第2章热力学第一定律优秀PPT.ppt

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1、第2章热力学第一定律现在学习的是第1页，共59页本章的基本要求教学目标教学目标：使学生深入理解并熟练掌握热力学第一定律的内容和实质，能将工程实际问题建立热力学模型。知识点：知识点：理解和掌握热力学第一定律基本表达式基本能量方程；理解和掌握闭口系、开口系和稳定流动能量方程及其常用的简化形式；掌握能量方程的内在联系与共性，热变功的实质。能力点：能力点：培养学生正确、灵活运用基本能量方程，对工程实际中的有关问题进行简化和建立模型的能力。培养学生结合系统的特点推导出闭口系、开口系及稳定流动过程能量方程的逻辑思维能力和演绎思维能力。德育点：德育点：对学生进行能源的合理利用、节能及环保等相关的可持续发展观

2、念的教育。重重 点：点：热力学第一定律的实质，闭口、开口系统热力学第一定律解析式的表述形式及适用条件，在不同工程场合中的热工计算，及充气和放气过程的计算。难难 点：点：热力学第一定律及其应用是本课程的重点内容，应深刻理解这个定律的普遍适用性，牢固掌握各种热力学第一定律表达式的适用条件，并能将理论与工程实际相联系。现在学习的是第2页，共59页21热力学第一定律的实质现在学习的是第3页，共59页 热力学第一定律是能量转换和守恒定律热力学第一定律是能量转换和守恒定律在热力学上的应用，确定了热能和机械能之在热力学上的应用，确定了热能和机械能之间的相互转换的间的相互转换的数量关系。数量关系。【实质实质】

3、热力学第一定律：热力学第一定律：热能热能和和机械能机械能在转移在转移和转换的过程中，能量的总量必定守恒。和转换的过程中，能量的总量必定守恒。【表述表述】第一类永动机：第一类永动机：不消耗能量而连续作功的设备不消耗能量而连续作功的设备。相应量热功现在学习的是第4页，共59页22热力学能和总能能量是物质运动的度量，运动有各种不同能量是物质运动的度量，运动有各种不同 的形态，相应的就有各种不同的能量。的形态，相应的就有各种不同的能量。系统储存的能量称为系统储存的能量称为储存能储存能，它有，它有内部储内部储 存能存能与与外部储存能外部储存能之分。系统的内部储存之分。系统的内部储存 能即为能即为热力学能

4、热力学能，又称为，又称为内能内能。现在学习的是第5页，共59页下面的热力学系统具有哪些方面的能量?热力系热力系cfz内部能量外部动能外部势能现在学习的是第6页，共59页一、热力学能（内能）热力学能是下列各种能量的总和：热力学能是下列各种能量的总和：分子热运动形成的分子热运动形成的内动能内动能,它是它是温度温度的函数。的函数。分子间相互作用形成的分子间相互作用形成的内位能内位能，它是，它是比体积和温度比体积和温度的的 函数。函数。维持一定分子结构的化学能、原子核内部的原子能及维持一定分子结构的化学能、原子核内部的原子能及 电磁场作用下的电磁能等。电磁场作用下的电磁能等。现在学习的是第7页，共59

5、页热力学能是热力学能是状态参数状态参数，是热力状态的单值函数：，是热力状态的单值函数：热力学能 比热力学能符号：U u单位：焦耳（J）J/kg 千焦（kJ）kJ/kg 现在学习的是第8页，共59页二、外部储存能需要用系统外的参考坐标系测量的参数来表示的能量，称为外部储存能，它包括系统的宏观动能和重力位能：重力位能：宏观动能：现在学习的是第9页，共59页系统的储存能系统的储存能热力学能热力学能 宏观动能宏观动能宏观位能宏观位能即即系统的储存能系统的储存能三、系统的总储存能（简称总能）现在学习的是第10页，共59页内内 能能宏观动能宏观动能宏观位能宏观位能储储 存存 能能现在学习的是第11页，共5

6、9页23能量的传递与转化现在学习的是第12页，共59页一、作功与传热作功作功和和传热传热是能量传递的两种方式，功量和热量不是能量传递的两种方式，功量和热量不是系统的状态参数，而是与过程特征有关的是系统的状态参数，而是与过程特征有关的过程量过程量，称为称为迁移能迁移能。二者区别如何？二者区别如何？现在学习的是第13页，共59页气缸活塞飞轮热源观察下面的过程观察下面的过程,看热能是如何看热能是如何转换为功的转换为功的工质、机器和热源组成的系统假设过程是可逆的。回顾：过程可逆的条件是什么？现在学习的是第14页，共59页气缸活塞飞轮热源左止点1pv可逆过程模拟现在学习的是第15页，共59页气缸活塞飞轮

7、热源左止点12pv续41现在学习的是第16页，共59页气缸飞轮热源左止点12pv续41现在学习的是第17页，共59页气缸飞轮热源左止点12pv续41现在学习的是第18页，共59页气缸飞轮热源左止点12pv续41现在学习的是第19页，共59页气缸飞轮热源左止点12pv续41现在学习的是第20页，共59页气缸飞轮热源左止点1pv续41现在学习的是第21页，共59页气缸飞轮热源左止点1pv续41现在学习的是第22页，共59页气缸飞轮热源左止点1pv续41现在学习的是第23页，共59页气缸飞轮热源左止点右止点12pv续41现在学习的是第24页，共59页气缸飞轮热源左止点右止点12pv续41问题：左图中

8、阴影部分的面积代表什么？现在学习的是第25页，共59页作功：借作功来传递能量总是和物体的宏观位移有关。作功过程中往往伴随着能量形态的变化。传热：借传热来传递能量不需要物体的宏观移动。传热是相互接触的物体间存在温差时发生的 能量传递过程，无能量形态的变化。现在学习的是第26页，共59页工质在开口系统中流动而传递的功，叫工质在开口系统中流动而传递的功，叫推动功推动功。二、推动功和流动功二、推动功和流动功现在学习的是第27页，共59页工工质质在在流流动动时时，总总是是从从后后面面获获得得推推动动功功，而而对对前前面面作作出出推推动动功功，进进出出系系统统的的推推动动功功之之差差称称为为流流动动功功（

9、也也是是系系统统为为维持工质流动所需的功）。维持工质流动所需的功）。w-(pv)现在学习的是第28页，共59页24焓一、焓的定义：焓的单位：J，比焓的单位：J/kg二、焓是状态参数现在学习的是第29页，共59页三、焓的意义焓是物质进出开口系统时带入或带出的热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，力学能与推动功之和，是随物质一起转移的是随物质一起转移的能量能量。焓是一种宏观存在的焓是一种宏观存在的状态参数状态参数，不仅在开，不仅在开 口系统中出现，而且在分析闭口系统时，口系统中出现，而且在分析闭口系统时，它同样存在。它同样存在。现在学习的是第30页，共59页25热力学第一定律

10、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增加开系、闭系情况不同有不同的方程式现在学习的是第31页，共59页一、闭口系统的能量方程一、闭口系统的能量方程 闭口系统的能量方程是闭口系统的能量方程是热力学第一定律在热力学第一定律在控制质量系统中的具体应用，是控制质量系统中的具体应用，是热力学第一定热力学第一定律的律的基本能量方程式。基本能量方程式。现在学习的是第32页，共59页闭系能量方程总结：m kg工质经过有限过程m kg工质经过微元过程1 kg工质经过有限过程1 kg工质经过微元过程注意上述方程的使用前提:系统无宏观动能和宏观势能变化!1-3-9 物理意义 适用范围现在学习

11、的是第33页，共59页二、闭口系能量方程的应用例题例题2 21 1 一一 个个 装装 有有2 2k kg g工工 质质 的的 闭闭 口口 系系 经经 历历 了了 如如 下下 过过 程程：过过程程中中系系统统散散热热2 25 5k kJ J，外外界界对对系系统统做做功功1 10 00 0K KJ J，比比 热热力力学学能能减减小小1 15 5K KJ J/k kg g，且且整整个个系系统统被被举举高高1 10 00 00 0m m。试确定过程中系统动能的变化试确定过程中系统动能的变化。现在学习的是第34页，共59页工质在设备内流动时，在同一截面上参数 近似地看作是均匀的；并认为同一截面上 各点流

12、速一致【取平均值】。【热力参数、力学参数】26开口系统能量方程式现在学习的是第35页，共59页一、开口系能量方程现在学习的是第36页，共59页开口系能量方程的推导开口系能量方程的推导 Wnet Qpvin moutuinuoutgzingzout Q+min(u+c2/2+gz)in-mout(u+c2/2+gz)out -Wnet=dEcv minpvout现在学习的是第37页，共59页此式为开口系能量方程的一般表达式 进、出系统的工质有若干股，则方程为：现在学习的是第38页，共59页以流率表示的开口系能量方程：现在学习的是第39页，共59页二、稳定流动能量方程所谓稳定流动稳定流动，即流动过

13、程中开口系内部及其边界上各点工质的热力参数及运动参数都不随时间而变。现在学习的是第40页，共59页能量方程：此方程为流过开口系1kg流体的稳定流动的能量方程。其微分形式为：现在学习的是第41页，共59页若流过开口系mkg流体的稳定流动的能 量方程及其微分形式为：现在学习的是第42页，共59页三、稳定流动能量方程式的分析此三项为机械能，是技术上可资利用的功，称为技术功，用表示现在学习的是第43页，共59页 对于可逆过程：微分形式：现在学习的是第44页，共59页以技术功的形式表达稳定流能量方程一般形式过程可逆现在学习的是第45页，共59页开口系能量方程总结稳定流动一般形式现在学习的是第46页，共5

14、9页以技术功的形式表达稳定流能量方程一般形式过程可逆现在学习的是第47页，共59页27能量方程式的应用 这里介绍能源与动力工程领域内常见的几种热力设备的简化模型，稳定工况下的能量转换关系。现在学习的是第48页，共59页1、动力机现在学习的是第49页，共59页去凝汽器去凝汽器调速器调速器来自锅炉来自锅炉喷管喷管 叶片叶片 汽轮机汽轮机发电机发电机现在学习的是第50页，共59页2、压气机电动机电动机现在学习的是第51页，共59页3、换热器现在学习的是第52页，共59页物理模型注：流入和流出的速度相等。12流入流出现在学习的是第53页，共59页4、喷管喷管喷管混合室混合室扩压管扩压管高压工作流体高压工作流体被引射流体被引射流体现在学习的是第54页，共59页现在学习的是第55页，共59页物理模型现在学习的是第56页，共59页5、节流注：流入和流出的速度相等。现在学习的是第57页，共59页本章结束现在学习的是第58页，共59页解解:根据根据:(1)(2)将(2)代入(1),得:(3)将已知条件代入(3),得:现在学习的是第59页，共59页