稳定流动能量方程的应用.pptx
11热力学热力学能和总能能和总能分子动能（移动、转动、振动）分子位能（相互作用）核能 化学能一、热力学能 U:广延参数 kJ u :比参数 kJ/kg说明：热力学能是状态量注意：对理想气体u=f(T)System Uzc第1页/共47页二、外部储存能二、外部储存能 系统工质与外力场的相互作用 所具有的能量如：重力位能以外界为参考坐标的系统宏观运动所具有的能量 如：宏观动能 组成第2页/共47页三、系统的总能三、系统的总能外部储存能宏观动能 Ek=mc2/2宏观位能 Ep=mgz机械能系统总能E=U+Ek+Epe=u+ek+ep一般与系统同坐标，常用U,dU,u,du第3页/共47页 2 2 系统与外界传递的能量系统与外界传递的能量功功随物质传递的能量随物质传递的能量 热量热量外界热源外界功源外界质源系统第4页/共47页一、热量一、热量 kJ 或 kcal 且l kcal=4.1868kJ定义：在温差作用下,系统与外界通过界面传递的能量。规定:特点:是传递过程中能量的一种形式，与热力过程有关系统吸热热量为正，系统放热热量为负单位：第5页/共47页二、二、功功除温差以外的其它不平衡势差所引起的系统与外界传递的能量.1膨胀功W：2.轴功Ws:在力差作用下，通过系统容积变化与外界传递的能量。规定:系统对外作功为正，外界对系统作功为负。系统与外界通过转轴传递的机械功定义:单位：l J=l Nm种类:膨胀功是热变功的源泉第6页/共47页三、随物质传递的能量三、随物质传递的能量1流动工质本身具有的能量2流动功(或推动功)为推动流体通过控制体界面而传递的机械功.ppsf第7页/共47页s1p1f1p2s2f2 注意:取决于控制体进出口界面工质的热力状态.由泵、风机等提供推动1kg工质进、出控制体时需流动净功控制体12第8页/共47页对流动功的说明对流动功的说明1、与宏观流动有关，流动停止，流动功不存在2、作用过程中，工质仅发生位置变化，无状态变化3、wfpv与所处状态有关，是状态量4、并非工质本身的能量（动能、位能）变化引起，而由外界做出，流动工质所携带的能量第9页/共47页四、焓及其物理意义四、焓及其物理意义 对于m千克工质：焓的定义式：焓=热力学能+流动功 焓的物理意义：1对流动工质(开口系统)，表示沿流动方向传递的总能量中，取决于热力状态的那部分能量.思考：特别的对理想气体 h=f(T)对于1千克工质：2.对不流动工质(闭口系统)，焓只是一个复合状态参数第10页/共47页进入系统的能量-离开系统的能量=系统中储存能量的增加建立能量方程的基础：3 3 闭口系能量方程闭口系能量方程一、闭口系能量方程EQW第11页/共47页EQW对于可逆过程对于微元过程：对1kg工质：第12页/共47页二、循环中的热力学第一定律1342vp第13页/共47页三、理想气体热力学能变化量计算三、理想气体热力学能变化量计算 适用于理想气体一切过程或者实际气体定容过程 用定值比热计算:用平均比热计算:第14页/共47页理想气体组成的混合气体的热力学能：用真实比热计算:第15页/共47页例题3-1过程WQU122341341390000-1000-3950第16页/共47页例题3-2有一绝热刚性容器，有隔板将其分为A、B两部分，开始时，A中盛有TA=300K，pA=0.1Mpa，VA=0.5m3的空气；B中盛有 TB=350K，pB=0.5Mpa，VB=0.2m3的空气，求打开隔板后两容器达到平衡时的温度和压力。第17页/共47页思考题有一绝热刚性容器，有隔板将其分为A、B两部分，开始时，A中盛有参数为TA，pA的空气；B中为真空，求打开隔板后容器达到平衡时的温度和压力。第18页/共47页定量空气在气缸内体积从0.9m3可逆膨胀到1.4m3，过程中压力保持不变p=0.2MPa，已知初始温度25。求：(1)此过程中空气吸入或放出的热量，(2)若活塞的质量为20kg，且初始时静止，求终态时活塞的速度。已知环境压力p0=0.1Mpa。补充练习补充练习EQW第19页/共47页 4 开口系统能量方程开口系统能量方程推导能量守恒原则：进入系统的能量-离开系统的能量=系统储存能量的变化z1z2wsu1,p1v1,c1Qu2,p2v2,c212dEcvm1m2第20页/共47页到+d 时刻内进入控制体的能量流出控制体的能量控制体储存能的变化由热力学第一定律z1z2wsu1,p1v1,c1Qu2,p2v2,c212dEcvm1m2第21页/共47页例题3-3充气问题:充气前真空，罐壁绝热，充气总管参数恒定。储气罐阀门P1=1Mpa,T1=300K第22页/共47页或或 遵循基本原则遵循基本原则 流入：流入：hinmin 流出：流出：0 内增：内增：u m第23页/共47页充气问题（延伸）充气问题（延伸）取气罐为系统。考虑一股流体流入，无流出取气罐为系统。考虑一股流体流入，无流出已知储气罐中原有的空气质量m1，热力学能u1，压力p1，温度T1。充气后，储气罐内气体质量为m2，热力学能u2，忽略动能差与位能差，且容器为刚性绝热。导出u2与h的关系式。解：解：方法一方法一第24页/共47页忽略气体动能和位能忽略气体动能和位能容器为刚性绝热容器为刚性绝热容器容器 静止静止积分积分第25页/共47页取终态时气罐内全部（取终态时气罐内全部（m2）空气为封闭系）空气为封闭系Q：容器刚性绝热充入气体与管内气体温度相等容器刚性绝热充入气体与管内气体温度相等Q=0闭口系能量方程闭口系能量方程 Q=U+W方法二方法二第26页/共47页讨论：讨论：1）非稳态流动问题可用一般能量方程式也可用基本原则。在一些条件下，后者常更方便。2）能量方程中若流体流出、入系统，物质能量用h，若不流动用u。第27页/共47页归纳热力学解题思路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4）不可逆过程的功可尝试从外部参数着手。从已知条件逐步推向目标从已知条件逐步推向目标从目标反过来缺什么补什么从目标反过来缺什么补什么第28页/共47页5 开口系统稳态流动能量方程稳态流动能量方程稳定流动条件下每截面状态不变：一、稳态流动能量方程第29页/共47页微元过程第30页/共47页二、技术功技术功第31页/共47页对微元过程对可逆过程第32页/共47页技术功在示功图上的表示技术功在示功图上的表示第33页/共47页三、理想气体焓变的计算三、理想气体焓变的计算用定值比热计算:用平均比热计算:适用于理想气体的一切热力过程或者实际气体的定压过程第34页/共47页用真实比热计算理想气体组成的混合气体的焓：第35页/共47页例题3-4某气体在压气机内被压缩，压缩前的参数：p1=100Kpa，v1=0.845m3/kg，压缩后：p2=800Kpa，v2=0.175m3/kg。设压缩过程每千克气体热力学能增加150kJ，同时向外放热50kJ，压气机每分钟产生压缩气体10kg。求：（1）压缩过程对每kg气体所做的压缩功；（2）每产生1kg压缩气体所需的轴功；（3）带动此压气机要用多大功率的电动机；（4）压缩前后气体的焓变。第36页/共47页一、汽轮机等动力机械 q=h+wt q=h+c2/2+gz+ws 现 q=0;c2=0;z=0 故 ws=-h=h1-h2c1c26 稳定流动能量方程的应用稳定流动能量方程的应用第37页/共47页二、压气机、泵和风机 q=h+c2/2+gz+ws 现 q=0 c2=0 z=0 故 -ws=h=h2-h1第38页/共47页三、锅炉和各种热交换器q=h+ws 现 ws=0 q=h=h2-h1cf2cf1近似为0第39页/共47页四、喷管q=h+c2/2+gz+ws现 q=0 z=0 ws=0 c1c2第40页/共47页五、绝热节流 q=h+c2/2+gz+ws 现 q=0 wt=0 故 h=0 即 h1=h2c1c2第41页/共47页例题3-5流体以c1=3m/s的速度通过直径7.62cm的管路进入动力机，进口处h1=2558.6kJ/kg，热力学能2326kJ/kg，压力p1=689.48kPa，动力机出口h2=1395.6kJ/kg。忽略流体动能和位能的变化，求动力机发出的功率，设过程绝热。第42页/共47页例题3-6空气流量用装在空气管道中的电加热器测量。电加热器前后的空气温度用温度计测量。加热器功率恒定为750W，通电后电加热器前后空气温度t1=15，t2=18.1。空气加热器后压力116kPa，管径d=0.09m。空气定压比热1.01kJ/（kg.K）。求：每小时空气质量流量，及空气加热器后的流速。t1t2第43页/共47页风机连同空气加热器，空气进入风机时的参数：p1=100kPa，t1=0，风量V=2000m3/h。通过加热器后空气温度t2=150，压力保持不变。风机功率P=2kW。设空气比热容为定值，忽略系统散热损失。风机加热器例题3-7第44页/共47页本章重点本章基本要求本章基本要求深深刻刻理理解解热热量量、储储存存能能、功功的的概概念念，深深刻刻理理解解热热力力学能、焓的物理意义学能、焓的物理意义理理解解膨膨胀胀（压压缩缩）功功、轴轴功功、技技术术功功、流流动动功功的的联联系与区别系与区别本章重点本章重点熟熟练练应应用用热热力力学学第第一一定定律律解决具体问题解决具体问题第45页/共47页习题：3-3，3-7，3-9，3-12，3-15，3-20 第46页/共47页感谢您的观看！第47页/共47页
