2 热力学第一定律.ppt

1、第二章 热力学第一定律,2.1 热力学第一定律的实质 2.2 热力学能和总能 2.3 能量的传递和转化 2.4 焓 2.5 热力学第一定律的基本能量方程式 2.6 开口系统能量方程式及其应用,2-1 热力学第一定律的实质,热力学第一定律是能量转换及守恒定律在热现象中的应用。可表述为：热能和机械能在转移和转换时，能量的总量必定守恒。,一切物质都具有能量。能量既不可能被创造，也不能被消灭，但它可以从一种形态转变为另一种形态，从一个物体转移到另一个物体，在转移和转换过程中，能量的总量保持不变。,能量转换与守恒定律,第一类永动机是不可能造成的。,一、热力学能,分子热运动形成的内动能,热力系的大量微观粒

2、子本身具有的能量。（内部储存能）,f (T,v),f (T),构成原子的原子能,构成分子的化学能,分子间相互作用形成的内位能,热能、机械能转移转换过程中，不涉及化学变化和核反应,热力学能只考虑内位能和内动能,U= f (T,v),22热力学能和总能,热力学能是热力状态的单值函数，是状态参数。,热力学能 U 单位：J，kJ,U= f (T,v),比热力学能 u 单位：J/kg，kJ/kg,二、外部储存能,重力位能：,宏观动能：,三、总能,内部储存能与外部储存能之和,若一参数可表示为两个相互独立的状态参数的函数，则为状态参数，反之亦然。,2-3能量的传递与转化,一、作功与传热,工程热力学中能量转移

3、和转换的两种主要方式,二、功,1、容积变化功,可逆过程：,dv 0 ，热力系对外界做功 dv 0 ，外界对热力系作功,2、技术功、内部功、轴功,3、推动功和流动功,工质在开口系统中流动而传递的功,m kg 工质：,1 kg 工质：,dm kg 工质：,维持工质流动所需的功,移动1 kg进出控制体的净流动功：,2-4焓,焓的定义式：,焓单位：J 比焓单位：J/kg,焓是状态参数,焓是物质进出开口系统时带入或带出的热力学能与推动功之和，是随物质一起转移的能量。,2-5热力学第一定律的基本能量方程式,=,进入系统的能量,离开系统的能量,系统中储存能量的变化,-,此式适用于任何系统、任何过程,闭口系能

4、量方程：,闭口系从外界吸热Q，由状态1变化到状态2，对外作功W，则：,Q,W,不计宏观动能与位能变化，则,微分形式：,对1kg工质：,适用于闭口系各种过程（可逆或不可逆）及各种工质（理想气体、实际气体或液体）。 要求初终态为平衡状态。,热力学第一定律的 第一解析式,对于循环：,判断对错,闭口系气体吸热后一定膨胀，热力学能一定增加。,X,适用于准静态过程（包括可逆过程）,56页思考题 4、5、6,例,43页例2-1,一闭口系，从状态1经过a变化到状态2；又从状态2经过b回到状态1；再从状态1经过c变化到状态2。在这三个过程中，热量和功的某些值已知，某些值未知。试确定这些未知值。,例,解,7,11

5、,闭口系经历一循环，试填充下表中所缺数据。,例,解,过程41的相关参数还可根据循环净功=净热量来计算。,1390,395,-1000,5,-5,作业：57页习题4、7,2-6二、稳定流动能量方程,流动过程中开口系内部及边界上各点工质的热力参数及运动参数都不随时间而变。,稳定流动能量方程 (任何稳流过程、 任何工质),进入能量: 离开能量: 能量变化: 0,相应于1kg工质，,相应微分形式：,流过1kg工质时，稳 定流动能量方程：,流过m kg流体时，稳 定流动的能量方程：,相应微分形式：,动力机,压气机,换热器,h1,h2,q,应用举例,例,新蒸汽进入汽轮机，已知进口参数：,h1=3232 k

6、J/kg,cf1=50 m/s；,h2=2302 kJ/kg,cf2=120m/s,（2）若工质流量是 10 t/h，求汽轮机的功率。,（1）每千克蒸汽对外界所做的功；,乏汽出口参数：,散热损失和位能差可忽略不计。求：,例,作业：58页习题13,49页 例2-2,某燃气轮机装置，压气机进口处空气比焓h1为290kJ/kg，压缩后h2=580kJ/kg，在截面2处空气和燃料的混合物以cf2=20m/s的速度进入燃烧室，燃烧使工质吸入热量q=670kJ/kg。 燃烧后燃气进入喷管绝热膨 胀到状态3，h3=800kJ/kg， 流速增加到cf3，此燃气进 入动叶片，推动叶轮作功。 若燃气在动叶片中的热力 状态不变，最后离开燃气 轮机的速度cf4=100m/s。 求单位质量工质输出的功。,例,解,压气机：,燃烧室：,喷管：,动叶片：,单位工质输出功：,后三项为机械能，是技术上可资利用的功，称为技术功,三、稳定流动能量方程式分析,膨胀功 w,流动功,技术功 wt,w,wt,(pv),c2/2,w