第四章热力学第一定律

第四章

热力学第一定律和气体的热力过程§4-1热力学第一定律一、功量与热量Q＝ALQ－转换成机械能的热量，或由机械能转变而来的热量，kcalL－由热能转变成的机械能，或转变为热能的机械能

A＝kcal／kg.m本质：能量转换及守恒定律在热过程中的应用焦耳实验1、重物下降，输入功，绝热容器内气体T

2、绝热去掉，气体T

，放出热给水，T恢复原温。焦耳实验水温升高可测得热量，重物下降可测得功热功当量1kcal=4.1868kJ热力学第一定律表达式热能可以从一个物体传递给另一个物体，也可以与机械能或其他能量相互转换，在传递和转换过程中，能量的总值不变热可以变为功，功也可以变为热。消失一定量的热时，必产生数量相当的功；消耗一定量的功时，亦必出现相应数量的热。热力学第一定律是对能量守恒和转换定律的一种表述方式。闭口系循环的热一律表达式要想得到功，必须化费热能或其它能量热力学第一定律又可表述为“第一类永动机是不可能制成的。”循环中工质吸收的净热量应等于工质对外作的净功二、气体的内能

气体的内能是气体中所有分子热运动的动能和分子间相互作用的势能的总和，而分子热运动的动能与气体的温度有关，分子间相互作用的势能与气体的体积有关，所以气体的内能是温度和体积的函数。u－表示1kg工质的内能U－表示Gkg工质的内能实际气体u＝f（t，v）kcal／kg（KJ／kg）理想气体u＝f（t）kcal／kg（KJ／kg）

气体的内能是气体的状态参数u

=

f(p,v)u

=

f(T,v)u

=

f(p,T)∮du=0三、气体的膨胀功与压缩功示功图pV.12.pp外21mkg工质：W=pdV1kg工质：w=pdvW压缩功w=∫pdv2134dv四、热力学第一定律解析式Q=

dU

+

WQ=

U

+

W闭口系热一律表达式！！！两种特例

绝功系

Q

=

dU

绝热系

W=-

dU外界加给气体的热量应等于气体内能的变化量和对外作出的膨胀功之和。即能量平衡方程。§4-2稳定流动能量方程式及工质的焓稳定流动热工设备示意（开口系）QWjxp1v1t1ω1u1p2v2t2ω2u2Z1Z2稳定流动能量方程式

（开口系热力学第一定律能量方程式）u1＋Ap1v1＋Aω12／2g＋AZ1＋Q=u2＋Ap2v2＋Aω22／2g＋AZ2＋wjx

令i＝u＋Apu

焓q=(i2－i1）＋A（ω22－ω12）／2g＋A(Z2－Z1）＋wjxq=i2－i1wjx＝i1－i2稳定流动能量方程的推导1kg工质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§4-3气体的热力过程一、定容过程v＝c12’2vP1P2PvP1P2=T1T1qv＝Δu＋AL＝Δu＋0＝Δuqv＝Δu＝cu(T2-T1)kcal/kgqv＝Δu＝cu(t2-t1)kcal/kg二、定压过程p=cPv2v1v2=T1T2qp＝△u+ALP

＝（u2－u1）＋Ap（v2－v1）

＝（u2＋Apv2）－（u1＋Apv1）

＝i2－i1(kcal/kg或kJ/kg)∫LP＝Pdv＝pv1v2∫v1v2dv=p(v2-v1)=R(T2-T1)Pv1v22’1v2’qp＝△i＝cp△tμcp-μcv≈2kcal／mol.℃三、等温过程T＝Cp1p2v2v1＝p1p12v1vv2p2∫LT＝Pdv＝v1v2∫v1v2RTdvv＝RTlnv2v1p1p2＝RTlnqt＝Δu＋AL＝0＋Alt＝ALt四、绝热过程q＝0Pvk＝Cp1v1k＝p2v2k1绝热指数k＝＝cpcvcpμcpcpcpcpμcvcp单原子气体k＝5／3＝1.67单双子气体k＝7／5＝1.40多原子气体k＝9／7＝1.292’绝热过程pp12v1vv2p2等温过程lk=∫pdv=(p1v1-p2v2)=(T1-T2)12K-11K-1Rlk=［1－（）k-1］kg.m/kgK-1RT1v2v1lk=［1－（）k］kg.m/kgK-1RT1p1p2k-1五多变过程pvn＝c(1)当n=0

(2)当n=1多变过程与基本过程的关系(3)当n=k

(4)当n=

pTsvnpTsv理想气体多变过程的p-v,T-s图sTvpppvvTTss习题四1）某蒸汽锅炉的蒸发量G＝4000kg／h，水进入锅炉时的温度为50℃，其焓值为50kcal／kg，蒸汽流出锅炉时的焓为650kcal／kg。试求（1）锅炉中加热水所需的热量；（2）若锅炉的热效率η＝70％，所用煤的发热量为7000kcal／kg，试计算每小时的煤耗量。（p43）2）某制冷装置的氨压缩机每小时消耗的理论功为16×106kgm,设电动机及机械传动效率η＝0.75.问需要配置多少千瓦的电动机？损失的功量相当于多少千卡的热量？（题3）3）某水－水加热器（换热器），已知热水流量G1＝1000kg／h，热水的进口温度t1＝90℃，出口温度t2＝40℃，而冷水的流量G2＝5000kg／h，冷水进口温度t1’＝15℃，设水在100℃以下的重量比热c＝1.0kcal／kg.℃，不考虑散热损失，试求冷水离开加热器时的温度t2’为多少？（按热平衡方程式求解）（题5）4）氧气瓶放在仓库内时的温度为15℃，压力为90表压。如果将它放在太阳下，其温度升高到50℃，试问瓶内压力为多少？（题11）5）锅炉的烟气流经空气预热器后从烟囱排出，已知烟气的初温度t1’=300℃终温度t2’=160℃,烟气的流量为1000kg/h.空气进入预热器的初温度t1=15℃,空气的流量为910kg/h,设空气预热器的热损失为4%,试求空气被加热后的终温度t2(已知烟气的定压重量比热cp=0.25kcal/kg℃)（题21）6)1kg空气在p1=10ata及t1=300℃时进行等温压缩,并抽出了120kcal的热量,试求终态参数.（题27）7)将