2热工第二章热力学第一定律3.ppt
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1、 第二章第二章 热力学第一定律热力学第一定律firstlawofthermodynamics一、热力学第一定律的表述一、热力学第一定律的表述任何形式的能量,既不能消灭也不能创造,只能从一种任何形式的能量,既不能消灭也不能创造,只能从一种形式转换成另一种形式,在转换过程中能量的总量保持恒形式转换成另一种形式,在转换过程中能量的总量保持恒定,定,-能量守恒转换定律。能量守恒转换定律。2-1 2-1 热力学第一定律的实质热力学第一定律的实质能量守恒能量守恒-能源危机能源危机?实实 质质内内能能在工程热力学中,主要是热能和机械能之间的相互转化和总量守恒热力循环中工质热力循环中工质吸收的净热量等吸收的净
2、热量等于工质对外所作于工质对外所作的净功的净功q=W实实 质质内内能能本质:能量转换及守恒定律在本质:能量转换及守恒定律在热过程热过程中的应用中的应用(qW)=0qW=du热力学能(热力学能(内内能)能)q=W实实 质质内内能能2-2 2-2 热力学能热力学能一、定义一、定义:物体因热运动而具有的能量物体因热运动而具有的能量,是存储于物体是存储于物体内部的能量内部的能量气体内部所具有的各种能量的总和热力学能热力学能 内动能内动能内位能内位能原子能化学能内热能内热能(工程热力学)(工程热力学)实实 质质内内能能作功作功二、热力学能热力学能是状态参数是状态参数U=f(T,v),U=f(p,v),U
3、=f(T,v),U=f(p,v),U=f(T,p)U=f(T,p)三、表示与单位:U 表示质量为m的气体 单位:J,KJ。比热力学能u:1kg气体 单位:J/kg,KJ/kg。12p pv vba实实 质质内内能能作功作功2-3热力学第一定律基本能量方程式进入系统能量离开系统能量系统中存储能量的增加q=du+wQ=U+WQq=W(qW)=0:wQ焓焓一定律一定律Q=U+W 适用条件:闭口系;可逆、不可逆;闭口系;可逆、不可逆;理想和实际气体;初、终态为平衡态理想和实际气体;初、终态为平衡态符号规定:符号规定:吸热吸热q q为正,放热为负为正,放热为负系统对外作功为正,反之为负系统对外作功为正,
4、反之为负系统内能增大系统内能增大为正为正,反之为负反之为负Q=H+Wt能量方程能量方程Q=U+WQ=U+W由于工质膨胀做功为正;接受外界压缩功为负,所以断定工质经历了压缩过程,外界对气体作功为34kJ.例:气体在某一过程中吸收了50kJ的热量,同时热力学能增加了84kJ,问此过程中气体做功是多少?功是负值意味什么?Q=50KJ U=84KJ 解:Q=U+WW=Q-UW=50KJ-84KJ=-34KJQ=H+Wt能量方程能量方程Q=U+W2-4 2-4 开口系统能量方程式开口系统能量方程式一一 稳定流动稳定流动1.1.定义:当热力系统在任何截面上工质的一切参数定义:当热力系统在任何截面上工质的一
5、切参数都不随时间变化时都不随时间变化时-稳定流动稳定流动2.2.稳定流动的条件:稳定流动的条件:进出口处工质的状态不随时间变化进出口处工质的状态不随时间变化 进出口处工质不随时间变化,满足质量守恒进出口处工质不随时间变化,满足质量守恒 系统和外界交换的一切能量不随时间变化,满系统和外界交换的一切能量不随时间变化,满足足 能量守恒能量守恒Q=H+Wt能量方程能量方程Q=U+W3.实际热机的工作过程大多可认为是稳定过程。4.任一截面上的各种参数都不随时间改变,但各截面上参数可以不同。Q=H+Wt能量方程能量方程Q=U+W二、能量的传递和转化二、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:
6、作功和热传递作功和热传递功在传递的过程中伴随着能量形式的变化功在传递的过程中伴随着能量形式的变化热传递过程中能量形式不发生变化热传递过程中能量形式不发生变化体积功体积功推动功推动功技术功技术功QW一、作功一、作功焓焓内内能能作功作功w1-21-2=pdvW=p vx1kg工质要进入截面,必须克服反抗力 p1 A1,外界需要对工质作推动功推动功pvpv;:21w1-2=pdv比较:膨胀功焓焓内内能能功功pvpv推动功推动功由于流进(出)系统的工质本身的状态并没有改变,因此推动功不是工质本身作的。推动功只能是由流进(出)系统的工质传递而由工质后面的物质系统作出的,流进时是称之为外部功源的系统,例如
7、,风机、水泵等所作流出时是开口系统内其它工质所作 例:1、气体流入真空容器,不该有推动功吧?2、推动功是谁作的?是不是流进(出)系统的工质本身作的?有有焓焓内内能能功功4、技术功:、技术功:p1v1p2v2wWt=w+p1v1-p2v2W Wt t:技术功技术功W:W:膨胀功膨胀功p p1 1v v1 1-p-p2 2v v2 2 推动功之差推动功之差pv12Wt:pv12vp12W推动功推动功焓焓内内能能功功三、焓 比焓比焓:h=H/m=u+p v :h=H/m=u+p v (J/kg(J/kg或或/kg)/kg)abcpv二、二、焓是状态参数焓是状态参数一、定义:一、定义:p pV V焓=
8、热力学能+推动功(J(J或或)dh=0dh=0焓焓一定律一定律功功由于 p、v、u 都是状态参数,所以焓也是工质的一个状参数。对于一定状态的工质,p、v、u都有确定的值,焓的值也就随之而定。三、如何计算h?h=u+p vh=u+p v一般无法测定工质的焓和热力学能的绝对值。在热工计算中关心的是两个状态间焓的变化(h),因此,可选取某一状态的焓值为零作为计算基准。焓焓一定律一定律功功u是工质本身所具有的能量,pv则是随工质流动而转移的能量,因此焓代表工质流入(出)开口系时传递的能量。四、焓的物理意义四、焓的物理意义 工程中常碰到工质连续不断流过热力设备,随工质流动而转移的能量中,取决于工质热力状
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