第4讲热力学第一定律

热力学第一定律

1-1热力学第一定律的实质1-2热力学能（内能）和总能1-3热力学第一定律的基本表达式1-4闭口系基本能量方程式1-5开口系能量方程式1–1

热力学第一定律的实质一、第一定律的实质

能量守恒与转换定律在热现象中的应用。

自然界中的一切物质都具有能量，能量不可能被创造也不可能被消灭，但可以从一种形态转变为另一种形态，在转化过程中能量的总量保持不变。1–2热力学能（内能）和总能一、热力学能UchUnuUthUk平移动能转动动能振动动能Up（分子间相互作用力）二、总（储存）能总能热力学能，内部储存能外部储存能宏观动能宏观位能（维持一定分子结构的化学能）原子核内部的原子能）气体分子运动说

测量p、V、T可求出四、热力学能单位

五、工程中关心宏观动能与内动能的区别三、热力学能是状态参数1–3热力学第一定律基本表达式

加入系统的能量总和－离开系统的能量总和=热力系总储存能的增量EE+dE流入：流出：总能的增量：dE或EE+dE1–4闭口系基本能量方程式

闭口系忽略宏观动能Uk和位能Up第一定律第一解析式热功的基本表达式讨论：1）对于可逆过程2）对于循环3）对于定量工质吸热与升温关系，还取决于W的“+”、“–”、数值大小。例1自由膨胀如图，解：取气体为热力系

—闭口系？开口系？抽去隔板，求?例2：门窗紧闭房间用电冰箱降温以房间为系统

绝热闭口系闭口系能量方程T电冰箱例3：门窗紧闭房间用空调降温以房间为系统

闭口系闭口系能量方程T空调Q1–5开口系能量方程一、推动功和流动功

推动功：系统引进或排除工质传递的功量。pvp1v11o流动功：系统维持流动所花费的代价。流动功在p-v图上：二、焓定义：H=U+pV

h=u+pv单位：J（kJ）J/kg（kJ/kg）焓是状态参数。物理意义：引进或排出工质而输入或排出系统的能量。三、稳定流动能量方程稳定流动特征：注意：区分各截面间参数可不同。1）各截面上参数不随时间变化。2）ΔECV=0，ΔSCV=0，ΔmCV=0ּ···

流入系统的能量:流出系统的能量:系统内部储能增量:ΔECV–=考虑到稳流特征：ΔECV=0qm1=qm2=qm;及h=u+pv

讨论：1）改写式（B）为式（C）热能转变成功部分输出轴功流动功机械能增量（C）2）技术功)—技术上可资利用的功wt由式（C）可逆过程3)第一定律第二解析式1)通过膨胀，由热能2)第一定律两解析式可相互导出，但只有在开系中能量方程才用焓。4）两个解析式的关系功，w=q–Δu总之：可逆稳流开口与闭口的能量方程容积变化功w技术功wt闭口稳流开口等价轴功ws流动功(pv)几种功的关系？几种功的关系wwt△(pv)△c2/2wsg△z做功的根源ws四、稳定流动能量方程式的应用简化原则：满足工程需要，略去次要因素。1.叶轮机械、喷管、节流阀等，作绝热处理。q=0a.表面经绝热化处理、有效传热面积小;b.工质流速快来不及换热。2.除去喷管、扩压管这类使气流速度改变比较剧烈的设备外，一般设备中气流进出口3.对于简单可压缩系，设备中若无活塞、轴类这些做功部件，则闭口系中W=0，开口系中Ws=0,如锅炉换热器等。

透平机械（蒸汽轮机、气轮机等）压缩机械（压气机，水泵类）换热器类（锅炉、加热器等）热流体冷流体h1h2h1’h2’绝热节流管道阀门、毛细管膨胀阀绝热节流过程，前后h不变，但h不是处处相等h1h2例题4：典型充气问题储气罐原有气体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’忽略储气罐、阀门均绝热m0,u0h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利用热一律的文字表达式1)取储气罐为系统(开口系)忽略动位能变化h绝热无作功部