工程热力学-第二章热力学第一定律VIP专享VIP免费

第二章热力学第一定律24/12/252基本要求理解热力学第一定律的实质，熟练掌握热力学第一定律及其表达式。能够正确、灵活地应用热力学第一定律表达式分析计算工程实际中的有关问题。掌握能量、存储能、热力学能、迁移能的概念。掌握体积变化功、推动功、轴功和技术功的概念及其计算式。掌握焓的引出和定义。24/12/253§2-1热力学第一定律的本质能量转换及守恒定律在热过程中的应用，确定了热力过程中各种能量在数量上的关系。其表述：当热能与其他形式的能量相互转换时，它的总量保持不变。根据热力学第一定律，为了得到机械能必须花费热能或其他形式的能量，因此第一类永动机是不可能制造成功的。热力学第一定律是热力学的基本定律，它适合于一切工质和一切热力过程，分析具体问题时，其数学表达式就是能量守恒表达式。对于任何系统，能量平衡关系为:进入系统的能量-离开系统的能量=系统存储能的变化24/12/254§2-2储存能-内能和外储存能定义dU=Q-W内能U是状态函数闭口系热一律表达式Q=dU+WQ=U+W两种特例绝功系Q=dU绝热系W=-dU24/12/255内能U的物理意义dU=Q-WdU代表某微元过程中系统通过边界交换的微热量与微功量两者之差值，也即系统内部能量的变化。U代表储存于系统内部的能量内储存能（内能、热力学能）WQ24/12/256内能的性质内能分子动能（移动、转动、振动）分子位能（相互作用产生，对气体是温度和比容的函数）核能（不考虑）化学能（不考虑）说明气体的内能是与温度和比容有关的状态量U:广延参数[kJ]u:比参数[kJ/kg]内能总以变化量出现，内能零点人为定24/12/257系统总能外部存储的能-机械能宏观动能：Ek=mc2/2宏观位能Ep=mgz系统总能E=U+Ek+Epe=u+ek+epc,z是力学参数，处于同一热力状态的物体可以有不同的c和z，因此，c和z是独立于热力系统内部的参数。系统的宏观动能和重力位能称作外部储存能。24/12/258热一律的文字表达式热力学第一定律能量守恒与转换定律进入系统的能量-离开系统的能量=系统内部储存能量的变化24/12/259§2-3闭口系能量方程一般式单位工质适用条件任何工质任何过程WQQ=dU+WQ=U+Wq=du+wq=u+w24/12/2510闭口系能量方程中的功功（w）是广义功闭口系与外界交换的功量如果系统与外界交换的功量有很多种：准静态容积变化功pdv拉伸功w=-dl表面张力功w=-dAw=pdv-dl-dA+…...24/12/2511闭口系准静态和可逆过程能量方程简单可压缩系准静态过程热力学第一定律解析式之一w=pdvq=du+pdvq=u+pdv简单可压缩系可逆过程热力学恒等式q=TdsTds=du+pdvTds=u+pdv24/12/2512§2-4开口系能量方程推导过程能量守恒原则进入系统的能量-离开系统的能量=系统储存能量的变化212incWnetQminmoutuinuoutgzingzout212outc212inc24/12/2513推进功的引入能量平衡关系式Q+min(u+c2/2+gz)in-mout(u+c2/2+gz)out-Wnet=dEcv这个结果与实验结果不符少推进功212incWnetQminmoutuinuoutgzingzout212outc212inc24/12/2514推进功的表达式推进功（流动功、推动功）W推=pAdl=pVw推=pv注意不是pdv，v没有变化pApVdl24/12/2515对推进功的说明与宏观流动有关，流动停止，推进功不存在作用过程中，工质仅发生位置变化，无状态变化w推＝pv与所处状态有关，是状态量并非工质本身的能量（动能、位能）变化引起，而由外界做出，流动工质所携带的能量可理解为：由于工质的进出，外界与系统之间所传递的一种机械功，表现为流动工质进出系统所携带和所传递的一种能量24/12/2516开口系能量方程的推导WnetQpvinmoutuinuoutgzingzout212inc212outcQ+min(u+c2/2+gz)in-mout(u+c2/2+gz)out-Wnet=dEcvminpvout24/12/2517开口系能量方程微分式Q+min(u+pv+c2/2+gz)in-Wnet-mout(u+pv+c2/2+gz)out=dEcv工程上常用流率0limQQ0limmm0limWW...