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 1 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 2 22 热力学能（内能）和总能 一、热力学能(internal energy) 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 3 三、热力学能是状态参数 测量 p、V、T 可求出 四、热力学能单位 五、工程中关心 宏观动能与内动能的区别 4 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 EE+dE 流入：流出： 内部贮能的增量：dE 5 或 EE+dE 6 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， 第一定律第一解析式 功的基本表达式热 7 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。
8 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 9 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 10 25 开口系能量方程 一、推动功(flow work; flow energy)和 流动功(flow work; flow energy) 推动功：系统引进或排除工质传递的功量 p v p1 v1 1 o 11 流动功：系统维持流动 所花费的代价 推动功在p-v图上： 12 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 13 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 14 流入系统的能量: 流出系统的能量: 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 15 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） 16 2）技术功(technical work) 由式（C） 技术上可资利用的功 wt 可逆过程 17 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 18 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： 流出系统： 内部储能增量： 0 19 2.压气机，水泵类 (compressor，pump) 流入 流出 内部贮能增量 0 20 3.换热器（锅炉、加热器等） (heat exchanger: boiler、heater etc.) 21 流入： 流出： 内增： 0 若忽略动能差、位能差 22 4. 管内流动 流入： 流出： 内增： 0 23 例A4312661 例A4322661 例A4332771 例A4333771 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？ 下一章 25 。