【课件】2010年11月7日 工程热力学02(刘益才).ppt

第二章热力学第一定律 The Story of Heat Heat was once thought to be a fluid called “caloric热质说” James Joule proved that heat was a form of energy in the 18th century Heat is Energy Temperature of the water rises if either: heat is added work is done Since work is energy, heat must be energy as well §2-1 热力学第一定律的实质 热力学第一定律的普遍表达式 闭口系循环的热一律表达式 §2-2 热力学能和总能 内动能（分子平移，旋转，振动） 内位能（分子间力） 化学能（维持一定的分子结构） 原子能（原子核内部） 热力学能的导出（I） 热力学能的导出（II） 热力学能U 的物理意义 热力学能及闭口系热一律表达式 热力学能的性质 系统总能 §2-3 能量的传递和转化 作功的说明 “作功”是系统与外界间的一种相互作用，是越过系统边界的能量交换。 功是指作功过程中在传递着的能量的总称，过程一旦结束就再无所谓功。 机械能与机械功、电能与电功等同吗？ 系统可以拥有电能，机械能，但决不会拥有电功、机械功之类的功。功只不过是特定条件下在过程中传递着的能量。 系统是否作功应以过程在外界所引起的效果来判断，而不应从系统的内部去寻找依据，对系统的内部来说无所谓“功”。 功是有序能量传递。 过程功和有用功的概念 过程功：按照系统在热力过程中的状态变化而应该作出的功。 系统的过程功中通常可以区分为有用功和无用功的两个部分。 对大气所作的任何功是无用的，克服摩擦所作的功都转变为热量，因而也是无用的。 像设备从转轴上传出的轴功，提升重物所作的 机械功，以及工质本身的宏观动能和重力位能的增加（可以利用相关机械设备进一步使之转变为轴功等机械功）都属于系统所作的有用功。 有用功：技术上有用的，可以输给功源的功。 功源：一种可以向热力系作功或从热力系统接受功的外界物体或装置。 例题（习题1－13） 传热 可逆过程的热量计算 §2-4 热一律的基本能量方程式 闭口系能量方程 闭口系能量方程中的功 简单可压缩物质控制质量可逆过程能量方程 【例2-1】 如图所示，闭口系内的一定量气体由状态1经1a2变化至状态2，吸热70kJ，同时对外做功25kJ，，试问：（1）工质若由1经1b2变化到2时，吸热为90kJ，则对外做功是多少？（2）若外界对气体做功30kJ，迫使它从状态2经2c1返回到状态1，则此返回过程是吸热过程还是放热过程？其值为多少？ 【例2-1】 【例2-1】 § 2-5 开口系能量方程 问题的简化： 假定控制容积形状、大小、空间位置均不随时间改变。 ——因而统计系统的总能时，不考虑系统整体的外观能量，但要计及流体的流动动能，重力位能以及热力学能。 系统除与外界有物质流交换，在没有质量流穿越的边界上还可以有传热和作功的相互作用。 ——虽然假定系统边界不能移动，但是系统可以通过转轮转轴与外界交换轴功。 ——系统进出口界面上没有热量和功的交换。 假定进、出口截面上存在局部平衡。 ——可以用流体在进入或离开系统的状态参数作为流体在进、出口界面的参数。 假定流动为 一元流动 ——仅在沿流动的方向上才有参数的变化。 开口系能量方程 推进功的引入 Flow Work It takes work to push a fluid into a system It takes work to push a fluid out of a system 推进功的表达式 流动功的定义 流动功定义为开口系统的推出功与推进功之差 是系统为维持工质流动所需的功 对推进功的说明 开口系能量方程 开口系能量方程微分式 开口系能量方程微分式(Cont.) 焓的引入 焓（Enthalpy) 的说明 稳态稳流能量方程 稳定稳流的定义 当流动系统中（包括进、出口截面上）各点的热力学状态及流动情况（流速、流向）不随时间变化时，称系统处于稳态稳流 稳定流动能量方程的推导 稳定流动能量方程的推导(Cont.) 稳定流动能量方程 稳定流动能量方程分析 稳定流动能量方程分析 能量转换关系分析（I） 稳流开口与闭口的能量方程 几种功的关系 简单可压缩系可逆过程的技术功 技术功在示功图上的表示 § 2-6 稳定流动能量方程应用举例 例1：透平(Turbine)机械 透平(Turbine)机械 例2：压缩机械 压缩机械 例3：换热设备 换热设备 例4：喷管和扩压管 喷管和扩压管 例5：绝热节流 绝