工程熱力學第3章熱力學第一定律

1、熟練應用熱力學第一定律解決具體問題分子動能（移動、轉動、振動）分子動能（移動、轉動、振動）分子位能（相互作用）分子位能（相互作用）核能核能 化學能化學能一。內能一。內能內能內能是狀態(tài)量是狀態(tài)量 u : 廣延參數(shù)廣延參數(shù) kj u : 比參數(shù)比參數(shù) kj/kg 內能內能總以變化量出現(xiàn)，總以變化量出現(xiàn)，內能內能零點人為定零點人為定說明：說明：注意：注意：對理想氣體對理想氣體u=f (t)u=f (t) 系統(tǒng)工質與外力場外力場的相互作用相互作用 所具有的能量如：重力位能以外界外界為參考坐標參考坐標的系統(tǒng)宏觀運動宏觀運動所具有的能量 如：宏觀動能 221mcekmgzep組組成成外部儲存能外部儲存能宏

2、觀動能宏觀動能 ek= mc2/2宏觀位能宏觀位能 ep= mgz機械能機械能系統(tǒng)總能系統(tǒng)總能e = u + ek + epe = u + ek + ep一般與系統(tǒng)同坐標，常用一般與系統(tǒng)同坐標，常用u, du, u, du 功隨物質傳遞的能量隨物質傳遞的能量 熱量熱量外界熱源外界熱源外界功源外界功源外界質源外界質源系系統(tǒng)統(tǒng) kj 或 kcal 且l kcal=4.1868kj 定義定義：在溫差溫差作用下,系統(tǒng)與外界通過界面?zhèn)鬟f的能量。規(guī)定規(guī)定:特點特點:是傳遞過程傳遞過程中能量的一種形式，與熱力過程熱力過程有關系統(tǒng)吸熱吸熱熱量為正正，系統(tǒng)放熱放熱熱量為負負單位：單位：功除溫差以外除溫差以外的其

3、它不平衡勢差不平衡勢差所引起的系統(tǒng)與外界傳遞的能量.1膨脹功w：2 軸功w:在力差力差作用下，通過系統(tǒng)容積變化容積變化與外界傳遞的能量。規(guī)定規(guī)定: 系統(tǒng)對外作功對外作功為正正，外界對系統(tǒng)作功對系統(tǒng)作功為負負。通過軸系統(tǒng)軸系統(tǒng)與外界傳遞的機械功機械功定義定義:單位單位：l j=l nm膨脹功是熱變功熱變功的源泉剛性閉口系統(tǒng)剛性閉口系統(tǒng)軸功不可能為正，軸功來源于能量轉換種類種類:注意注意:隨物質傳遞的能量mgzmcue2211122vpvpwf1 流動工質流動工質 本身具有的能量本身具有的能量2 流動功流動功(或推動功或推動功)為推動流體推動流體通過控制體界面而傳遞的機械功機械功.推動1kg工質進

4、、出控制體時需功 注意注意: 取決于取決于控制體進出口界面工質的熱力狀態(tài)工質的熱力狀態(tài)由泵風機等提供思考思考：與其它功區(qū)別 對于m千克工質： pvuhv焓的定義式焓的定義式：焓焓=內能內能+流動功流動功 v焓的物理意義：焓的物理意義：1對流動流動工質(開口開口系統(tǒng))，表示沿流動方向傳遞的總能量中，取決于取決于熱力狀態(tài)熱力狀態(tài)的那部分能量.思考：思考：特別的對理想氣體 h= f (t) 對于1千克工質： h=u+ p v 2 對不流動不流動工質(閉口閉口系統(tǒng))，焓只是一個復合復合狀態(tài)參數(shù)狀態(tài)參數(shù) dtcduqvvv適用于理想氣體理想氣體一切一切過程或者實際氣體實際氣體定容定容過程 用定值比用定值

5、比熱計算熱計算:102000121221tctcdtcdtcdtcutvmtvmtvtvttv用 平 均 比用 平 均 比熱計算熱計算 : tfcv 21dtcuv理想氣體組成的理想氣體組成的混合氣體的內能混合氣體的內能： niiiniinumuuuuu112121dtcuv經(jīng)驗公式代入功功 （ w） 是廣義功是廣義功 閉口系與外界交換的功量閉口系與外界交換的功量 q = du + w準靜態(tài)容積變化功準靜態(tài)容積變化功 pdv拉伸功拉伸功 w拉伸拉伸= - dl表面張力功表面張力功 w表面張力表面張力= - da w = pdv - dl - da +. q = du + w若在地球上研究飛行器

6、若在地球上研究飛行器 q = de + w = du + dek + dep + w 簡單可壓縮系簡單可壓縮系準靜態(tài)過程準靜態(tài)過程 w = pdv簡單可壓縮系簡單可壓縮系可逆過程可逆過程 q = tds q = du + pdv q = u + pdv熱一律解析式之一熱一律解析式之一tds = du + pdv tds = u + pdv熱力學恒等式熱力學恒等式推導推導 wnet q min moutuinuoutgzingzout212inc212outc能量守恒原則能量守恒原則進入進入系統(tǒng)的系統(tǒng)的能量能量 - -離開離開系統(tǒng)的系統(tǒng)的能量能量 = =系統(tǒng)系統(tǒng)儲存能量儲存能量的的變化變化 wn

7、et q min moutuinuoutgzingzout212inc212outc q + min(u + c2/2 + gz)in- mout(u + c2/2 + gz)out - wnet = decv這個結果與實驗這個結果與實驗不符不符少了少了推進功推進功推進功推進功（流動功、推動功）（流動功、推動功）papvdl w推推 = p a dl = pv w推推= pv注意：注意： 不是不是 pdv v 沒有變化沒有變化1 1、與宏觀與宏觀流動流動有關，流動停止，推進功不存在有關，流動停止，推進功不存在2 2、作用過程中，工質僅發(fā)生作用過程中，工質僅發(fā)生位置位置變化，無狀態(tài)變化變化，無狀

8、態(tài)變化3 3、w推推pv與所處狀態(tài)有關，是與所處狀態(tài)有關，是狀態(tài)量狀態(tài)量4 4、并非工質本身的能量（動能、位能）變化引起，并非工質本身的能量（動能、位能）變化引起， 而由外界做出，流動工質所而由外界做出，流動工質所攜帶的能量攜帶的能量可理解為可理解為：由于工質的進出，外界與系統(tǒng)之由于工質的進出，外界與系統(tǒng)之間所傳遞的一種間所傳遞的一種機械功機械功，表現(xiàn)為流動工質進，表現(xiàn)為流動工質進出系統(tǒng)使所出系統(tǒng)使所攜帶攜帶和所和所傳遞傳遞的一種的一種能量能量 wnet qpvin moutuinuoutgzingzout212inc212outc q + min(u + c2/2 + gz)in- mout

9、(u + c2/2 + gz)out - wnet = decv minpvout q + min(u + pv+c2/2 + gz)in - wnet - mout(u + pv+c2/2 + gz)out = decv工程上常用工程上常用流率流率0limqq0limmm0limww2cvout2innetind/ 2/ 2outqeupvcgzmupvcgzmw當有多條進出口：當有多條進出口：netcv2outout2inind/ 2/ 2qewupvcgzmupvcgzm流動時，總一起存在流動時，總一起存在 wnet q min moutuinuoutgzingzout212inc212

10、outc穩(wěn)定流動條件穩(wěn)定流動條件steady state steady flow(sssf)1、outinmmm2、qconst3、netswconstw軸功軸功shaft work每截面狀態(tài)不變每截面狀態(tài)不變4、,/0c vdeoutinmmmqconstnetswconstw,/0c vdenetcv2outout2inind/ 2/ 2qewhcgzmhcgzm穩(wěn)定流動條件穩(wěn)定流動條件0mmsw22soutin22ccqmhgzhgzwqm qsswm w1kg工質工質22soutin22ccqhgzhgzw2s12qhcgzw 2s12qhcgzw 適用條件：適用條件：任何流動工質任何

11、流動工質任何穩(wěn)定流動過程任何穩(wěn)定流動過程2t12swcgzwt()tqhwupvw quw ()twpvwwwt(pv) c2/2wsgz做功的根源做功的根源ws()tpdvd pvw()twpvw()twd pvw準靜態(tài)準靜態(tài)()()twpdv d pvpdvpdv vdpvdptwvdp準靜態(tài)準靜態(tài)qdupdvqdh vdp熱一律解析式之一熱一律解析式之一熱一律解析式之二熱一律解析式之二twvdp1 12 2vdppdvpvp v1 12 2twwpvp v()twwpv12 1ba12341 140a 230b()twpvws2t2/wgdzdcvdpw對于流體流過管道，對于流體流過管道，0sw2102vdpdcgdz 壓力能壓力能 動能動能 位能位能機