第三章热力学第一定律课件.ppt

第三章 热力学第一定律 ●热力学能和总能 ●系统与外界传递的能量 ●闭口系统能量方程式●开口系统能量方程式●开口系统稳态稳流能量方程●稳态稳流能量方程的应用 本章基本要求 深刻理解热量、储存能、功的概念，深刻理解内能、焓的物理意义 理解膨胀（压缩）功、轴功、技术功、流动功的联系与区别 本章重点 熟练应用热力学第一定律解决具体问题 §3-1 热力学能和总能 注意： 对理想气体u=f (T) 因分子间不存在相互作用力.没有内位能,故其热力学能仅包括分子内动能 二、外储存能 注意 C、z是独立于热力系统内部状态的外参数，因此将系统的宏观动能和重力位能称为外储存能。 C、z是力学参数，处于同一热力状态的物体可以有不同的值。 三、系统的总能 §3-2 系统与外界传递的能量 一、热量 二、功量 三、随物质传递的能量 推进功的表达式 对推进功的说明 四、焓 §3-3 闭口系统能量方程式一、闭口系统能量方程表达式 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 二、理想气体热力学能变化计算 §3-4 开口系能量方程 推进功的引入 开口系能量方程的推导 开口系能量方程微分式 开口系能量方程微分式 根据热力学第一定律建立能量方程 稳定流动能量方程 稳定流动能量方程的推导 稳定流动能量方程的推导 一、稳态稳流能量方程表达式 二、准静态下的技术功 技术功在示功图上的表示 三、理想气体焓的计算 几种功的关系 稳定流动条件 0 1kg工质 适用条件： 任何流动工质 任何稳定流动过程 准静态 准静态 热一律解析式之一 热一律解析式之二 用定值比热计算: 用平均比热计算 : 经验公式: 代入 适用于理想气体的一切热力过程或者实际气体的定压过程 四、几种功之间的关系 容积功w、净流动功Δ(pv)、技术功 wt 之间的关系 由能量方程 容积功 技术功 可得3种功之间的关系如下: w wt △(pv) △ c2/2 ws g△z 做功的根源 ws 传入系统的总能量—离开系统的总能量=系统储存能量的变化量 分析此类系统时,一般动能和位能的变化量都可忽略不计;若不是 旋转机械,轴功为零;每股流体带入系统的能量只考虑焓。 多股物流进、出系统的通用稳定流动能量方程为 任何热力系统的能量关系都应满足下面的等式: 五、多股物流进、出系统的稳定流动 §3-6 稳定流动能量方程式的应用 一、蒸汽轮机、气轮机 流进系统： 流出系统： 开口热力系统 (汽轮机示意图) （去凝汽器） 调速器 （来自锅炉） 静叶 动叶 汽缸 蒸汽 乏汽 2状态 1状态 轴 对于热力发动机─汽轮机、燃气轮机等设备, 可由稳定流动能量方 程,通过对实际设备的能量分析和简化,得到应用于热力发动机的简 化能量方程。 简化能量方程 对1kg工质有 若 Ｗs Ｈ２ Ｈ１ ΔE＝０ 简化能量方程 对1kg工质有 用于汽轮机、燃气轮机的简化能量分析模型 电厂汽轮机发动机外貌 * * 分子动能（移动、转动、振动） 分子位能（相互作用） 核能 化学能 一、热力学能（内能） 内能是状态量 ? 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 说明： 注意： 对理想气体u=f (T) 系统工质与外力场的相互作用 所具有的能量 如：重力位能 以外界为参考坐标的系统宏观运动所具有的能量 如：宏观动能 组成 外部储存能 宏观动能 Ek= mc2/2 宏观位能 Ep= mgz 机械能 系统总能 E = U + Ek + Ep e = u + ek + ep 一般与系统同坐标，常用U, dU, u, du 功 随物质传递的能量 热量 外界热源 外界功源 外界质源 系 统 kJ 或 kcal 且l kcal=4.1868kJ ? 定义： 在温差作用下,系统与外界通过界面传递的能量。 规定: 特点: 是传递过程中能量的一种形式，与热力过程有关 系统吸热热量为正，系统放热热量为负 单位： 热量是除功以外另一种形式的能量传递 除温差以外的其它不平衡势差所引起的系统与外界传递的能量. 1．膨胀功W： 2 轴功W: 在力差作用下，通过系统容积变化与外界传递的能量。 规定: 系统对外作功为正，外界对系统作功为负。 热力系通过叶轮机械的轴端与外界交换的能量称为轴功 定义: 单位：l J=l Nm 膨胀功是热变功的源泉 刚性闭口系统轴功不可能为正，轴功来源于能量转换 种类: 注意: 1． 流动工质 本身具有的能量 2． 流动功(或推动功) 为推动流体通过控制体界面而传递的机械功. 推动1kg工质