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1、工程热力学工程热力学热力学第一定律热力学第一定律The First Law of Thermodynamics工程热力学工程热力学开口系能量方程 Wnet Q min moutuinuoutgzingzout能量守恒原那么能量守恒原那么进入系入系统的能量的能量 -分开系分开系统的能量的能量 =系系统储存能量的存能量的变化化Energy balance for open system工程热力学工程热力学开口系能量方程的推导 Wnet Q min moutuinuoutgzingzout Q + min(u + c2/2 + gz)in- mout(u + c2/2 + gz)out - Wnet
2、 = dEcv这个个结果与果与实验不符不符少了推少了推进功功工程热力学工程热力学推进功的表达式推推进功流功流动功、推功、推挤功功pApVdl W推 = p A dl = pV w推= pv留意：留意： 不是不是 pdv v 没有没有变化化Flow work工程热力学工程热力学对推进功的阐明1 1、与宏、与宏观流流动有关，流有关，流动停停顿，推，推进功不存在功不存在2 2、作用、作用过过程中，工程中，工质仅发质仅发生位置生位置变变化，无形状化，无形状变变化化3 3、w w推推pvpv与所与所处处形状有关，是形状量形状有关，是形状量4 4、并非工、并非工质质本身的能量本身的能量 动动能、位能能、位
3、能 变变化引起，化引起，而由外界而由外界 泵泵与与风风机机 做出，流开工做出，流开工质质所携所携带带的能量的能量可了解可了解为：由于工：由于工质的的进出，外界与系出，外界与系统之之间所所传送的一种机械功，表送的一种机械功，表现为流流开工开工质进出系出系统使所携使所携带和所和所传送的一送的一种能量种能量工程热力学工程热力学开口系能量方程的推导 Wnet Qpvin moutuinuoutgzingzout Q + min(u + c2/2 + gz)in- mout(u + c2/2 + gz)out - Wnet = dEcv minpvout工程热力学工程热力学开口系能量方程微分式 Q +
4、min(u + pv+c2/2 + gz)in - Wnet - mout(u + pv+c2/2 + gz)out = dEcv工程上常用流率工程上常用流率工程热力学工程热力学开口系能量方程微分式当有多条进出口：当有多条进出口：流流动时，总一同存在一同存在工程热力学工程热力学焓Enthalpy的引入定定义：焓 h = u + pvhh开口系能量方程开口系能量方程工程热力学工程热力学焓焓Enthalpy的的 阐明阐明 定义：h = u + pv kJ/kg H = U + pV kJ 1、焓焓是形状量是形状量 state property2、H为为广延参数广延参数 H=U+pV= m(u+pv
5、)= mh h为为比参数比参数3、对流开工流开工质，焓代表能量代表能量(热力学能力学能+推推进功功) 对静止工静止工质，焓不代表能量不代表能量4 4、物理意、物理意义义：开口系中随工：开口系中随工质质流流动动而携而携带带的、取决的、取决 于于热热力形状的能量。力形状的能量。工程热力学工程热力学稳定流动能量方程 Wnet Q min moutuinuoutgzingzout稳定流定流动条件条件1、2、3、轴功功Shaft work每截面形状不每截面形状不变4、Energy balance for steady-flow systems工程热力学工程热力学稳定流动能量方程的推导稳定流动条件稳定流动
6、条件0工程热力学工程热力学稳定流动能量方程的推导1kg工工质质工程热力学工程热力学稳定流动能量方程适用条件：适用条件：任何流开工任何流开工质任何任何稳定流定流动过程程Energy balance for steady-flow systems工程热力学工程热力学技术功技术功 Technical work Technical work动能能工程技工程技术上可以直接利用上可以直接利用轴功功机械能机械能位能位能工程热力学工程热力学单位质量工质的开口与闭口wsq稳流开口系流开口系闭口系口系(1kg)容容积变化功化功等价等价技技术功功工程热力学工程热力学稳流开口与闭口的能量方程容容积变化功化功w技技术功
7、功wt闭口口稳流开口流开口等价等价轴功功ws推推进功功 (pv)几种功的关系？几种功的关系？工程热力学工程热力学几种功的关系wwt(pv) c2/2wsgz做功的根源做功的根源ws工程热力学工程热力学对功的小结2、开口系，系、开口系，系统统与外界交与外界交换换的功的功为轴为轴功功ws3、普通情况下忽略、普通情况下忽略动动、位能的、位能的变变化化1、闭闭口系，系口系，系统统与外界交与外界交换换的功的功为为容容积变积变化功化功wwswt工程热力学工程热力学准静态下的技术功准静准静态准静准静态热一概解析式之一一概解析式之一热一概解析式之二一概解析式之二工程热力学工程热力学技术功在示功图上的表示工程热
8、力学工程热力学稳定流动能量方程运用举例热力学力学问题经常可忽略常可忽略动、位能、位能变化化例：例：c1 = 1 m/s c2 = 30 m/s (c22 - c12) / 2 = 0.449 kJ/ kgz1 = 0 m z2 = 30 mg ( z2 - z1) = 0.3 kJ/kg1bar下下, 0 oC水的水的 h1 = 84 kJ/kg100 oC水蒸气的水蒸气的 h2 = 2676 kJ/kg工程热力学工程热力学例1：透平(Turbine)机械火力火力发电核核电飞机机发动机机轮船船发动机机挪挪动电站站 燃气机燃气机蒸汽蒸汽轮机机Steam turbine工程热力学工程热力学透平(T
9、urbine)机械1) 体体积积不大不大2 流量大流量大3 保温保温层层q 0ws = -h = h1 - h20输出的出的轴功是靠功是靠焓降降转变的的工程热力学工程热力学例2：紧缩机械 Compressor火力火力发电核核电飞机机发动机机轮船船发动机机挪挪动电站站 压气机气机水水泵制冷制冷空空调紧缩机机工程热力学工程热力学火力发电安装Steam power锅锅炉炉汽轮机汽轮机发电机发电机给水泵给水泵凝凝汽汽器器过热器过热器工程热力学工程热力学紧缩机械1) 体体积积不大不大2 流量大流量大3 保温保温层层q 0ws = -h = h1 - h20输入的入的轴功功转变为焓升升工程热力学工程热力学
10、例3：换热设备Heat Exchangers火力火力发电：锅炉、凝汽器炉、凝汽器核核电：热交交换器、凝汽器器、凝汽器制冷制冷空空调蒸蒸发器、冷凝器器、冷凝器工程热力学工程热力学换热设备热流体放流体放热量：量：没有作功部件没有作功部件热流体流体冷流体冷流体h1h2h1h2冷流体吸冷流体吸热量：量：焓变工程热力学工程热力学例4：绝热节流Throttling Valves管道管道阀门制冷制冷空空调膨膨胀阀、毛、毛细管管工程热力学工程热力学绝热节流绝热节流流过程，前后程，前后h不不变，但，但h不是不是处处相等相等h1h2没有作功部件没有作功部件绝热工程热力学工程热力学小 结 Summary 热力学第一定律的本质热力学第一定律的本质 热一概各表达式之间的关系和用法热一概各表达式之间的关系和用法 准静态或可逆条件下的表达式准静态或可逆条件下的表达式 热力学能与焓热力学能与焓 四种功的关系和运用场所四种功的关系和运用场所
