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1、1,第二章 热力学第一定律 First law of thermodynamics,21 热力学第一定律的实质,2-2 热力学能（内能）和总能,23 热力学第一定律基本表达式,24 闭口系基本能量方程式,25 开口系能量方程,2,21 热力学第一定律的实质,一、第一定律的实质 能量守恒与转换定律在热现象中的应用。 二、第一定律的表述 热是能的一种，机械能变热能，或热能变机械能的时候，他们之间的比值是一定的。 或： 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，必出现与之相应量的热。,3,22 热力学能（内能）和总能,一、热力学能(internal ener
2、gy),Uch Unu Uth,Uk,平移动能 转动动能 振动动能,Up,二、总（储存）能(total stored energy of system),总能,热力学能，内部储存能,外部储存能,宏观动能,宏观位能,4,三、热力学能是状态参数,测量 p、V、T 可求出 U,四、热力学能单位 J或kJ,五、工程中关心U,宏观动能与内动能的区别,5,23 热力学第一定律基本表达式,加入系统的能量总和热力系统输出的能量总和= 热力系总储存能的增量,E,E+dE,流入：,流出：,内部贮能的增量：dE,6,或,E,E+dE,7,24 闭口系基本能量方程式,闭口系，,忽略宏观动能Uk和位能Up，,第一定律第
3、一解析式,功的基本表达式,热,8,讨论：,1）对于可逆过程,2）对于循环,3）对于定量工质吸热与升温关系，还取决于W 的 “+”、“”、数值大小。,9,例 自由膨胀,如图，,解：取气体为热力系 闭口系？开口系？,强调：功是通过边界传递的能量。,抽去隔板，求,?,例A4302661,例A4303771,10,归纳热力学解题思路,1）取好热力系; 2）计算初、终态; 3）两种解题思路,从已知条件逐步推向目标,从目标反过来缺什么补什么,4）不可逆过程的功可尝试从外部参数着手。,11,25 开口系能量方程,一、推动功(flow work; flow energy)和 流动功(flow work; fl
4、ow energy),推动功：系统引进或排除工质传递的功量。,p,v,p1,v1,1,o,12,流动功：系统维持流动 所花费的代价。,推动功在p-v图上：,13,二、焓 (enthalpy),定义：H=U+pV h=u+pv 单位：J（kJ） J/kg（kJ/kg） 焓是状态参数。 物理意义： 引进或排出工质而输入或排出系统的总能量。,14,三、稳定流动能量方程(steady-flow energy equation),稳定流动特征：,注意：区分各截面间参数可不同。,1）各截面上参数不随时间变化。,2）ECV = 0， SCV = 0， mCV = 0,15,流入系统的能量:,流出系统的能量:
5、,系统内部储能增量: ECV,=,考虑到稳流特征： ECV=0 qm1=qm2=qm; 及h=u+pv,16,讨论：,1）改写式（B）为式（C）,热能转变 成功部分,输出轴功,流动功,机械能增量,（C）,17,2）技术功(technical work),由式（C）,技术上可资利用的功 wt,可逆过程,18,3)第一定律第二解析式,1)通过膨胀，由热能,2)第一定律两解析式可相互导出，但只有在开系中 能量方程才用焓。,4）两个解析式的关系,功，w = q u,总之：,可逆,19,四、稳定流动能量方程式的应用,1.蒸汽轮机、气轮机 (steam turbine、gas turbine),流进系统：
6、,流出系统：,内部储能增量： 0,20,2.压气机，水泵类 (compressor，pump),流入,流出,内部贮能增量 0,21,3.换热器（锅炉、加热器等）,(heat exchanger: boiler、heater etc.),22,流入：,流出：,内增： 0,若忽略动能差、位能差,23,4. 管内流动,流入：,流出：,内增： 0,24,归纳： 1）开口系问题也可用闭口系方法求解。 2）注意闭口系边界面上热、功交换；尤其是边界面 变形时需考虑功的交换。 3）例A4333771中若有无摩擦及充分导热的活塞，结果如何？ 解法三即可认为是这种情况，故无影响。 4）若A4333771活塞为绝热材料制造， 若活塞下有弹簧， 若 ,如何？,
