第二章 热力学第一定律 First law of thermodynamics.ppt

1、 第二章 热力学第一定律 First law of thermodynamics21 热力学第一定律的实质2-2 热力学能（内能）和总能23 热力学第一定律基本表达式24 闭口系基本能量方程式25 开口系能量方程121 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 。二、第一定律的表述热是能的一种，机械能变热能，或热能变机械能的时候，他们之间的比值是一定的。或： 热可以变为功，功也可以变为热；一定量的热消失时必定产生相应量的功；消耗一定量的功时，必出现与之相应量的热。222 热力学能（内能）和总能一、热力学能 (internal energy)UchUnuUthUk

2、 平移动能转动动能振动动能Up二、总（储存）能 (total stored energy of system)总能热力学能，内部储存能外部储存能宏观动能 宏观位能3三、热力学能是状态参数测量 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423 热力学第一定律基本表达式加入系统的能量总和 热力系统输出的能量总和 = 热力系总储存能的增量E E+dE流入： 流出：内部贮能的增量 ： dE5或E E+dE624 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 功的基本表达式热7讨论：1） 对于可逆过程2） 对于循环3）对于定量工质吸热

3、与升温关系，还取决于 W 的“+”、 “”、数值大小。8例 自由膨胀如 图， 解：取气体为热力系 闭口系 ？ 开口系 ？强调： 功是通过边界传递的能量。抽去隔板，求?例 A4302661例 A4303771 9归纳热力学解题思路1）取好热力系 ;2）计算初、终态 ;3） 两种解题思路从 已知条件逐步推向目标从 目标反过来缺什么补什么4）不可逆过程的功可尝试从外部参数着手。1025 开口系能量方程一、推动功 (flow work; flow energy)和流动功 (flow work; flow energy)推动功：系统引进或排除工质传递的功量。pvp1v11o11流动功：系统维持流动所花费

4、的代价。 推动功在 p-v图上：12二 、焓 (enthalpy)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总能量。13三、稳定流动能量方程 (steady-flow energy equation) 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） ECV = 0， SCV = 0， mCV = 0 14流入系统的能量 :流出系统的能量 :系统内部储能增量 : ECV=考虑到稳流特征： ECV=0 qm1=qm2=qm; 及 h=u+pv 15讨论：1）改写式（

5、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）162） 技术功 (technical work)由式（ C）技术上可资利用的功 wt可逆过程173)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 u总之：可逆18四、稳定流动能量方程式的应用1.蒸汽轮机、气轮机(steam turbine、 gas turbine)流进系统：流出系统：内部储能增量： 0192.压气机 ，水泵类 (compressor， pump)流入 流出内部贮能增量 0203.换热器（锅炉、加热器等）(heat exchanger: boiler、 heater etc.)21流入：流出：内增： 0若 忽略动能差、位能差224. 管内流动流入：流出：内增： 023例 A4312661例 A4322661例 A4332771例 A433377124归纳：1）开口系问题也可用闭口系方法求解。2）注意闭口系边界面上热、功交换；尤其是边界面变形时需考虑功的交换。3）例 A4333771中若有无摩擦及充分导热的活塞，结果如何？ 解法三即可认为是这种情况，故无影响。4）若 A4333771活塞为绝热材料制造，若活塞下有弹簧，若 如何 ？下一章 25