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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第一节第一节 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是热力学第一定律是能量守恒与转换定律能量守恒与转换定律在热现象中的应用。在热现象中的应用。 热热是是一种能量，机械能可以转变为热能，热能也可以转一种能量，机械能可以转变为热能，热能也可以转变为机械能，在转变过程中保持量的守恒。变为机械能，在转变过程中保持量的守恒。第二节第二节 热力学能和系统的总能量热力学能和系统的总能量一、热力学能一、热力学能 1、外部储存的能量、外部储存的能量: 系统由于宏观运动所具有的能量。系统由于宏观运动所具有的能量。 动能动能 Ek 势能势能 Ep 。2、内
2、部储存能量、内部储存能量: 系统内部分子运动的内动能、相互作用的内系统内部分子运动的内动能、相互作用的内 位能及维持分子结构的化学能和原子核内部的原子能等。位能及维持分子结构的化学能和原子核内部的原子能等。 这些能量总称为这些能量总称为热力学能热力学能。热力系所储存的能量可分为外部能量和内部能量：热力系所储存的能量可分为外部能量和内部能量：在无化学反应和核反应的简单可压缩系统中在无化学反应和核反应的简单可压缩系统中 由热力学能所包含的能量形式可知，由热力学能所包含的能量形式可知，热力学能是状态参数热力学能是状态参数。比热力学能可表示为：比热力学能可表示为：根据状态参数的特点可有：根据状态参数的
3、特点可有：热力学能热力学能 U 单位单位 : J 或或 kJ比热力学能比热力学能 u =U/m 单位单位 : J /kg 或或 kJ/kg二、系统的总能量二、系统的总能量第三节第三节 热力学第一定律的能量方程式热力学第一定律的能量方程式根据热力第一定律，对于一个任意热力系统，能量方程可写成根据热力第一定律，对于一个任意热力系统，能量方程可写成进入系统的能量离开系统的能量系统能量的增加进入系统的能量离开系统的能量系统能量的增加 （29）一、闭口系统的能量方程式一、闭口系统的能量方程式 当宏观的动能的势能的变当宏观的动能的势能的变化可以忽略不计或系统静止化可以忽略不计或系统静止时时E U，则第一定
4、律的方则第一定律的方程式可写成程式可写成Q与与W正、负号的规定正、负号的规定系统吸热系统吸热Q为正，放热为正，放热Q为负；为负；系统对外作功系统对外作功W为正，外界对系统作功为正，外界对系统作功W为负为负能量方程式（能量方程式（210）常写成）常写成 上式的适用条件是：上式的适用条件是：任何过程，任可工质。任何过程，任可工质。对于可逆过程对于可逆过程闭口系闭口系任何工质、可逆过程任何工质、可逆过程的能量方程式可写成的能量方程式可写成对于一个循环对于一个循环二、开口系统的能量方程式二、开口系统的能量方程式1、稳定流动系统的能量方程、稳定流动系统的能量方程稳定流动稳定流动： 流动过程中开口系内部的
5、状态参数（热力学参数和动流动过程中开口系内部的状态参数（热力学参数和动力学参数）不随时间变化的流动称为稳定流动。力学参数）不随时间变化的流动称为稳定流动。稳定流动时必有稳定流动时必有稳定系统的能量分析稳定系统的能量分析(在一段时间内在一段时间内）：）：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：系统能量的增加：系统能量的增加：ECV0进入系统的能量离开系统的能量系统能量的增加进入系统的能量离开系统的能量系统能量的增加 （29）由于由于m1=m2=m, 整理上式得整理上式得对上式两边同除以对上式两边同除以 m 得得3、焓的定义及物理意义、焓的定义及物理意义2、推动功和流动功、
6、推动功和流动功推动功：推动功：由于工质移动而传递的功称为推动功：由于工质移动而传递的功称为推动功： pV流动功：流动功：用于维持流动所需要的功：用于维持流动所需要的功：(pV)=p2V2p1V1定义：定义： H=U+pV 或或 h=u+pv 单位：单位： J, kJ 或或 J/kg, kJ/kg焓的物理意义焓的物理意义: 随着工质移动的能量随着工质移动的能量.。4、技术功、技术功在式在式(2-16)中中 是机构能的是机构能的形式形式, 可供工程中直接利用，所以定义它为技术功：可供工程中直接利用，所以定义它为技术功：比较式（比较式（212)和（和（221）若若为可逆过程为可逆过程引入技术功后稳定
7、系统能量方程式可写为引入技术功后稳定系统能量方程式可写为若过程可逆若过程可逆5、一般开口系统的能量方程、一般开口系统的能量方程进入系统的能量：进入系统的能量：离开系统的能量：离开系统的能量：系统能量的增加：系统能量的增加： ECV在在d间内间内代入代入式（式（29）整理后得）整理后得第四节第四节 稳定系统能量方程式的应用稳定系统能量方程式的应用 一、动力机一、动力机（蒸汽轮机和燃气轮机（蒸汽轮机和燃气轮机)二、压气机二、压气机压气机的耗功为压气机的耗功为 wc三、换热器三、换热器四、管道四、管道五、节流五、节流例题一：例题一： p43例例21例题二：例题二： p50例例23(1) 燃气在喷管出
8、口的流速燃气在喷管出口的流速cf3 ;(2) 每干克燃气在燃气轮机中所每干克燃气在燃气轮机中所 作的功；作的功；(3) 当燃气质量流量为当燃气质量流量为5.23 kg/s时，燃气轮机输出的功率时，燃气轮机输出的功率。 燃气轮机装置如图所示。已知在截面燃气轮机装置如图所示。已知在截面1处处h1=286 kJ/kg的燃的燃料与空气的混合物以料与空气的混合物以20 m/s的速度进入燃烧室，在定压下燃烧，的速度进入燃烧室，在定压下燃烧，相当于从外界获得热量相当于从外界获得热量q=879 kJ/kg。燃烧后的燃气在喷管中绝燃烧后的燃气在喷管中绝热膨胀到热膨胀到3， h3=502kJ/kg.流速增加到流速
9、增加到cf3 。然后燃气推动叶轮转然后燃气推动叶轮转动作功。若燃气推动叶轮时热力状态不变，只是流速降低。离动作功。若燃气推动叶轮时热力状态不变，只是流速降低。离开燃气轮机的速度开燃气轮机的速度cf4 =150 m/s.试求：试求：例题三：例题三：解：解：（1）取）取13截面为热力系统截面为热力系统（2）取）取34截面为热力系统截面为热力系统又由又由“若燃气推动叶轮时热力状态不变若燃气推动叶轮时热力状态不变”，（3）功率为）功率为PPqmwi34=5.23652 =3410 kW试试分析有无其它的解题思路？分析有无其它的解题思路？问答题问答题1、热力学第一定律的实质是什么？、热力学第一定律的实质
10、是什么？2、工程热力学中，热力学能包含哪几项能量的形式。、工程热力学中，热力学能包含哪几项能量的形式。3、写出稳定流动系统的能量方程式，当用于锅炉、汽轮机及节流、写出稳定流动系统的能量方程式，当用于锅炉、汽轮机及节流 过程时方程的简化形式。在以上三种过程中膨胀功的表现形式。过程时方程的简化形式。在以上三种过程中膨胀功的表现形式。4、说明焓的定义式及物理意义。、说明焓的定义式及物理意义。5、写出技术功的定义式。可逆过程的技术功在、写出技术功的定义式。可逆过程的技术功在p-v图上如何表示。图上如何表示。6、给一不可压缩的流体绝热的情况下加压，热力学能和焓如何变化？、给一不可压缩的流体绝热的情况下加压，热力学能和焓如何变化？作业作业2-32-52-72-102-132-18傅秦生教授傅秦生教授
