第2章-热力学第一定律.ppt

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1、第二章热力学第一定律Firstlawofthermodynamics2–1热力学第一定律的实质2-2热力学能(内能)和总能2–3热力学第一定律基本表达式2–4闭口系基本能量方程式2–5开口系能量方程本章基本要求及重点熟练应用热力学第一定律解决具体问题理解热量、总能、功的概念，深刻理解内能、焓的物理意义理解膨胀（压缩）功、技术功、流动功的联系与区别本章基本要求：本章重点：2-1热力学第一定律的实质一、第一定律的实质能量守恒与转换定律在热现象中的应用。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。

2、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。2-2热力学能(内能)和总能一、热力学能(internalenergy)Uch化学能Unu核能Uth内热能Uk平移动能转动动能振动动能Up—二、总(储存)能(totalstoredenergyofsystem)总能热力学能，内部储存能外部储存能宏观动能宏观位能2-2热力学能(内能)和总能宏观动能与内动能的区别三、热力学能是状态参数测量p、V、T可求出2-2热力学能(内能)和总能四、热力学能单位五、工程中关心2-3热力学第一定律基本

3、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EE+dE流入：流出：内部贮能的增量：dE2-3热力学第一定律基本表达式或EE+dE2-4闭口系基本能量方程式闭口系，忽略宏观动能Uk和位能Up，第一定律第一解析式—功的基本表达式热条件：闭口系、简单可压缩系、忽略宏观动能、位能2-4闭口系基本能量方程式讨论：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“+”、“–”、数值大小。2-4闭口系基本能量方程式例: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

4、板，求?2-4闭口系基本能量方程式例A4302661例A43037712-4闭口系基本能量方程式归纳热力学解题思路:1）取好热力系;2）计算初、终态;3）两种解题思路4）不可逆过程的功可尝试从外部参数着手。从已知条件逐步推向目标从目标反过来缺什么补什么2-5开口系能量方程一、推动功(flowwork;flowenergy)和流动功(flowwork;flowenergy)推动功：系统引进或排除工质传递的功量。pvp1v11o2-5开口系能量方程流动功：系统维持流动所花费的代价。推动功在p-v图上：2-5开口系能量方程二、焓(enthalp

5、y)定义：H=U+pVh=u+pv单位：J(kJ)J/kg(kJ/kg)焓是状态参数。物理意义：引进或排出工质而输入或排出系统的总能量。2-5开口系能量方程三、稳定流动能量方程(steady-flowenergyequation)稳定流动特征：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···2-5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=0qm1=qm2=qm;及h=u+pv2-5开口系能量方程讨论：1)改写式(B)为

6、式(C)热能转变成功部分输出轴功流动功机械能增量2-5开口系能量方程2)技术功(technicalwork)—由式(C)技术上可资利用的功wt可逆过程2-5开口系能量方程3)第一定律第二解析式1)通过膨胀，由热能2)第一定律两解析式可相互导出，但只有在开系中能量方程才用焓。4)两个解析式的关系功，w=q–Δu总之：可逆2-5开口系能量方程1.蒸汽轮机、燃气轮机(steamturbine、gasturbine)流进系统：流出系统：内部储能增量：0四、稳定流动能量方程式的应用2-5开口系能量方程2.压气机，水泵类(compressor，pum

7、p)流入流出内部贮能增量02-5开口系能量方程3.换热器(锅炉、加热器等)(heatexchanger:boiler、heateretc.)2-5开口系能量方程流入：流出：内增：0若忽略动能差、位能差2-5开口系能量方程4.管内流动流入：流出：内增：02-5开口系能量方程例A4312661例A4322661例A4332771例A43337712-5开口系能量方程归纳：1）开口系问题也可用闭口系方法求解。2）注意闭口系边界面上热、功交换；尤其是边界面变形时需考虑功的交换。3）例A4333771中若有无摩擦及充分导热的活塞，结果如何？——解法

8、三即可认为是这种情况，故无影响。4）若A4333771活塞为绝热材料制造，若活塞下有弹簧，若······如何？