)w(pv)

wd(pv)pdv

pdvd(pv)pdv(pdvvdp)

vdp

qdu

vdppdvvdppdvp1v12211

w

dp<0，压力降低，wt>02-2-动力机量方体积不流速差不qh时间短、保温qws=-=h1-ws=-=h1-压缩机量方体积不流速差不qh保温qws=-=hws=-=h1-换热设量方qh 热流

没有作功部 冷流

qhh2热流体放热量：qh焓

1：冷流体吸热量q'hh'h'： 绝热节流量方

qh没有作功部绝

qh绝热节流是等焓过程

绝热节流过程，前后h不变，并非处处h相等喷管和扩压管能量方喷管目的：降低压力，提高速度扩压管目的：降低速度，升高动能参与转换，不能忽qhc2/2gzq

gz11c22动能与焓变相互第二章小结1、热一律的本质能量守恒与转换系统能的变系统能的变=的能(续通用QQ/hc2/2gzhc2/2gzminW稳流

dEcv/=

minqhc2/2gzqh(续通用QQ/hc2/2gzhc2/2gzminW 闭口系

minQdEcv/WQdEcv/W(续3、热力学第一定律表达式和适用条qu

任意过程，任意工qu

准静态过程，任意工qhc2/2gz

qh q(续4、准静态下两个热力学微分关系q q (续5、uUH广延参uh比参U系统本身具有 能H不是系统本身具有的能量(续6、四种功的关w(pv)ww122tcgzs准静态过

w

vdp第二章讨论课判断对工质膨胀是否一定对外作功做功对象和做功部定容过程是否一定不作功开口系，技术

轮第二 讨论课(续QUW QH(续 a a2

a2

1a2QWQW

a2

循循UHm7m7h7m7qm1h1m6h6m6m7qqm7m充气问题与取系习题2-储气罐原有气体m, 输气管状态不变，h不求：储气罐中气体内能四种可取系取储气罐为系 取最终罐中气体为系闭口闭口闭口QdEQdEcvhc2/2gzhc/22h绝无作功部

dEcvdEcv1)取储气罐为系统(开口系)

经时间充气，积分概mm00h是常

mu'

h(mm0uu'h(mm0)m2）取最终罐中气体为系统(闭口系QUQUWU

W

(m

)u

(m

u'h(mm0)mmuu'h(mm0)mhQUWhm-m-m0与m0有温差m-U(mm-m对m作功 W(m Q1(mm0)u'(mm0)u(mm0)pvQUWm0与m-m0有温差传热Um0u'm0得m-m0作功的

m-Q'mu'muW 1 WW 1取储气罐原有气体为系统(闭口系 1 WW 1m-m-QW(Q'W' (mm0)u'(mm0)h(m0u'm0u0

(mm0

h(mm)mQ'mQ'mu'muW10 1

m利用热一律的文字表达取储气罐为系统(开口系(m0＝(m0出：内能变化：mu uu'h(mm0)m总1）系统不同，但结果相同 取得巧，易2）若u'h(u'h(mm0)m充气的终温

u'h已知：理想气

u

tcp

/

hcpTcvt' cvT'cpT

t'(c/c)t21opv Tt'(c/c)t21opv 充气的终温

u'

）时看u与h的零点是否相时hupvu理想气

tpVmRT pv0℃u0Ku

hR(273.150)h影响终温T’的因已知：理想气

u

cp/cv

hcpTpVm

T’的表达mu'

(mm0

ppRTcTvpcTVp (p0)c0RTTp0p'p0T'T0TT'kTpT0p'T0p0作2-2-2-2-T’表达式的分TT'kTpT0p'T0p01）T’与p无T'kp0T(pT'kp0T(pp)00T

T'kTpTT'kTpT0p'T0p0

T'kp'T(T'kp'T(pp)kp00T0mmp00

m-

带入能T’表达式的分析(续TT'kTpT0p'T0p0T'T(kTT00p'/0

p pp0反映充气V已知：p1=35bart1VucvT hcpTcv718R287要求输出4kW(kW=kJ/s),持续30s p2=3.5bar,绝热,无摩擦膨胀

V解1:取储气罐为系统（开口Vhhc2/hc/2dEcv dEcvU2U1

U1U2

h解1:取储气罐为系统（开口）(续U1U2

hVV 430103 V(p

)

(353.5)105

pcpcTp cT 12

解2：取气体为系统（闭口VQUWVU1U2mumu mu(mm 12

m2