第1章热力学第一定律和第二定律技巧.ppt

1-8 热力学第一定律的实质和解析式 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。 三. 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 据 一、稳定流动能量方程 稳定流动特征： 二、稳定流动能量方程式的应用 1.蒸汽轮机、气轮机 2、压气机，水泵类 流入 二. 熵方程 1.熵流和熵产 E E+dE 流入： 流出： 内部贮能的增量：dE 对闭口系， 忽略宏观动能Uk和位能Up， 可得： 第一定律第一解析式—热 功的基本表达式 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 “+”，“–”，大小。 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 ? A座机电话号码 200m3的计算机房内计算机放热率为10kW，房内有50kg木材 制品和25kg钢制品，初始时温度为300K，若不计建筑材料的影 响，且空气、木材和钢制品均匀升温。问经多长时间，房内温度升高10℃？已知，木材和钢的比热容分别为1.38kJ/ kg·K 、0.46 kJ/ kg·K ，木材和钢的密度分别是580kg/m3和7820kg/m3。 解： 房内空气质量 例 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）ΔECV 0， ΔSCV 0， ΔmCV 0?··· 1–9 稳定流动开口系能量方程 流入系统的能量: 流出系统的能量: 系统内部储能增量: ΔECV – 考虑到稳流特征： ΔECV 0 qm1 qm2 qm; 及h u+pv 有 讨论： 1）改写（B）为（C） 热能转变 成机械功 部分 输出轴功 流动功 机械能增量 （C） 2）技术功— 由（C） 技术上可资利用的功 wt 3 第一定律第二解析式 通过膨胀，由热能 把wt的概念代入（B）式，可得第一定律第二解析式 功，w q–Δu 总之： 流进系统： 流出系统： 内部储能增量： 0 流出 内增 0 3、换热器（蒸汽发生器等） 流入： 流出： 内增： 0 若忽略动能差、位能差 4、管内流动 流入： 流出： 内增： 0 A座机电话号码 例 冷凝器把10kPa、300℃的过热水蒸气等压冷却为到10kPa的饱和液，进入冷凝器的冷却介质是20℃的湖水，离开冷凝器时湖水温度为30℃，若蒸汽的质量流量为1kg/s，假定冷凝器向环境介质的散热可忽略不计，求所需湖水的质量流量。 解： 由10kPa、300℃查表得 由10kPa查表得 20℃时 30℃时 能量方程： A座机电话号码 例 0.1MPa，20℃的空气在压气机中绝热压缩升压升温 后导入换热器排走部分热量后再进入喷管膨胀到0.1MPa 20℃。喷管出口截面积A 0.0324m2气体流速cf2 300m/s 已知压气机耗功率710kW，问换热器中空气散失的热量。 30万kW锅炉引风机两台耗电3200kW 解： 对CV列能量方程 流入： 流出： 内增： 0 或稳定流动能量方程 黑箱技术 据题义， 1–10 热力学第二定律 一、自发过程的方向性 只要Q’不大于Q，大气向咖啡传热并不违反第一定律 Q Q ? 重物下落，水温升高 水温下降，重物升高？ 只要重物位能增加小于 等于水降内能减少，不 违反第一定律。 电流通过电阻，产生热量 对电阻加热，电阻内产生反向 电流？ 只要电能不大于加入热能，不 违反第一定律。 归纳：1）自发过程有方向性； 2）自发过程的反方向过程并非不可进行，而是 要有附加条件； 3）并非所有不违反第一定律的过程均可进行。 能量转换方向性的 实质是能质有差异 无限可转换能—机械能，电能 部分可转换能—热能 不可转换能—环境介质的热力学能 二. 第二定律的两种典型表述 1.克劳修斯叙述——热量不可能自发地不花代价地 从低温物体传向高温物体。 2.开尔文—普朗克叙述——不可能制造循环热机， 只从一个热源吸热，将之全部转化为功，而 不在外界留下任何影响。 三.关于第二类永动机 2. 状态参数坐标图 一简单可压缩系只有两个独立参数，所以可用平面坐标上一点确定其状态，反之任一状态可在平面坐标上找到对应点，如： p v 1 p1 v1 T s 2 T2 s2 p T 3 p3 T3 纯物质的p-v-T图 水p-v-T图 1-4 热力学能、焓和熵 Uch Unu Uth UkE 平移动能 转动动能 振动动能 UpE— 2 总（储存）能 总能 热力学能，内部储存能 外部储存能