工程热力学第三章-热力学第一定律

第三章热力学第一定律引入：能量守恒与转换定律

能量既不能被创造，也不能被消灭，它只能从一种形式转换成另一种形式，或从一个系统转移到另一个系统，而其总量保持恒定

－第一类永动机不可能实现的原因第一节系统储存能内能（内储存能）：取决于系统本身（内部）的状态，它与系统内工质的分子结构及微观运动形式有关外储存能：取决于系统工质与外力场的相互作用（如重力位能）及以外界为参考坐标的系统宏观运动所具有的能量（宏观动能）

气体的内能是其温度和比容的函数理想气体内能只是温度的单值函数因为p、v、T存在一定关系二、外储存能1、宏观动能2、重力位能三、系统总储存能E为内储存能与外储存能之和。对1kg质量物体总储存能为：特例：无宏观运动且高度为零第二节系统与外界传递的能量一、热量热力学定义：对于没有物质流的系统，系统与外界之间只有热和功的交换，热量是除功以外另一种形式的能量传递热量学定义：在温差作用下系统与外界传递的能量热量与内能原则的区别：热量只是与过程特性有关的过程量，不能说系统具有多少热量二、功量热力学定义：系统除温差以外的其它不平衡势差所引起的系统与外界之间传递的能量形式：多种多样如膨胀功、轴功等1、膨胀功热转换为功的必要途径定义：在压力差作用下，由于系统工质容积发生变化而传递的机械功闭口系统膨胀功通过系统界面传递开口系统的膨胀功是技术功的一部分，通过其它形式（如轴）传递容积变化是作膨胀功的必要条件非充要条件2、轴功定义：系统通过机械轴与外界传递的机械功

b图为开口系统与外界传递的轴功W，内燃机就是靠机械轴传递机械功的。轴功符号w：单位质量工质的轴功正功与负功规定：系统输出轴功为正功系统输入轴功为负功三、随物质流传递的能量开口系统与外界随物质流传递的能量包括两部分：1、流动工质本身具有的内能、宏观动能和重力位能2、流动功（或推动功）定义：为推动流体通过控制体界面而传递的机械功，是维持流体正常流动正常流动所必须传递的能量。

流动功是一种特殊的功，其数值取决于控制体进出口界面工质的热力状态四、焓及其物理意义是工质的状态参数对于理想气体理想气体的焓和内能仅是温度的单值函数焓的物理意义对于流动工质，焓=内能+流动功，即焓具有能量意义，表示流动工质向流动前方传递的总能量（共四项）中取决于热力状态的那部分能量对于不流动工质，焓仅是一个复合状态参数第三节闭口系统能量方程一、闭口系统能量方程表达式系统储存能中的宏观动能和重力位能均不发生变化，热力过程中系统总储存能的变化等于系统内能的变化根据热力学第一定律建立能量方程能量方程适用与闭口系统任何工质各种热力过程可逆过程能量方程可逆过程能量方程以下二式仅适用可逆过程：闭口系统能量方程反映了热功转换的实质，是热力学第一定律的基本方程式，其热量、内能和膨胀功三者之间的关系也适用于开口系统二、热力学第一定律在循环过程中的应用工质经历一个循环回复到初始状态后，它在整个循环中从外界得到净热量等于对外作的净功。循环工作的热力发动机向外界不断输出机械功必须要消耗一定的热能。三、理想气体内能变化计算定容比热定义式理想气体内能计算式采用定值比热计算时：采用平均比热计算时：采用真实比热计算时：第四节开口系统能量方程质量守恒：进入控制体的质量－离开控制体的质量＝控制体中质量的增量能量守恒原理：进入控制体的增量－控制体输出的能量＝控制体中储存能的增量进入控制体的能量离开控制体的能量控制体储存能变化：根据热力学第一定律建立能量方程对不稳定流动和稳态稳流，可逆与不可逆过程都适用，也能适用于闭口系统（m1=m2=0）闭口系统工质的动能和位能没有变化dE＝dU，故得：第五节开口系统稳态稳流能量方程一、稳态稳流能量方程表达式稳态稳流工况：系统内部及界面上各点工质的状态参数和宏观运动参数都保持一定，不随时间变化。稳态稳流工况特征：1、同一时间内进、出控制体界面及流过系统内任何断面的质量均相等

2、同一时间内进入控制体的能量和离开控制体的能量相等，控制体内能量保持一定开口系统稳态稳流能量方程表达式：二、技术功定义：热力过程中可被直接利用来做功的能量稳态稳流能量方程可写成稳态稳流可逆过程技术功是过程量，其值取决于初、终态及过程特征若不考虑工质动能和位能的变化，技术功等于轴功三、理想气体的焓变计算对于定压过程对理想气体对实际气体只适用于计算定压过程焓的变化实际工程中求焓的方法按定值定压比热计算：按平均定压比热计算：按真实定压比热计算：理想气体组成的混合气体焓值的计算

只有当混合气体的组成成分一定时，混合气体单位质量的焓才是温度的单值函数第六节稳态稳流能量方程的应用一、动力机利用工质在机器中膨胀获