工程热力学课件2第一定律

第二章热力学第一定律第一节热力学第一定律的实质第二节能量第三节封闭系统热力学第一定律的表达式第四节开口系统热力学第一定律的表达式第五节稳定流动能量方程的应用第一节热力学第一定律的实质实质

正说反说表述一切物质都具有能量。能量既不可能创造，也不能消灭，它只能在一定的条件下从一种形式转变为另一种形式。而在转换中，能量的总量恒定不变。这个定律可以说是“颠扑不破”、“放之四海而皆准”的真理。因为至今为止，没有一个人提出一个事实不符合这条自然规律，

相反，在各个领域：天文、地理、生物、化学、电磁光；在宏观、微观各领域都遵循这条规律。当然我们热力学就是研究能量及其特性的科学，它必然要遵循这条规律。能量转换与守恒定律

19世纪30-40年代，许多科学家前赴后继，迈尔·焦耳（德国医生）最后发现和确定了能量转换与守恒定律。恩格斯说：能量转换与守恒定律是19世纪三大发现之一（细胞学说、

达尔文进化论）热力学第一定律的实质

能量转换与守恒定律在热力学中的应用。

热力学第一定律的描述

“在任何发生能量传递和转换的热力过程中，能量的总量始终保持不变”。进入系统的能量离开系统的能量系统中储存能量的增加＝－

“热力学第一定律”的建立是在资本主义发展初期，那时，有人曾提出各式各样不消耗能量而获得动力的装置，称为第一类“永动机”，但均失败了。为什么？因为它违反了“热一”，故“热一”的另一形象的说法是“第一类永动机是不可能制造成功的”（1975年法国科学院）。——反说第一类永动机－实例永动机的想法起源于印度，公元1200年前后，这种思想从印度传到了伊斯兰教世界，并从这里传到了西方。

在欧洲，早期最著名的一个永动机设计方案是十三世纪时一个叫亨内考的法国人提出来的。如图所示：轮子中央有一个转动轴，轮子边缘安装着12个可活动的短杆，每个短杆的一端装有一个铁球。方案的设计者认为，右边的球比左边的球离轴远些，因此，右边的球产生的转动力矩要比左边的球产生的转动力矩大。这样轮子就会永无休止地沿着箭头所指的方向转动下去，并且带动机器转动。这个设计被不少人以不同的形式复制出来，但从未实现不停息的转动。

仔细分析一下就会发生，虽然右边每个球产生的力矩大，但是球的个数少，左边每个球产生的力矩虽小，但是球的个数多。于是，轮子不会持续转动下去而对外做功，只会摆动几下，便停在右图中所画的位置上。

下面的热力学系统具有哪些方面的能量?热力系cfz内部能量外部动能外部势能第二节能量储存的能量E

传递的能量内部储存能(热力学能U）外部储存能内动能uk=f(T)内势能up=f(T,v)动能EK势能EP能量功热量总能E=U+Ek+Ep封闭系统，传递的能量有两种：功和热量1、功

（1）.热力学定义：燃气进口排入大气当封闭系统通过边界，和外界之间发生相互作用时，如外界的唯一效果是升起重物，则系统对外界作了功，如外界的唯一效果是降低重物，则外界对系统作了功。真的举起了一个重物－力学定义的功。并未举起重物，只是作用的效果相当于或者说可折合为（转化为）一个重物的举起－功的热力学定义。vpFfppoutdxAp1234dv

封闭系统的膨胀功气缸飞轮热源左止点右止点12pv续41

容积功可逆过程的容积功在p—v图中的表示图上曲线下面的面积代表容积功1

2

p

v

可逆过程中容积功在ｐ│ｖ图上的表示*强调：2.

称为压缩功

1.称为膨胀功

有有有2、热量热量是除功以外，通过边界系统与外界之间传递的能量。热量也是过程量符号规定：系统从外界吸热为正；Q>0

系统向外界放热为负。Q<0单位：J、kJ示功图示热图项目WQ推动力△p△T标志状态参数v状态参数?dv﹥0膨胀功dv

=0无功dv﹤0压缩功d?

﹥0吸热

d?

=0绝热d?

﹤0放热图示示功图示热图s项目WQ推动力△p△T标志状态参数v状态参数sdv﹥0膨胀功dv

=0无功dv﹤0压缩功ds﹥0吸热ds=0绝热ds﹤0放热图示第三节封闭系统热力学第一定律的表达式QW热源功源单位质量工质微元过程1.适用于任意工质、任意过程，各项为代数量。2.q、w分别为各个吸热、作功过程的代数和。3.U=U2-U1可逆过程：任意工质、可逆过程vpB12A

例1：有一定质量的工质从状态1沿1A2到达终态2，又沿2B1回到初态1，并且试判断沿过程1A2工质是膨胀还是压缩，并且求工质沿1A2B1回到初态时的净吸热量和净功。解:vpB12A是膨胀过程第四节

开口系统热力学第一定律的表达式质量守恒方程力学定律能量守恒方程一元稳定流动一元流动：与流动方向垂直的同一截面上各点工质的状态参数和流速都是相同的，工质的状态参数和流速仅沿流动方向做一元变化。稳定流动：开口系统内任一点的状态参数和流速均不随时间而变化。1kg工质：进入系统带入能量：流出系统带出能量：吸热：q作功：

ws（可逆过程ws=wi）推动功1.技术功wt—工程上可以直接利用的功喷气式发动机利用获得推力；汽轮机利用带动螺旋桨；水泵利用来提高水的位能。p1p2v1v2

vP12w准静态过程的技术功的大小可用过程线左边的面积来表示2.焓—状态参数比焓J/kg总焓J稳定流动能量方程微元过程可逆过程积分形式忽略势能差第五节稳定流动能量方程的应用开口系统的典型设备:1.换热器：如锅炉、冷凝器等2.喷管和扩压管3.产生功的装置：如蒸汽轮机、燃气轮机4.消耗功的装置：如泵、压缩机5.节流装置：如膨胀阀换热器工程示例一、换热器(锅炉)适用于任意工质、任意过程.1－流入2－流出Q无转动机械：1Kg水水蒸气需q=2090KJ/Kg一般：cf1=1-2m,cf2小于30m/s

故：高度h

小于30m,故：相对于q,动能、位能的增量可以忽略，故：喷管二、喷管和扩压管cf2cf111112222流入流出喷管扩压管cf1流入可