工程热力学第二章优秀PPT.ppt

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1、工程热力学第二章你现在浏览的是第一页，共20页本章的基本要求本章的基本要求qq深入理解热力学第一定律的实质；深入理解热力学第一定律的实质；深入理解热力学第一定律的实质；深入理解热力学第一定律的实质；qq掌握能量、储存能、热力学能、推动功、流动功、焓的概念；掌握能量、储存能、热力学能、推动功、流动功、焓的概念；掌握能量、储存能、热力学能、推动功、流动功、焓的概念；掌握能量、储存能、热力学能、推动功、流动功、焓的概念；qq掌握体积变化功、推动功和技术功的概念及计算式；掌握体积变化功、推动功和技术功的概念及计算式；掌握体积变化功、推动功和技术功的概念及计算式；掌握体积变化功、推动功和技术功的概念及计

2、算式；qq熟练掌握热力学第一定律的基本能量方程式（闭口系统和开口熟练掌握热力学第一定律的基本能量方程式（闭口系统和开口熟练掌握热力学第一定律的基本能量方程式（闭口系统和开口熟练掌握热力学第一定律的基本能量方程式（闭口系统和开口系统），能够正确、灵活地应用热力学第一定律表达式来分析系统），能够正确、灵活地应用热力学第一定律表达式来分析系统），能够正确、灵活地应用热力学第一定律表达式来分析系统），能够正确、灵活地应用热力学第一定律表达式来分析计算工程实际中的有关问题。计算工程实际中的有关问题。计算工程实际中的有关问题。计算工程实际中的有关问题。你现在浏览的是第二页，共20页回顾能量守恒定律回顾能量

3、守恒定律1919世纪世纪30-4030-40年代，迈尔年代，迈尔焦耳（德国医生）发现并确定了能焦耳（德国医生）发现并确定了能量转换与守恒定律。恩格斯将这列为量转换与守恒定律。恩格斯将这列为1919世纪三大发现之一（细胞学世纪三大发现之一（细胞学说、达尔文进化论）。说、达尔文进化论）。能量转换与守恒定律定律指出：一切物质都具有能量。能能量转换与守恒定律定律指出：一切物质都具有能量。能量既不可能创造，也不能消灭，它只能在一定的条件下从一种量既不可能创造，也不能消灭，它只能在一定的条件下从一种形式转变为另一种形式。而在转换中，能量的总量恒定不变。形式转变为另一种形式。而在转换中，能量的总量恒定不变。

4、至今为止，没有一个人提出一个事实不符合这条自然规律的，相反，至今为止，没有一个人提出一个事实不符合这条自然规律的，相反，在各个领域：天文、地理、生物、化学、电磁光、宏观、微观各领域都在各个领域：天文、地理、生物、化学、电磁光、宏观、微观各领域都遵循遵循这条规律。热力学是研究能量及其特性的科学，它必然要遵循这这条规律。热力学是研究能量及其特性的科学，它必然要遵循这条规律。条规律。你现在浏览的是第三页，共20页 热力学第一定律是能量守恒与转换定律在热力学中的应热力学第一定律是能量守恒与转换定律在热力学中的应热力学第一定律是能量守恒与转换定律在热力学中的应热力学第一定律是能量守恒与转换定律在热力学中

5、的应用，它确定了热力过程中各种能量在数量上的相互关系。用，它确定了热力过程中各种能量在数量上的相互关系。用，它确定了热力过程中各种能量在数量上的相互关系。用，它确定了热力过程中各种能量在数量上的相互关系。在工程热力学的范围内，主要考虑热能与机械能之间的相互在工程热力学的范围内，主要考虑热能与机械能之间的相互在工程热力学的范围内，主要考虑热能与机械能之间的相互在工程热力学的范围内，主要考虑热能与机械能之间的相互转换与守恒，因此热力学第一定律可表述为：热可以变为功，转换与守恒，因此热力学第一定律可表述为：热可以变为功，转换与守恒，因此热力学第一定律可表述为：热可以变为功，转换与守恒，因此热力学第一

6、定律可表述为：热可以变为功，功也可以变为热，在相互转变时能的总量是不变的。功也可以变为热，在相互转变时能的总量是不变的。功也可以变为热，在相互转变时能的总量是不变的。功也可以变为热，在相互转变时能的总量是不变的。根据热力学第一定律，为了获得机械能，则必须花费热能根据热力学第一定律，为了获得机械能，则必须花费热能根据热力学第一定律，为了获得机械能，则必须花费热能根据热力学第一定律，为了获得机械能，则必须花费热能或其他形式能量，第一类永动机是不可能实现的。或其他形式能量，第一类永动机是不可能实现的。或其他形式能量，第一类永动机是不可能实现的。或其他形式能量，第一类永动机是不可能实现的。你现在浏览的

7、是第四页，共20页 2 21 1 热力学第一定律的实质热力学第一定律的实质一一一一.第一定律的实质：能量守恒与转换定律在热现象中的第一定律的实质：能量守恒与转换定律在热现象中的第一定律的实质：能量守恒与转换定律在热现象中的第一定律的实质：能量守恒与转换定律在热现象中的应用。应用。应用。应用。二二二二.第一定律的表述：第一定律的表述：第一定律的表述：第一定律的表述：热是能的一种，机械能变热能，热是能的一种，机械能变热能，热是能的一种，机械能变热能，热是能的一种，机械能变热能，或热或热或热或热能变机械能的时候，他们之间的比值是一定的。能变机械能的时候，他们之间的比值是一定的。能变机械能的时候，他们

8、之间的比值是一定的。能变机械能的时候，他们之间的比值是一定的。n n或：或：或：或：nn n n热可以变为功，功也可以变为热；一定量的热消失时必热可以变为功，功也可以变为热；一定量的热消失时必热可以变为功，功也可以变为热；一定量的热消失时必热可以变为功，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，必出现与之相定产生相应量的功；消耗一定量的功时，必出现与之相定产生相应量的功；消耗一定量的功时，必出现与之相定产生相应量的功；消耗一定量的功时，必出现与之相应量的热。应量的热。应量的热。应量的热。你现在浏览的是第五页，共20页 22 22 热力学能（内能）和总能热力学能（内能

9、）和总能一.热力学能(internal energy)U内内动能能U内位能内位能U化学能化学能 U原子能原子能 U电磁能电磁能平移动能平移动能 转动动能转动动能 振动动能振动动能分子分子间的相互作用力的相互作用力你现在浏览的是第六页，共20页在无化学反在无化学反应及原子核反及原子核反应的的过程中，化学能、原子核能都不程中，化学能、原子核能都不变化，可以不考化，可以不考虑。因此。因此热力学能的力学能的变化只是内化只是内动能和内位能能和内位能的的变化。化。热力学能的单位：焦耳（热力学能的单位：焦耳（J），），U比热力学能（比热力学能（1kg物质的热力学能）的单位：物质的热力学能）的单位：Jkg，u

10、由于气体的热力状态可由两个独立状态参由于气体的热力状态可由两个独立状态参数决定，所以热力学能一定是两个独立状数决定，所以热力学能一定是两个独立状态参数的函数，即态参数的函数，即(21)你现在浏览的是第七页，共20页二二.总（储存）能总（储存）能(total stored energy of system)总能总能内部储存能（内部储存能（热力学能热力学能）外部储存能（机械能）外部储存能（机械能）宏观动能宏观动能宏观位能宏观位能包括内部储存能和外部储存能，用符号包括内部储存能和外部储存能，用符号“E”表示。表示。E可记为可记为（22）你现在浏览的是第八页，共20页若工质的质量为若工质的质量为m，速

11、度为，速度为cf,在重力场中的高度为在重力场中的高度为z,则工质的总能可写成：则工质的总能可写成：对于对于1 kg工质的总能，即比总能工质的总能，即比总能 e,可表示为可表示为（23）（24）你现在浏览的是第九页，共20页 23 能量的传递和转化能量的传递和转化一、作功和传热一、作功和传热可逆过程的功可逆过程的功能能量量传传递递的的方方式式作功作功（总是伴随物体的宏观位移）（总是伴随物体的宏观位移）传热传热（不需要物体的宏观位移）：（不需要物体的宏观位移）：当热源与工质接触时，接触当热源与工质接触时，接触处两个物体中杂乱运动的质点进行能量交换，结果高温物处两个物体中杂乱运动的质点进行能量交换，

12、结果高温物体把能量传递给低温物体体把能量传递给低温物体工质膨胀对活塞作功：工质的部分工质膨胀对活塞作功：工质的部分能量转化为活塞与飞轮的动能；能量转化为活塞与飞轮的动能；活塞压缩工质作功：活塞与飞活塞压缩工质作功：活塞与飞轮的动能转化为工质的能量，轮的动能转化为工质的能量，工质的能量增加；工质的能量增加；你现在浏览的是第十页，共20页因此，系统与外界交换的能量形式包括有热量、功量和伴随物质因此，系统与外界交换的能量形式包括有热量、功量和伴随物质流传递的能量等。流传递的能量等。热能转化为机械能的过程包括两类过程：热能转化为机械能的过程包括两类过程：（1 1）能量转换的热力学过程：由热能传递转变为

13、工质的热力学）能量转换的热力学过程：由热能传递转变为工质的热力学能，然后由工质膨胀把热力学能变为机械能，转换过程中工质的能，然后由工质膨胀把热力学能变为机械能，转换过程中工质的热力状态发生变化，能量的形式也发生变化；热力状态发生变化，能量的形式也发生变化；（2 2）单纯的机械过程：由热能转换而得的机械能再变成活塞和）单纯的机械过程：由热能转换而得的机械能再变成活塞和飞轮的动能，若考虑工质本身的速度和离地面高度的变化，则还飞轮的动能，若考虑工质本身的速度和离地面高度的变化，则还变成工质的动能和位能，其余部分则通过机器轴对外输出。变成工质的动能和位能，其余部分则通过机器轴对外输出。你现在浏览的是第

14、十一页，共20页1.容积功：容积功：通过工质的容积变化而传递的机械能，包括膨胀功通过工质的容积变化而传递的机械能，包括膨胀功和压缩功。和压缩功。注意：膨胀过程中，注意：膨胀过程中，dv0，w0，系统对外作功；，系统对外作功；压缩过程压缩过程中，中，dv0，w0，外界对系统作功；，外界对系统作功；二、功量二、功量 热力系与外界发生功的作用有多种形式，包括容积功、热力系与外界发生功的作用有多种形式，包括容积功、推动功、流动功等。推动功、流动功等。你现在浏览的是第十二页，共20页2.2.推动功：推动功：推动流体通过控制体界面而传递的机械功，即把工质移推动流体通过控制体界面而传递的机械功，即把工质移

15、入具有一定压力的热力系所需克服和消耗的能量。对于开入具有一定压力的热力系所需克服和消耗的能量。对于开 口系统进行功的计算时需要考虑这种功。口系统进行功的计算时需要考虑这种功。图示为工质经过管道进入气缸的过程。工质的状态参数为图示为工质经过管道进入气缸的过程。工质的状态参数为p,v,Tp,v,T,可可用用p-vp-v图中图中C C点表示，移动过程中工质的状态参数不变。点表示，移动过程中工质的状态参数不变。工质工质作用在面积为作用在面积为A A的活塞上的力为的活塞上的力为pApA工质工质流入气缸推动活塞移动距离为流入气缸推动活塞移动距离为 l，进入气缸的工质质量为，进入气缸的工质质量为m m推动功

16、：推动功：1 kg工质的推动功为工质的推动功为pv，如图中红色矩，如图中红色矩形面积所示。形面积所示。你现在浏览的是第十三页，共20页 的工质，在压力的工质，在压力 的作用下，移动了的作用下，移动了 距离，距离，则外界对工质的推动功为：则外界对工质的推动功为：11式中式中 的代表管道的截面积的代表管道的截面积同理，对于水平管道部分：同理，对于水平管道部分：你现在浏览的是第十四页，共20页3.流动功：流动功：如图所示，取燃气轮机为一开口系统，当如图所示，取燃气轮机为一开口系统，当1 kg 1 kg 工质从截面工质从截面1-11-1流入该热力系统时，工质带入系统的推动功为流入该热力系统时，工质带入

17、系统的推动功为燃气轮机（开口系统）燃气轮机（开口系统）工质在系统中进行膨胀，由状态工质在系统中进行膨胀，由状态1 1到状态到状态2 2，作膨胀功，作膨胀功w w。然后从截面然后从截面2-22-2流出，带出系统的流出，带出系统的推动功为推动功为流动过程中，系统与外界由于物质的进出而传递的机械功，为推流动过程中，系统与外界由于物质的进出而传递的机械功，为推动功之差，用动功之差，用 Wf 表示。表示。你现在浏览的是第十五页，共20页或或流动功：系统维持工质流动所需的功流动功：系统维持工质流动所需的功（推动功之差）（推动功之差）或或你现在浏览的是第十六页，共20页 在不考虑工质的动能及位能变化时，开口

18、系统与在不考虑工质的动能及位能变化时，开口系统与外界交换的功量是膨胀功与流动功之差外界交换的功量是膨胀功与流动功之差若计及工质的动能及位能变化，则还应记入动能差及位能差若计及工质的动能及位能变化，则还应记入动能差及位能差注意两点：注意两点：你现在浏览的是第十七页，共20页焓的定义：焓的定义：24 24 焓焓其中，其中，U是热力系统的热力学能，是热力系统的热力学能，p、V是系统的压力与体积。是系统的压力与体积。因为因为U、p、V都是热力系统的状态参量，可见焓是一个表示能都是热力系统的状态参量，可见焓是一个表示能量的状态参数。此外，焓的单位是量的状态参数。此外，焓的单位是J。比焓的定义：比焓的定义

19、：1 kg工质的焓，即工质的焓，即其中，其中，u、v分别为热力系统的比能和比体积。同理，比焓分别为热力系统的比能和比体积。同理，比焓也是一个状态参数，在任意平衡状态下也是一个状态参数，在任意平衡状态下，u、p、v的值是的值是一定的，所以焓一定的，所以焓h的值也是一定的，而与达到这一状态的路的值也是一定的，而与达到这一状态的路径无关。径无关。你现在浏览的是第十八页，共20页u是一个状态参数，且可以表示为是一个状态参数，且可以表示为 p、v的函数，所以的函数，所以另外，焓也可以表示成另外两个独立状态参数的函数，即另外，焓也可以表示成另外两个独立状态参数的函数，即单单 位：位：焓：焓：J比焓：比焓：J/kg你现在浏览的是第十九页，共20页焓的物理意义：焓的物理意义：1 kg工质的热力学能工质的热力学能（储存在工质内部的（储存在工质内部的能量）。能量）。1 kg工质的推动功工质的推动功（工质移动时所传（工质移动时所传输的能量）。输的能量）。upv工质流入热工质流入热力系统力系统比焓比焓由此可见，在热设备中，工质总是不断地从一处流到由此可见，在热设备中，工质总是不断地从一处流到另一处，随着工质的转移而移动的能量不等于热力学另一处，随着工质的转移而移动的能量不等于热力学能而等于焓。能而等于焓。你现在浏览的是第二十页，共20页