《工程热力学》教案（第二章） 热力学第一定律

《工程热力学》：第二章热力学第一定律PAGEPAGE8教案首页课程名称《工程热力学》任课教师吴建第二章热力学第一定律计划学时4教学目的和要求：深刻认识热力学第一定律的实质—能量首恒；掌握热力学第一定律能量方程的基本表达式及稳定流动能量方程，对非稳定流动能量方程有初步了解；能灵活运用热力学第一定律对实际工程中的能量转换过程进行分析、计算和研究。重点：热力学第一定律的实质及内容表述各种形式的能量方程及适用条件能量方程的应用4热力学能、焓及计算难点：能量方程的灵活应用思考题：P54：2-1、2-2、2-3、2-4、第二章热力学第一定律§2－1热力学第一定律一热力学第一定律的内容及实质§2－3开口系统能量方程举例：开口系统能量转换过程分析一质量方程根据质量守恒定律：开口系统内质量的增加等于流入系统和流出系统的质量差：用流量表示：二能量方程根据热力学第一定律：加入系统的能量－输出系统的能量=系统总能量的增加加入系统的能量：1）加入的热量：2）随工质流入系统而带入的能量：①流体微团所具有的能量流体微团很小，其状态可以取为进口截面状态。②外界将流体微团推入系统而对流体微团作的功（推动功）：推动功=输出系统的能量：系统对外做的轴功：轴功：开口系统不是以容积变化功的形式对外输出功，而是通过机器轴对外输出功，称为轴功。2）随工质流出系统而带走的能量：①流体微团所具有的能量②外界将流体微团推出系统作的推动功：系统总能量的增加：单位时间的能量转换：：单位时间中系统的吸热量；：系统作的轴功率。以上两式即为开口系统的能量方程式，适用任何过程任何工质。§2－4稳定状态稳定流动能量方程一稳定状态稳定流动热力装置在正常工作时的工况通常是稳定的。如：动力装置－保持稳定的功率输出压气机－保持稳定的流量和状态制冷机－保持稳定的功率消耗和制冷量因此，在稳定工况下，系统进行的能量转换过程是稳定的。特点：①系统与外界之间热量和功的传递保持稳定；②系统内各处及进出口截面处，工质的状态和流量保持不变二稳定状态稳定流动能量方程流量稳定：各处的稳定不变，即说明：在稳定流动中，工质始终以一定的流量流过系统的任意截面。系统状态及流动稳定：说明：系统的总能量保持稳定。将稳定流动条件代入开口系统能量方程，得取单位质量流量的传热量；单位质量流量的轴功率则：说明：1）加入系统的热量一部分用于使流过系统的工质的热力学能、动能、位能增加；一部分用于作净推动功；其余部分才以轴功的形式对外输出。2）稳流能量方程适用于任何稳定流动能量方程。对于在周期性变化的装置，只要周期性变化规律不随时间而变化，仍可以用稳流能量方程进行计算分析。三状态参数－焓定义：J/kg或kJ/kgJ或kJ说明：1）焓是一个导出的状态参数，没有物理意义；2）对于流动工质来说，可以理解为随工质流动而转移的能量。不能看成工质贮存的能量。热力学能是工质内部贮存能量的唯一形式（举例说明）。四可逆过程的能量方程 热力学第一定律能量方程式的主要形式且热力学第一定律能量方程式的主要形式上式普遍适用于任何系统的各种可逆过程。§2－5轴功一轴功由能量方程可得：在闭口系统中，热能转变为机械能是通过容积变化来实现的，并以容积变化功的形式对外输出。在开口系统稳定流动中，热能转变为机械能仍然是通过容积变化来实现的，但不是以容积变化功的形式对外输出的。所以仍然可以用来分析开口流动系统的能量转换过程。因此对于可逆过程：说明：工质吸热而通过容积变化所获得的机械能扣除了用于净推动功、动能变化、位能变化部分后，剩余部分以轴功的形式对外输出。二技术功轴功、动能变化、位能变化三项在工程上是可以直接利用的机械能，故称这三项之和为技术功。记为对于可逆过程，有在p－v图上，技术功的大小可以用过程曲线与纵坐标之间的面积表示，dp<0时，技术功为正；dp>0时，技术功为负。在多数情况下，装置的进出口处工质的流速变化和高度差不大，在能量分析中可以忽略不计。故§2－6稳定流动能量方程应用举例一加热器和冷却器主要作用：换热特点：、、稳流能量方程：加热时，工质流过后焓增大；放热时，工质流过后焓减小。二涡轮机和压气机主要作用：涡轮机—工质流过涡轮机时，膨胀，输出轴功；压气机—工质流过压气机时，受压缩，消耗轴功。特点：、、