动力热力学第一定律优秀课件.ppt

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1、动力热力学第一定律第1页，本讲稿共35页2-2热力学能和总能一、热力学能一、热力学能（内能）（内能）(internalenergy)(internalenergy)定义：物体内部的能量。定义：物体内部的能量。微观上，微观上，内能包括内能包括分子动能（平动、转动、振动）分子动能（平动、转动、振动）分子间势能分子间势能化学能化学能核能核能本课程不涉及本课程不涉及第2页，本讲稿共35页二、内能是状态参数二、内能是状态参数一个抽象的闭系（代表各种具体情况）如图，经一个微元过程：一个抽象的闭系（代表各种具体情况）如图，经一个微元过程：第3页，本讲稿共35页对系统，第一定律能律守恒关系为：对系统，第一定律

2、能律守恒关系为：进入系统的能量进入系统的能量离开系统的能量离开系统的能量=系统内部能量的增量系统内部能量的增量即即第4页，本讲稿共35页对任何循环：对任何循环：此结论来自第一定律或经验。此结论来自第一定律或经验。则结论：则结论：U U是状态参数。是状态参数。这是因为，在数学上，如果这是因为，在数学上，如果则，则，z z为点函数。为点函数。对点函数对点函数zz有，有，与路径无关。与路径无关。这是状态参数具有的性质。即状态参数只与状态有关，这是状态参数具有的性质。即状态参数只与状态有关，而与达到该状态的过程无关。而与达到该状态的过程无关。内能的单位是：内能的单位是：J(J(焦耳焦耳)；工程中关心的

3、是；工程中关心的是UU。第5页，本讲稿共35页三、总能量三、总能量（totalstoredenergyofsystemtotalstoredenergyofsystem）总总=内内+动动+势势第6页，本讲稿共35页2-3能量的传递和转化能量传递的两种方式：能量传递的两种方式：作功作功热传递热传递功和热的不同点和相同点：功和热的不同点和相同点：功和热均为系统和外界通过边界传递的能量，都是过程量；功和热均为系统和外界通过边界传递的能量，都是过程量；功的传递改变宏观运动状态；热的传递改变微观的运动状态。功的传递改变宏观运动状态；热的传递改变微观的运动状态。第7页，本讲稿共35页介绍几种功：介绍几种功

4、：1.1.容积变化功，容积变化功，是容积变化或边界移动产生的功；是容积变化或边界移动产生的功；热能转变为机械能，只能通过容积变化（膨胀）功实现。热能转变为机械能，只能通过容积变化（膨胀）功实现。膨胀是热变功的根本方式。（以后的讲解可以理解）膨胀是热变功的根本方式。（以后的讲解可以理解）第8页，本讲稿共35页x活塞右移，工质进入气缸。实质是外界压力p把工质压入气缸，故推动功为：p，v推动功作用在质量m上。m被推入系统内，所以推动功随质量m一起进入系统。推动功的意义：工质m流入系统带入的功(外界对系统作功)；工质m流出系统带出的功(系统对外界作功)。2.推动功(flowwork;flowenerg

5、y)：推动工质移动所作的功；或因工质在开口系统中流动而传递的功。第9页，本讲稿共35页3.流动功(flowwork;flowenergy)：入口1出口2意义：维持开系流动，工质所作的功；出口和进口推动功之差便是流动功。第10页，本讲稿共35页4.4.技术功：技术功：式中：式中：维持流动工质所作的功。维持流动工质所作的功。可见：技术功可见：技术功=膨胀功膨胀功-流动功，它是膨胀功的一部分。流动功，它是膨胀功的一部分。技术功的意义：是开系对外界作的功。技术功的意义：是开系对外界作的功。这是因为：工质作功是膨胀功这是因为：工质作功是膨胀功WW，它一部份用于维持开，它一部份用于维持开系流动系流动Wf,

6、Wf,剩下的部分才是开系作的功。剩下的部分才是开系作的功。故：开系作的功，不是膨胀功，而是技术功。故：开系作的功，不是膨胀功，而是技术功。定义：定义：工质由入口工质由入口1 1流动到出口流动到出口2 2所作的膨胀功；所作的膨胀功；第11页，本讲稿共35页p pV V1 12 2b ba ac cd d膨胀功：面积膨胀功：面积12ba112ba1；技术功：面积技术功：面积12cd112cd1。进一步分析：进一步分析：示功图：示功图：第12页，本讲稿共35页2-4焓(enthalpy)定义：定义：H=U+pVH=U+pV叫焓叫焓h=u+pvh=u+pv叫比焓叫比焓单位：单位：J(J(焦耳焦耳)焓是

7、状态参数。焓是状态参数。因为：内能因为：内能U U和和pVpV推动功都随推动功都随mm流动带走。流动带走。流动工质携带的总能：流动工质携带的总能：工质宏观运动决定工质宏观运动决定焓的物理意义是：随工质移动而转移的能量；焓的物理意义是：随工质移动而转移的能量；或：流动工质携带的由热力状态决定的能量。或：流动工质携带的由热力状态决定的能量。单位：单位：J/kg(J/kg(焦耳焦耳/千克千克)第13页，本讲稿共35页进入系统的能量总和进入系统的能量总和 离开系统的能量总和离开系统的能量总和=系统总储存能的增量系统总储存能的增量E EE+dEE+dE2-5热力学第一定律的基本能量方程式第14页，本讲稿

8、共35页进入：进入：离开：离开：内部贮能的增量：内部贮能的增量：dEdE带入基本能量方程式并整理得：带入基本能量方程式并整理得：基本能量方程式基本能量方程式热变功的基本关系：热变功的基本关系：工质吸热工质吸热QQ，一部分增加内能，一部分增加内能dUdU，另一部分对外作，另一部分对外作WW。忽略宏观动能忽略宏观动能U Uk k和位能和位能U Up p，第一定律定第一表达式第一定律定第一表达式第15页，本讲稿共35页有关焓的关系式：有关焓的关系式：注意：正负的规定注意：正负的规定工质吸热，工质吸热，QQ 0 0；工质放热；工质放热QQ0 00；外界对工质作功；外界对工质作功WW00。参考下面式子自

9、己推导。参考下面式子自己推导。H=U+pVH=U+pV第一定律定第二表达式第一定律定第二表达式第16页，本讲稿共35页功的基本表达式功的基本表达式第一定律第一解析式第一定律第一解析式热热讨论：讨论：1）对于可逆过程2）对于循环3）对于一定量的工质，吸热与升温关系，还取决于W的“+”，“”和大小。第17页，本讲稿共35页例自由膨胀如图，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?例题第二章A4302661.ppt 例题第二章A4303771.ppt 第18页，本讲稿共35页一、一般表达式一、一般表达式进入系统的能量进入系统的能量 离开系统的能量离开系统的能量=控

10、制容积的储存能增量控制容积的储存能增量2-6开口系统能量方程第19页，本讲稿共35页d d 时间时间内内:进进入入系统物质系统物质系统物质系统物质离开系统物质离开系统物质离开系统物质离开系统物质第20页，本讲稿共35页1.1.进入系统的能量：进入系统的能量：热量：热量：QQ2.2.离开系统的能量：离开系统的能量：控制体积的容积变化微元功控制体积的容积变化微元功微元轴功微元轴功微元内部功微元内部功微元摩擦功微元摩擦功第21页，本讲稿共35页3.3.系统储存能的增量：系统储存能的增量：CVCV表示控制体内部。表示控制体内部。带入一般表达式，整理得：带入一般表达式，整理得：单位时间内单位时间内(上式

11、是上式是d d 时间时间内的能量关系内的能量关系)令：令：=QQ/d/d加热率加热率(热流量热流量)；=dm/d=dm/d 质量流率质量流率(量量)；Pi=Pi=WiWi/d d 内部功率。内部功率。则：则：第22页，本讲稿共35页二、稳定流动能量方程式(steady-flowenergyequation)稳定流动特征：1）各截面上参数不随时间变化。2）ECV=0，SCV=0，mCV=0稳定流动：系统内任何点上的一切参数都不随时间变化。稳定流动：系统内任何点上的一切参数都不随时间变化。满足条件：满足条件：1.1.进出口状态不变进出口状态不变(热力状态热力状态)；2.2.进出口流量相等且不变进出

12、口流量相等且不变(流动状态流动状态)；3.3.功和热量不随时间变化功和热量不随时间变化(能量状态能量状态)；注意：各截面之间的相应参数可能不同。注意：各截面之间的相应参数可能不同。第23页，本讲稿共35页准稳定流动：准稳定流动：如内燃机的气体流动，虽时时在变，但有周期性，如内燃机的气体流动，虽时时在变，但有周期性，其平均流可看作稳定。其平均流可看作稳定。对（准）稳定流动，开口系统能量方程式中对（准）稳定流动，开口系统能量方程式中是流入是流入1kg1kg工质的吸热量；工质的吸热量；是流入是流入1kg1kg工质的内部功。工质的内部功。第24页，本讲稿共35页则得稳定流动能量方程：则得稳定流动能量方

13、程：写成微量的形式：写成微量的形式：质量为质量为mm的工质：的工质：写成微量的形式：写成微量的形式：第25页，本讲稿共35页A A式可化为：式可化为：热能转变为功的部分热能转变为功的部分机械能增量机械能增量流动功流动功内部功内部功三、三、技术功：技术上可资利用的功，用技术功：技术上可资利用的功，用表示：表示：定义：定义：与本页第一式比较得：与本页第一式比较得：（容积变化功或膨胀功（容积变化功或膨胀功WW）第26页，本讲稿共35页工质膨胀功工质膨胀功=流动功流动功+动能增量动能增量+势能增量势能增量+内部功内部功即是说：维持开系流动的流动功，工质动、势能的增量，及工即是说：维持开系流动的流动功，

14、工质动、势能的增量，及工质的内部功都是从工质膨胀功转化而来的。质的内部功都是从工质膨胀功转化而来的。或说：热能转变为机械能，只能通过膨胀功是实现。或说：热能转变为机械能，只能通过膨胀功是实现。四、热能转变为机械能，只能通过容积变化（膨胀）功来实现。四、热能转变为机械能，只能通过容积变化（膨胀）功来实现。上页第一式变为：上页第一式变为：第27页，本讲稿共35页归纳热力学解题思路热力学解题思路1）取好热力系取好热力系2）计算初、终态计算初、终态3）两种解题思路两种解题思路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4）不可逆过程的功可尝试从外部参数着

15、手不可逆过程的功可尝试从外部参数着手第28页，本讲稿共35页稳定流动：稳定流动：一、动力机一、动力机(蒸汽轮机、燃气轮机蒸汽轮机、燃气轮机steamturbine,gasturbinesteamturbine,gasturbine)是因为它们远小于是因为它们远小于内部功内部功=焓降焓降(工质携带能量的减少工质携带能量的减少)内部储能增量：02-7能量方程式的应用第29页，本讲稿共35页2、压气机，水泵类(compressor、pump)图设备图压气机.doc 与动力机过程相反：与动力机过程相反：内部储能增量：0第30页，本讲稿共35页3、换热器（锅炉、加热器等）(heatexchanger;b

16、oiler、heater)第31页，本讲稿共35页流入：流出：内增：0若忽略动能差、位能差能量平衡关系式能量平衡关系式吸热吸热焓增焓增放热放热焓降焓降第32页，本讲稿共35页四、管道四、管道流入：流出：内增：0忽略位能差：忽略位能差：管子短或保温好管子短或保温好q0q0：第33页，本讲稿共35页例题第二章A4312661.ppt 例题第二章A4322661.ppt 例题第二章A4332771.ppt 例题第二章A4333771.ppt 五、节流（自看）五、节流（自看）例：例：2-3p42(2-3p42(见书本见书本)第34页，本讲稿共35页作业：22，5，7，9，13。第35页，本讲稿共35页