6穩(wěn)定流動(dòng)能量方程的應(yīng)用課件

第三章

熱力學(xué)第一定律§1熱力學(xué)能和總能分子動(dòng)能（移動(dòng)、轉(zhuǎn)動(dòng)、振動(dòng)）分子位能（相互作用）核能化學(xué)能一、熱力學(xué)能U:廣延參數(shù)[kJ]u:比參數(shù)

[kJ/kg]說明：熱力學(xué)能是狀態(tài)量注意：對(duì)理想氣體u=f(T)SystemUzc二、外部?jī)?chǔ)存能系統(tǒng)工質(zhì)與外力場(chǎng)的相互作用所具有的能量如：重力位能以外界為參考坐標(biāo)的系統(tǒng)宏觀運(yùn)動(dòng)所具有的能量如：宏觀動(dòng)能組成三、系統(tǒng)的總能外部?jī)?chǔ)存能宏觀動(dòng)能Ek=mc2/2宏觀位能Ep=mgz機(jī)械能系統(tǒng)總能E=U+Ek+Epe=u+ek+ep一般與系統(tǒng)同坐標(biāo)，常用U,dU,u,du

§2系統(tǒng)與外界傳遞的能量

功隨物質(zhì)傳遞的能量

熱量外界熱源外界功源外界質(zhì)源系統(tǒng)一、熱量kJ或kcal且lkcal=4.1868kJ定義：在溫差作用下,系統(tǒng)與外界通過界面?zhèn)鬟f的能量。規(guī)定:特點(diǎn):是傳遞過程中能量的一種形式，與熱力過程有關(guān)系統(tǒng)吸熱熱量為正，系統(tǒng)放熱熱量為負(fù)單位：二、功除溫差以外的其它不平衡勢(shì)差所引起的系統(tǒng)與外界傳遞的能量.1．膨脹功W：2.軸功Ws:在力差作用下，通過系統(tǒng)容積變化與外界傳遞的能量。規(guī)定:系統(tǒng)對(duì)外作功為正，外界對(duì)系統(tǒng)作功為負(fù)。系統(tǒng)與外界通過轉(zhuǎn)軸傳遞的機(jī)械功定義:單位：lJ=lNm種類:膨脹功是熱變功的源泉三、隨物質(zhì)傳遞的能量1．流動(dòng)工質(zhì)本身具有的能量2．流動(dòng)功(或推動(dòng)功)為推動(dòng)流體通過控制體界面而傳遞的機(jī)械功.ppsfs1p1f1p2s2f2

注意:取決于控制體進(jìn)出口界面工質(zhì)的熱力狀態(tài).由泵、風(fēng)機(jī)等提供推動(dòng)1kg工質(zhì)進(jìn)、出控制體時(shí)需流動(dòng)凈功控制體12對(duì)流動(dòng)功的說明1、與宏觀流動(dòng)有關(guān)，流動(dòng)停止，流動(dòng)功不存在2、作用過程中，工質(zhì)僅發(fā)生位置變化，無狀態(tài)變化3、wf＝pv與所處狀態(tài)有關(guān)，是狀態(tài)量4、并非工質(zhì)本身的能量（動(dòng)能、位能）變化引起，而由外界做出，流動(dòng)工質(zhì)所攜帶的能量四、焓及其物理意義對(duì)于m千克工質(zhì)： 焓的定義式：焓=熱力學(xué)能+流動(dòng)功焓的物理意義：1．對(duì)流動(dòng)工質(zhì)(開口系統(tǒng))，表示沿流動(dòng)方向傳遞的總能量中，取決于熱力狀態(tài)的那部分能量.思考：特別的對(duì)理想氣體

h=f(T)對(duì)于1千克工質(zhì)：2.對(duì)不流動(dòng)工質(zhì)(閉口系統(tǒng))，焓只是一個(gè)復(fù)合狀態(tài)參數(shù)進(jìn)入系統(tǒng)的能量-離開系統(tǒng)的能量=系統(tǒng)中儲(chǔ)存能量的增加建立能量方程的基礎(chǔ)：§3閉口系能量方程一、閉口系能量方程?EQW?EQW對(duì)于可逆過程對(duì)于微元過程：對(duì)1kg工質(zhì)：二、循環(huán)中的熱力學(xué)第一定律1342vp三、理想氣體熱力學(xué)能變化量計(jì)算適用于理想氣體一切過程或者實(shí)際氣體定容過程用定值比熱計(jì)算:用平均比熱計(jì)算:理想氣體組成的混合氣體的熱力學(xué)能：用真實(shí)比熱計(jì)算:例題3-1過程WQΔU1~22~34~13~41390000-1000-3950例題3-2有一絕熱剛性容器，有隔板將其分為A、B兩部分，開始時(shí)，A中盛有TA=300K，pA=0.1Mpa，VA=0.5m3的空氣；B中盛有TB=350K，pB=0.5Mpa，VB=0.2m3的空氣，求打開隔板后兩容器達(dá)到平衡時(shí)的溫度和壓力。思考題有一絕熱剛性容器，有隔板將其分為A、B兩部分，開始時(shí)，A中盛有參數(shù)為TA，pA的空氣；B中為真空，求打開隔板后容器達(dá)到平衡時(shí)的溫度和壓力。定量空氣在氣缸內(nèi)體積從0.9m3可逆膨脹到1.4m3，過程中壓力保持不變p=0.2MPa，已知初始溫度25℃。求：(1)此過程中空氣吸入或放出的熱量，(2)若活塞的質(zhì)量為20kg，且初始時(shí)靜止，求終態(tài)時(shí)活塞的速度。已知環(huán)境壓力p0=0.1Mpa。補(bǔ)充練習(xí)?EQW§

4開口系統(tǒng)能量方程推導(dǎo)能量守恒原則：進(jìn)入系統(tǒng)的能量-離開系統(tǒng)的能量=系統(tǒng)儲(chǔ)存能量的變化z1z2δwsu1,p1v1,c1δQu2,p2v2,c212dEcvδm1δm2τ到τ+dτ時(shí)刻內(nèi)進(jìn)入控制體的能量流出控制體的能量控制體儲(chǔ)存能的變化由熱力學(xué)第一定律z1z2δwsu1,p1v1,c1δQu2,p2v2,c212dEcvδm1δm2例題3-3充氣問題:充氣前真空，罐壁絕熱，充氣總管參數(shù)恒定。儲(chǔ)氣罐閥門P1=1Mpa,T1=300K或遵循基本原則

流入：hinδmin

流出：0

內(nèi)增：uδm充氣問題（延伸）取氣罐為系統(tǒng)。考慮一股流體流入，無流出已知儲(chǔ)氣罐中原有的空氣質(zhì)量m1，熱力學(xué)能u1，壓力p1，溫度T1。充氣后，儲(chǔ)氣罐內(nèi)氣體質(zhì)量為m2，熱力學(xué)能u2，忽略動(dòng)能差與位能差，且容器為剛性絕熱。導(dǎo)出u2與h的關(guān)系式。解：方法一忽略氣體動(dòng)能和位能容器為剛性絕熱容器靜止積分取終態(tài)時(shí)氣罐內(nèi)全部（m2）空氣為封閉系Q：容器剛性絕熱充入氣體與管內(nèi)氣體溫度相等Q=0閉口系能量方程

Q=ΔU+W方法二討論：1）非穩(wěn)態(tài)流動(dòng)問題可用一般能量方程式也可用基本原則。在一些條件下，后者常更方便。2）能量方程中若流體流出、入系統(tǒng)，物質(zhì)能量用h，若不流動(dòng)用u。歸納熱力學(xué)解題思路1）取好熱力系;2）計(jì)算初、終態(tài);3）兩種解題思路4）不可逆過程的功可嘗試從外部參數(shù)著手。從已知條件逐步推向目標(biāo)從目標(biāo)反過來缺什么補(bǔ)什么§5開口系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)流動(dòng)能量方程穩(wěn)定流動(dòng)條件下每截面狀態(tài)不變：一、穩(wěn)態(tài)流動(dòng)能量方程微元過程二、技術(shù)功技術(shù)功對(duì)微元過程對(duì)可逆過程技術(shù)功在示功圖上的表示三、理想氣體焓變的計(jì)算用定值比熱計(jì)算:用平均比熱計(jì)算:適用于理想氣體的一切熱力過程或者實(shí)際氣體的定壓過程用真實(shí)比熱計(jì)算理想氣體組成的混合氣體的焓：例題3-4某氣體在壓氣機(jī)內(nèi)被壓縮，壓縮前的參數(shù)：p1=100Kpa，v1=0.845m3/kg，壓縮后：p2=800Kpa，v2=0.175m3/kg。設(shè)壓縮過程每千克氣體熱力學(xué)能增加150kJ，同時(shí)向外放熱50kJ，壓氣機(jī)每分鐘產(chǎn)生壓縮氣體10kg。求：（1）壓縮過程對(duì)每kg氣體所做的壓縮功；（2）每產(chǎn)生1kg壓縮氣體所需的軸功；（3）帶動(dòng)此壓氣機(jī)要用多大功率的電動(dòng)機(jī)；（4）壓縮前后氣體的焓變。一、汽輪機(jī)等動(dòng)力機(jī)械q=Δh+wt

q=Δh+Δc2/2+gΔz+ws

現(xiàn)q=0;Δc2=0;Δz=0

故ws=-Δh=h1-h2c1c2§6穩(wěn)定流動(dòng)能量方程的應(yīng)用二、壓氣機(jī)、泵和風(fēng)機(jī)q=Δh+Δc2/2+gΔz+ws

現(xiàn)q=0Δc2=0Δz=0

故-ws=Δh=h2-h1三、鍋爐和各種熱交換器q=Δh+ws

現(xiàn)ws=0∴q=Δh=h2-h1cf2cf1近似為0四、噴管q=Δh+Δc2/2+gΔz+ws現(xiàn)q=0Δz=0ws=0c1c2五、絕熱節(jié)流q=Δh+Δc2/2+gΔz+ws

現(xiàn)q=0wt=0

故

Δh=0

即h1=h2c1c2例題3-5流體以c1=3m/s的速度通過直徑7.62cm的管路進(jìn)入動(dòng)力機(jī)，進(jìn)口處h1=2558.6kJ/kg，熱力學(xué)能2326kJ/kg，壓力p1=689.48kPa，動(dòng)力機(jī)出口h2=1395.6kJ/kg。忽略流體動(dòng)能和位能的變化，求動(dòng)力機(jī)發(fā)出的功率，設(shè)過程絕熱。例題3-6空氣流量用裝在空氣管道中的電加熱器測(cè)量。電加熱器前后的空氣溫度用溫度計(jì)測(cè)量。加熱器功率恒定為750W，通電后電加熱器前后空氣溫度t1=15℃，t2=18.1℃?？諝饧訜崞骱髩毫?16kPa，管徑d=0.09m?？諝舛▔罕葻?.01kJ/（kg.K）。求

：每小時(shí)空氣質(zhì)量流量，及空氣加熱器后的流速。t1t2風(fēng)機(jī)連同空氣加熱器，空氣進(jìn)入風(fēng)機(jī)時(shí)的參數(shù)：p1=100kPa，t1=0℃，風(fēng)量V=2000m3/