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1、工程热力学EngineeringThermodynamics北京航空航天大学第三章热力学第一定律n热力学第一定律的实质n热力学能与总能n系统与外界传递的能量n闭口系统能量方程n开口系统能量方程n开口系统稳态稳流能量方程n稳态稳流能量方程的应用开口系统能量方程m1m2U1P1v1U2P2v2c1c21122dEcvWsQz1z2开口系统，系统与外界之间有质量、热量和功的交换。质量守恒定律能量守恒定律开口系统能量方程进入控制体的能量：离开控制体的能量：控制体储存能的变化：能量方程：开口系统能量方程上式以能量守恒为基础，对不稳定流动和稳态流动、可逆与不可逆过程都适用，也适用于闭口系统。对于闭口系统开
2、口系统能量方程微分形式工程上常用传热率、功率等形式表示开口系统能量方程微分形式若进出开口系统的工质有若干股：例题33一储气罐从压缩空气总管充气，总管内压缩空气参数恒定，分别为p11MPa，T1300K，储气罐与总管相连的管段上配有配气阀门。充气前，阀门关闭，储气罐内真空，阀门开启后，压缩空气进入罐内，直到罐内压力与总管压力相等。如果罐壁绝热，压缩空气看作是理想气体，充气过程中罐内气体状态均匀变化，求充气后储气罐内压缩空气的温度。例题33没有气流流出储气罐绝热没有轴功忽略动能、位能变化例题33储气罐为真空理想气体焓的定义理想气体热力学能试考虑采用闭口系统计算方法来计算？取将要进入及已经进入储气罐
3、的气体整体作为研究对象-闭口系闭口系能量方程例题1.5MPa320气轮机0.6m3如图所示，一个大储气罐里储存温度为320，压力为1.5MPa，比焓为3081.9kJkg的水蒸气，通过一个阀门与气轮机和体积为0.6m3起初被抽真空的小容器相连。打开阀门，小容器被充以水蒸气，直至压力为1.5MPa，温度为400时阀门关闭，此时的比热力学能为2951.3kJkg，比体积为0.203m3kg，整个过程绝热，且动、位能变化可忽略，求气轮机输出的功。例题大储气罐蒸汽状态稳定，管道内的蒸汽量可忽略。绝热，忽略动、位能，没有质量流出。开口系统稳态稳流能量方程稳态稳流工况：工质以恒定的流量连续不断地进出系统，
4、系统内部及界面上各点工质的状态参数和宏观运动参数都保持一定，不随时间变化。恒定流量恒定参数流过系统任何断面的质量相等进入的能量与离开的能量相等开口系统稳态稳流能量方程稳态稳流单位质量工质技术功（Technicalwork）动能轴功机械能位能工程技术上可以直接利用单位质量工质的开口与闭口稳流开口系(1kg)闭口系(1kg)容积变化功等价技术功1122WsQ几种功的关系wwt(pv)c22wsgz热变功的根源可逆过程的技术功可逆过程可逆过程技术功在示功图上的表示理想气体焓变计算流动工质传递的总能量中，取决于工质热力状态的部分难以计算对于定压过程，稳态稳流能量方程：定压比热：理想气体理想气体焓变计算
5、适用于理想气体，对于实际气体，只适用于定压过程定值比热平均比热真实比热稳态稳流能量方程的应用n透平机械n压气机n热交换器n喷管n流体的混合n绝热节流透平机械ws12气轮机进出口高度差很小进出口流速变化小工质在气轮机中停留时间很短输出的轴功是靠焓降转变的。压气机ws21压气机进出口高度差很小进出口流速变化小工质在气轮机中停留时间很短消耗的轴功等于压缩气体焓的增加。热交换器进出口高度差很小进出口流速变化小没有功量交换工质吸收的热量等于焓的增加。热流体冷流体h1h2h1h2热流体冷流体h1h2h1h2喷管和扩压管喷管目的：压力降低，速度提高扩压管目的：速度降低，压力升高动能与焓变相互转换动能参与转换
6、，不能忽略进出口高度差很小停留时间很短没有功量交换流体的混合混合室m1h1m2h2h3高度差小绝热条件没有功量交换速度变化小绝热节流忽略位能变化绝热条件没有功量交换忽略动能变化例题1例题3-71122heaterfan如图，一空气加热输送装置。空气进入风机时的参数为：P1=100kPa，t1=0，风量V1=2000m3h。通过加热器后空气温度为t2=150，压力保持不变。风机功率为P=2kW。设空气比热容为定值，忽略系统散热损失。求：1.空气在加热器中吸收的热量2.整个过程中单位质量空气的热力学能和焓的变化解：研究对象：风机和加热器，属于稳态稳流工况例题2活塞式空气压缩机。压缩前空气参数是p10.1MPa，v10.845m3kg，压缩后的参数是p2=0.8MPa，v20.175m3kg。假定在压缩过程中，1kg空气的热力学能增加146kJ，同时向外放出热量50kJ，压气机每分钟生产压缩空气10kg。求：1）压缩过程中对每公斤空气所作的功2）每生产1kg的压缩空气所需的功3）带动此压缩机至少需要多大功率的电动机例题1）压缩过程进排气口均关闭，取气缸内的气体为热力系，由闭口系统能量方程得：2）取进排气口、气缸内壁和活塞端面所围空间为热力系，由开口系统能量方程得：3）电动机的功率：
