工程热力学02-热一律

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1、§2-1热力学第一定律的本质第二章§2-2热力学第一定律的表达式热力学第一定律§2-3稳定流动能量方程应用举例§2-4功和热量的计算及其在压容图和温熵图中的表示§2-1热力学第一定律的本质§2-1热力学第一定律的本质本质：能量转换及守恒定律在热过程中的应用•18世纪初，工业革命，热效率只有1%能量既不能创造，•1842年，J.R.Mayer阐述热一律，但没有也不可能被消灭引起重视•1840-1849年，Joule用多种实验的一致性永动机是造不出来的证明热一律，于1950年发表并得到公认•1909年，C.Caratheodory最后完善热一律J.R.迈尔J.P.焦耳Juliu

2、sRobertMayerJames.Prescott.Joule1814-18781818-1889德国英国1850测定热功当量医学博士1852焦－汤效应首次提出能量转换与守恒定律能量单位焦耳定律（热与电）1焦耳实验焦耳实验水温升高可测得热量，1、重物下降，输重物下降可测得功入功，绝热容器内气体T↑热功当量1cal=4.1868kJ2、绝热去掉，气工质经历循环:体T↓，放出热给水，T恢复原温。∫δQ=∫δW§2-1热力学第一定律的实质实质是能量守恒与转换原理在热力学中的具体体现§2-2热力学第一定律的表达式各种不同形式的能量都可以转移，也可以相互转换，但在转移和转换过程中，

3、它们的总量保持不变。这一规律称为能量守恒与转换定律。在工程热力学中,热力学第一定律主要说明热能和机械能在转移和转换时,能量的总量必定守恒系统的内部储存能外储存能系统工质与外力场的相互作用分子动能（移动、转动、振动）所具有的能量如：重力位能分子位能（相互作用）热力学组E=mgz能/内能核能p成化学能以外界为参考坐标的系统宏观运动说明：所具有的能量如：宏观动能•内能是状态量12•U:广延参数[kJ]u:比参数[kJ/kg]Ek=mc2•内能总以变化量出现，内能零点人为定2系统总能系统与外界传递的能量外部储存能宏观动能Ek=mc2/2热量外界热源机械能宏观位能Ep=mgz系功外界

4、功源系统总能E=U+Ek+Ep统随物质传递的能量外界质源e=u+ek+ep一般与系统同坐标，常用U,dU,u,du热量功¾定义：¾定义: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.在温差作用下,系统与外界通过界面传递的能量。¾种类:¾规定:1．膨胀功W：在力差作用下，通过系统容积变化与外界传递的能量。系统吸热热量为正，系统放热热量为负膨胀功是热变功的源泉单位：lJ=lNm¾单位：规定:系统对外作功为正，外界对系统作功为负。kJ或kcal且lkcal=4.1868kJ2轴功W:¾特点:通过轴系统与外界传递的机械功是传递过程中能量的一种形式，与热力过程有关注意:刚性

5、闭口系统轴功不可能为正，轴功来源于能量转换随物质传递的能量焓1．流动工质1∑焓的定义式：焓=内能+流动功2E=U+mc+mgz本身具有的能量2对于m千克工质：H=U+pV2．流动功(或推动功)对于1千克工质：h=u+pv为推动流体通过控制体界面而传递的机械功.∑焓的物理意义：推动1kg工质进、w=pv−pv出控制体时需功f22111．对流动工质(开口系统)，表示沿流动方向传递的总能量中，取决于热力状态的那部分能量.注意:取决于控制体进出口界面工质的热力状态2对不流动工质(闭口系统)，焓只是一个复合由泵风机等提供状态参数思考：与其它功区别3热力系如图2-1中虚线所包围的体积所

6、示ò根据热力学第一定律可知：加入的能量总和-输出的能量总和=热力系总能量的增量δQem+δδδ）−+=()Wem(EdEE+−)11tot22δδQd=+Eemem()−δ+δW2211totδQem+−+=δδδ）()Wem(EdEE+−)11tot22QE=Δ+()ememWδδ−+∫()2τ211tot微分式δδQd=+Eemem()−δ+δWδQWδtot2211tot微元过程传递的微小量dEdTdu积分式状态量的微小变化量2状态量的积分∫δQQ=1QE=Δ+∫()2τ()ememWδδ2−11+tot2过程量的积分dT=−=TTΔT∫211适用条件：任何热力系、任

7、何工质、任根据质量守恒定律可知热力系质量的变化等何（无摩擦或有摩擦）过程于流进和流出质量的差dm=δm−δm122、闭口系的能量方程设一带活塞的气缸，取封闭在活塞气缸中QE=Δ+∫()2τ()ememWδδ2−11+tot虚线包围的气体工质为闭口系吸热–Q初态热力学能-U1终态热力学能-U2动能和重力位能均无变化ΔE=ΔE=0kp与外界无物质交换积分式δm=δm=012QUWUUW=Δ+=−+对外界膨胀功-W2143、开口系的能量方程积分式Q=ΔU+W=U2−U1+W每千克工质q=u−u+w21微分式δq=du+δ