工程热力学-热力学第一定律讲稿.docx
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1、工程热力学-热力学第一定律讲稿 第一篇:工程热力学-热力学第确定律讲稿 热力学第确定律 一、热力学第确定律的实质 自然界的物质处于不断地转变中,转化中的守恒与守恒中的转化时自然界的基本法则之一。人们从多数的实践阅历中总结出:自然界一切物质都具有能量,能量既不能创建也不能歼灭,各种不同形式的能量都可以从一个物体转移到另一个物体,也可以从一种能量形式转变到另一种能量形式,但在转移过和转变程中,它们的总量保持不变。这一规律称为能量守恒与转换定律。 而热力学第确定律就是能量守恒与转换定律在热现象中应用,它确定了热力工程中热力系与外界进行能量交换时,各种形态的能量在数量上的守恒关系。在工程热力学中热力学
2、第确定律可以表述为:热可以变为功,功也可以变为热,确定的热量消逝时必产生相应的功,消耗确定量的功时必出现与之对应的确定量的热。 二、热力系统常用到的能量形式 一、储存能 1、内储存能热力学能U: 组成热力系统的大量微观粒子本身所具有的能量。 热力学能是以下各种能量的总和:1分子热运动所形成的内动能。 2分子间互相作用力所形成的内位能。 3构成分子的化学能和构成原子的的原子能。 2、外储存能1宏观动能Ek:相对于热力系统以外的的参考坐标,由于宏观运动速度 而具有的能量。Ek=12mc2f 2重力位能Ep:在重力场中,热力系统由于重力作用而具有的能量。 Ep=mgz 3、热力系统的总储存能E :
3、是内储存能与外储存能之和,即: E=U+Ek+Ep=U+ e=u+12cf212mc2f+mgz 或 +gz 二迁移能:能量从一个物体传递到另一个物体有两种方式做功和传热,传递过程中的功 量和热量称为迁移能。热力系统与外界存在势差时,进行的能量交换途径有三种:功量交换、热量交换、质量交换。 1、功量1体积功:在压力差的作用下,热力系统体积膨胀或收缩时与外界交换的功量。 2轴功Ws:热力系统通过叶轮机械的轴和外界交换的功量。 2、热量:系统与外界在温差的推动下通过微观粒子的无规则运动而传递的能量。 3、随质量交换传递的能量 1流淌工质的储存能:流淌工质本身具有热力学能、宏观动能和重力位能,会随工
4、质的的流进流出系统而带入带出系统。这部分能量为: E=U+12mc2f+mgz 或 e=u+12cf2+gz 2流淌功推动功Wf:工质在开口系统中流淌而传递的功。流淌功与体积功不同,流淌功只有在工质流淌过程中才会出现,做流淌功时工质的流淌状态不发生转变,当然也不存在能量形态的转化,工质做流淌功是只起到传递能量的作用。 W f=(pV)2-(PV)1 或 wf1 =p2v2-p1v1 三、热力学第确定律的基本能量方程 设想有一热力系如上图所示,其总能量为 E=U+Ek+Ep 假定这一热力系在一段极短的时间dt内从外界汲取了微小的热量dQ,又从外界流入了每千克总能量为e1的质量dm1与此同时热力系
5、对外界做出了微小的总功dWtot,并向外界流出了每千克总能量为e2的质量dm2,经过时间dt后,热力系的总能量变为E+dE。 热力学第确定律的能量方程,就是系统转变过程中的能量平衡方程式,文字表达式为:加入热力系的能量总和 热力系输出的能量总和 = 热力系总能量的增量 即: (dQ+e1m1)-(dWtot+e2dm2)=(E+dE)-E dQ=dE+(e2dm2-e1dm1)+dWtot 1 对有限长时间t积分得 : Q=DE+(et2dm2-e1dm1)+Wtot 2 式1和式2为热力学第确定律最基本的表达式,适用于任何工质进行的任何无摩擦或有摩擦的过程。 四、闭口系统的能量方程 在闭口系
6、统中,1热力系的宏观能量转变很小,宏观动能和重力位能可以忽视,因此,热力系中能量的转变就等于热力学能的转变量,即:DE=DU。2另外对于闭口系统它与外界无质量交换,即:dm1=0 dm2=03所做的功是体积功。所以闭口系统的能量方程可简化为: 微元热力过程下:dQ=dU+dW;dq=du+dw 总热力过程下 :Q=DU+W;q=Du+w 五、开口系统的能量方程 在实际工程中,工质要在热力装置中循环不断的流经各互相连接的热力设备,完成不同的热力过程实现能量转换对这类有工质流进和流出的热力设备如燃气轮机、汽轮机、叶轮 2 式压气机常接受开口系统即限制体积的分析方法。 我们把限制体内质量和能量随时间
7、而转变的过程称为不稳定流淌过程。把系统内质量和能量不随时间转变,各点参数保持确定的称为稳定流淌过程。下面从最普遍额不稳定流淌过程着手导出开口系统的能量方程。 设限制体在t到t+dt的时间内进行一个微元热力过程。在这段时间内限制体截面处流入的工质质量为dm1,流出的工质质量为dm2,限制体从热远处吸热dQ,对外做轴dW,进出口截面相对参考系的高度分别为z1和z2,限制体积内储存能的增量为dEcv,则限制体的能量输入与输出状况如下: 进入限制体的能量=dQ+h1+12cf1+gz1dm1 212cf2+gz2dm2 2离开限制体的能量=dWs+h2+限制体储存能的转变 dEcv=(E+dE)cv-
8、Ecv 根据热力学第确定律建立能量方程得: 1122 dQ+h1+cf1+gz1dm1-h2+cf2+gz2dm2-dWs=dEcv 22整理得: 1122 dQ=h2+cf2+gz2dm2-h1+cf1+gz1dm1+dWs+dEcv 22 六、稳定流淌的能量方程 当流体流过开口系统时,有能量的输入和输出,此时输入的能量、输出的能量及系统积累的能量分别为: 3 1流入的能量:流入流体携带的热力学能、宏观动能及位能、流体流入时得到的流淌能、流体从外界获得的热能。流入的能量具体为: 微观能即热力学能:U1=dm1u1 宏观动能:Ek1=12dm1c1 2宏观位能:Ep1=dm1gz1 流体流淌能
9、:PV=dm1P1v1 11流体从外界获得的热能为:dQ 2流出的能量:流出流体携带的热力学能、宏观动能及位能、流体流出时得到的流淌能、流体通过转动部件对外界传出的机械能。流出的能量具体为: 微观能即热力学能:U2=dm2u2 宏观动能:Ek2=12dm2c2 2宏观位能:Ep2=dm2gz2 流体流淌能:P2V2=dm2P2v2 热力系对输出的机械能为:dW 则根据热力学第确定律,应有:E1=E2+dE +dQ 其中:E1=U1+Ek1+Ep1+PV11E2=U2+Ek2+Ep2+P2V2+dW 即: dm1u1+12dm1c1+dm1gz1+dm1P1v1+dQ=dE+dm2u2+2122
10、dm2c2+dm2gz2+dm2P2v2+dW 4 开口稳定流淌系统定义及特征:热力系中各个参数稳定,即无能量和质量的积累。 开口稳定流淌系统满意的表达式:dm1=dm2=dm dE=0 则热力学第确定律在开口稳定流淌热力系中的具体表达式为: 21212化简为:dQ=dm(u+pv+c+gz)2-(u+pv+c+gz)1)+dW 22dm(u+pv)1+12c1+gz1)+dQ=dm(u+pv)2+21c2+gz2)+dW 2其中:h=u+pv 代入即: dQ=dm(h+12c+gz)2-(h+122212c+gz)1)+dW 12c+gz)1+w 22单位kg的热力系:q=(h+c+gz)2
11、-(h+ 七、热力学第确定律的具体应用 换热器中的应用:q=h2-h1 内燃机中的应用:w=h1-h2 喷管中的应用:12c=h1-h2 2压缩机的应用:w=h2-h1 其次篇:工程热力学讲稿 工程热力学讲稿 一、基本学问点 基本要求 理解和驾驭工程热力学的探讨对象、主要探讨内容和探讨方法 理解热能利用的两种主要方式及其特点 了解常用的热能动力转换装置的工作过程 1什么是工程热力学 从工程技术观点动身,探讨物质的热力学性质,热能转换为机械能的规律和方法,以及有效、合理地利用热能的途径。 电能一一机械能 锅炉一一 烟气 一一 水 一一水蒸气一一(干脆利用) 供热 锅炉一一 烟气 一一 水 一一水
12、蒸气一一汽轮机一一(间接利用)发电 冰箱一一-(耗能) 制冷 2能源的地位与作用及我国能源面临的主要问题 3. 热能及其利用 1.热能:能量的一种形式 2.来源:一次能源:以自然形式存在,可利用的能源。 如风能,水力能,太阳能、地热能、化学能和核能等。 二次能源:由一次能源转换而来的能源,如机械能、机械 能等。 3.利用形式: 干脆利用:将热能利用来干脆加热物体。如烘干、采暖、熔炼(能源消耗比例大) 间接利用:各种热能动力装置,将热能转换成机械能或者再转换成电能, 4.热能动力转换装置的工作过程 5热能利用的方向性及能量的两种属性 过程的方向性:如:由高温传向低温 能量属性:数量属性、,质量属
13、性 (即做功实力) 留意: 数量守衡、质量不守衡 提高热能利用率:能源消耗量与国民生产总值成正比。 6本课程的探讨对象及主要内容 探讨对象:与热现象有关的能量利用与转换规律的科学。 探讨内容: 1探讨能量转换的客观规律,即热力学第一与其次定律。 2探讨工质的基本热力性质。 3探讨各种热工设备中的工作过程。 4探讨与热工设备工作过程干脆有关的一些化学和物理化学问题。 7.热力学的探讨方法与主要特点 1宏观方法:唯现象、总结规律,称经典热力学。 优点:简洁、明确、牢靠、普遍。 缺点:不能解决热现象的本质。 2微观方法:从物质的微观结构与微观运动动身,统计的方法总结规律,称统计热力学。 优点:可解决
14、热现象的本质。缺点:困难,不直观。 主要特点:三多一广,内容多、概念多、公式多。 联系工程实际面广。条理清楚,推理严格。 二、重点、难点 重点:热能利用的方向性及能量的两种属性 难点:使学生相识到学习本课程的重要性,激发学生的学习爱好和学习主动性,教会学生驾驭专业基础课的学习方法。 四、德育点 通过对我国能源及其利用现状的介绍,增加学生对我国能源问题的忧患意识和责随便识,激发学生为解决我国能源问题而努力学习的爱国热忱 通过热能利用在整个能源利用中地位的阐述,使学生相识探讨热能利用和学习工程热力学的重要性,向学生渗透爱课程、爱专业教化 五、练习与探讨 探讨题:能源与环境、节能的重要性、建筑节能、
15、辩证思维 学习方法:物理概念必需清楚,记住一般公式,留意问题结果的应用。 第三篇:热力学第确定律教案1 热力学第确定律 一、变更内能的两种方式:做功和热传递 1做功可以变更物体的内能 列举锯木头和用砂轮磨刀具,锯条、木头和刀具温度上升,说明克服摩擦力做功,可以使物体的内能增加。假如外力对物体做功全部用于物体内能变更的状况下,外力做多少功,物体的内能就变更多少。假如用W表示外界对物体做的功,用E表示物体内能的转变,那么有W=E。功的单位是焦耳,内能的单位也是焦耳。 演示压缩空气,硝化棉燃烧。说明外力压缩空气过程,对气体做功,使气体的内能增加,温度上升到棉花的燃点而使其燃烧。 以上实例说明做功可以
16、变更物体的内能。 2热传递可以变更物体的内能 在炉灶上烧热水,火炉烤热四周物体,这些物体温度上升内能增加。这些实例说明依靠热传递方式也可以使物体的内能变更。物体汲取热量,内能增加。物体放出热量,物体的内能削减。假如传递给物体的热量用Q表示,物体内能的转变量是E,那么,Q=E。 热量的计算公式有:Q=cmt。热量的单位是焦耳,过去的单位是卡。 所以做功和热传递是变更物体内能的两种方式。 3做功和热传递对变更物体的内能是等效的。 4做功和热传递的区分 虽然做功和热传递对变更物体的内能是等效的,但是这两种方式的物理过程有本质的区分。做功使物体内能变更的过程是机械能转化为内能的过程。而热传递的过程只是
17、物体之间内能的转移,没有能量形式的转化。 例: 1在以下过程中,通过热传递增加物体内能的是 A 火车经过铁轨后铁轨的温度上升 B压缩筒内乙醚,使其燃烧 C铁棒被太阳晒热 D.汽车刹车后,轮胎变热 2物体的内能增加这是因为 A确定是由于物体汲取了热量 B确定是由于对物体做了功 C可能是由于物体汲取了热量,也可能是由于对物体做了功 3说明以下各题中内能变更的方法: (1)一盆热水放在室内,一会就凉了,_; (2)高温高压的气体,快速膨胀,对外做功,温度降低,_。 (3)铁块在火炉上加热,一会儿热得发红,_; (4)打气筒给车胎打气,过一会筒壁发热,_ (5)冬天人们往手上呵气取暖,_; (6)两手
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