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1、第二章第二章 热力学第一定律热力学第一定律2-1 热力学第一定律的实质热力学第一定律的实质热力学第一定律热力学第一定律热是能的一种，机械能变热能，或热能变机械能时，热是能的一种，机械能变热能，或热能变机械能时，它们间的比值是一定的它们间的比值是一定的热可以变为功，功也可以变为热，一定量的热消失热可以变为功，功也可以变为热，一定量的热消失时必产生相应量的功；消耗一定量的功时必出现与时必产生相应量的功；消耗一定量的功时必出现与之对应的一定量的热之对应的一定量的热工程热力学 热力学第一定律2-2 热力学能和总能热力学能和总能热力学能热力学能内动能、内位能及维持一定分子结构的化学能和内动能、内位能及维
2、持一定分子结构的化学能和原子核内部的原子能，以及电磁原子核内部的原子能，以及电磁 场作用下的电场作用下的电磁能等一起构成所谓的热力学能磁能等一起构成所谓的热力学能热力学能用符号热力学能用符号U表示，单位是焦耳（表示，单位是焦耳（J）；）；比比热力学能用符号热力学能用符号u表示，单位是表示，单位是J/kg热力学能是状态参数，可以表示为两个独立状态热力学能是状态参数，可以表示为两个独立状态参数的函数参数的函数 或或 ，工程热力学 热力学第一定律总能总能内部储存能和外部储存能的总和，即热力学能与宏内部储存能和外部储存能的总和，即热力学能与宏观运动动能及位能的总和，叫做工质的总储存能，观运动动能及位能
3、的总和，叫做工质的总储存能，简称总能简称总能总能用总能用E表示，动能和位能分别用表示，动能和位能分别用Ek和和Ep表示，则表示，则 工程热力学 热力学第一定律2-3 能量的传递和转化能量的传递和转化作功和传热作功和传热能量传递的两种方式：作功和传热能量传递的两种方式：作功和传热借作功来传递热量总是和物体的宏观位移有关，借作功来传递热量总是和物体的宏观位移有关，而传热则不需要有物体的宏观移动而传热则不需要有物体的宏观移动热能变机械能的过程：一是能量转换的热力学过热能变机械能的过程：一是能量转换的热力学过程，二是单纯的机械过程程，二是单纯的机械过程工程热力学 热力学第一定律推动功和流动功推动功和流
4、动功推动功：工质在开口系统中流动而传递的功推动功：工质在开口系统中流动而传递的功 推动功推动功 = pV = mpv工质在传递推动功时没有热力状态的变化，也不工质在传递推动功时没有热力状态的变化，也不会有能量形态的变化会有能量形态的变化推动功只有在工质移动位置时才起作用推动功只有在工质移动位置时才起作用流动功：推动功差流动功：推动功差(pv)=p2v2-p1v1是系统为维是系统为维持工质流动所需的功，称为流动功持工质流动所需的功，称为流动功开口系与外界交换的功量是膨胀功与流动功之差开口系与外界交换的功量是膨胀功与流动功之差 w-(p2v2-p1v1)热能和机械能的可逆转换总是与工质的膨胀和压热
5、能和机械能的可逆转换总是与工质的膨胀和压缩联系在一起的缩联系在一起的工程热力学 热力学第一定律工程热力学 热力学第一定律2-4 焓焓焓焓焓用符号焓用符号H表示，单位为表示，单位为J，比焓用比焓用h表示，单位为表示，单位为J/kg焓是状态参数，可以表示为两个独立状态参数的函焓是状态参数，可以表示为两个独立状态参数的函数数 或或 ，工质通过界面流入热力系统时，把热力学能和从外工质通过界面流入热力系统时，把热力学能和从外部功源获得的推动功带进系统，随工质移动而转移部功源获得的推动功带进系统，随工质移动而转移的能量等于焓的能量等于焓工程热力学 热力学第一定律2-5 热力学第一定律的基本能量方程式热力学
6、第一定律的基本能量方程式能量平衡方程式能量平衡方程式系统能量平衡的基本表达式系统能量平衡的基本表达式 进入系统的能量进入系统的能量-离开系统的能量离开系统的能量=系统中储存系统中储存能量的增加能量的增加热力学第一定律的基本能量方程式热力学第一定律的基本能量方程式闭口系能量闭口系能量方程式方程式 或或 其微分形式是其微分形式是 对于对于1kg工质工质 工程热力学 热力学第一定律系统吸热系统吸热Q为正，系统对外作功为正，系统对外作功W为正，反之则为正，反之则为负；系统的热力学能增大为负；系统的热力学能增大U为正，反之为负为正，反之为负该式适用于可逆过程也适用于不可逆过程，对工该式适用于可逆过程也适
7、用于不可逆过程，对工质性质也没有限制质性质也没有限制对于可逆过程，对于可逆过程， 故故 ， 或或 ， 对于循环对于循环 由于由于 所以所以 即即 ， 工程热力学 热力学第一定律工程热力学 热力学第一定律工程热力学 热力学第一定律2-6 开口系统能量方程式开口系统能量方程式开口系能量方程开口系能量方程工质在同一截面上各点的热力状态参数及流速近工质在同一截面上各点的热力状态参数及流速近似相同似相同开口系能量方程开口系能量方程 微元过程中的能量平衡微元过程中的能量平衡 进入系统的能量进入系统的能量 离开系统的能量离开系统的能量 控制容积的储存能增量控制容积的储存能增量 根据热力学第一定律根据热力学第
8、一定律工程热力学 热力学第一定律整理得整理得由于由于E=me，V=mv，h=u+pv，则得开口系能量方程，则得开口系能量方程工程热力学 热力学第一定律工程热力学 热力学第一定律稳定流动能量方程稳定流动能量方程稳定流动过程：流动过程中开口系统内部及其边稳定流动过程：流动过程中开口系统内部及其边界上各点工质的热力参数及运动参数都不随时间界上各点工质的热力参数及运动参数都不随时间而变而变稳定流动的必要条件可表示为稳定流动的必要条件可表示为 ， 代入开口系能量方程，得到代入开口系能量方程，得到 或或工程热力学 热力学第一定律 当流入质量为当流入质量为m的流体时，稳定流动能量方程可写作的流体时，稳定流动
9、能量方程可写作 或或稳定流动能量方程式是根据能量守恒与转换定律导稳定流动能量方程式是根据能量守恒与转换定律导出的，除流动必须稳定外无任何附加条件出的，除流动必须稳定外无任何附加条件工程热力学 热力学第一定律稳定流动能量方程式的分析稳定流动能量方程式的分析稳定流动能量方程式改写为稳定流动能量方程式改写为工质在状态变化过程中从热能转变而来的机械能工质在状态变化过程中从热能转变而来的机械能总等于膨胀功总等于膨胀功技术功：工质的动能、位能与工质对机器作的功技术功：工质的动能、位能与工质对机器作的功之和是技术上可资利用的功，称之为技术功之和是技术上可资利用的功，称之为技术功 由于由于 ，则，则 工程热力
10、学 热力学第一定律 对于可逆过程对于可逆过程 或或引进技术功概念后，稳定流动能量方程式改写为引进技术功概念后，稳定流动能量方程式改写为 对于质量为对于质量为m的工质的工质 对于微元过程对于微元过程 若过程可逆若过程可逆 ， ，工程热力学 热力学第一定律工程热力学 热力学第一定律2-7 能量方程式的应用能量方程式的应用动力机动力机工质流经汽轮机、燃气轮机等动力机时，压力降工质流经汽轮机、燃气轮机等动力机时，压力降低，对机器作功，忽略动能差，位能差及散热损低，对机器作功，忽略动能差，位能差及散热损失，失，1kg工质对机器所作的功为工质对机器所作的功为工程热力学 热力学第一定律压气机压气机工质流经压
11、气机时，机器对工质作工，使工质升工质流经压气机时，机器对工质作工，使工质升压，工质对外界略有放热，压，工质对外界略有放热，wi和和q都是都是负的，忽负的，忽略动能差和位能差，对略动能差和位能差，对1kg工质需作功为工质需作功为工程热力学 热力学第一定律换热器换热器工质流经锅炉、回热器等热交换器时和外界有热工质流经锅炉、回热器等热交换器时和外界有热量交换而无功的交换，量交换而无功的交换，忽略动能差和位能差，忽略动能差和位能差，1kg工质的吸热量为工质的吸热量为工程热力学 热力学第一定律管道管道工质流经喷管、扩压管等这类设备时，不对设备工质流经喷管、扩压管等这类设备时，不对设备作功，作功，忽略热量交换及位能差，忽略热量交换及位能差，1kg工质动能的工质动能的增加为增加为工程热力学 热力学第一定律节流节流工质流过阀门时流动截面突然收缩，压力下降，这工质流过阀门时流动截面突然收缩，压力下降，这种流动称为节流。流动是绝热的，不对外界作功，种流动称为节流。流动是绝热的，不对外界作功，忽略动能差和位能差，忽略动能差和位能差，可得节流前后焓值相等可得节流前后焓值相等工程热力学 热力学第一定律工程热力学 热力学第一定律工程热力学 热力学第一定律工程热力学 热力学第一定律工程热力学 热力学第一定律工程热力学 热力学第一定律工程热力学 热力学第一定律工程热力学 热力学第一定律工程热力学 热力学第一定律
