ch2知識(shí)資料熱力學(xué)第一定律

第二章熱力學(xué)第一定律

第二章熱力學(xué)第一定律本章基本要求應(yīng)深入理解熱力學(xué)第一定律的實(shí)質(zhì)，熟練掌握熱力學(xué)第一定律及其表達(dá)式。能夠正確、靈活地應(yīng)用來分析計(jì)算工程實(shí)際中的有關(guān)問題。掌握能量、儲(chǔ)存能、熱力學(xué)能、遷移能的概念。第二章熱力學(xué)第一定律掌握體積變化功、推進(jìn)功、軸功和技術(shù)功的概念及計(jì)算。注意焓的引出及其定義式。第二章熱力學(xué)第一定律第一節(jié)熱力學(xué)第一定律的實(shí)質(zhì)

第二章熱力學(xué)第一定律能量守恒：“自然界中的一切物質(zhì)都具有能量；能量既不可能創(chuàng)造，也不能消滅，它只能在一定的條件下從一種形式轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N形式；而在轉(zhuǎn)換中，能量的總量恒定不變”?！苟诙聼崃W(xué)第一定律熱力學(xué)第一定律的實(shí)質(zhì)：能量守恒與轉(zhuǎn)換定律在熱現(xiàn)象中的應(yīng)用。它確定了熱力過程中熱力系與外界進(jìn)行能量交換時(shí)，各種形態(tài)能量在數(shù)量上的守恒關(guān)系。第二章熱力學(xué)第一定律在工程熱力學(xué)的范圍內(nèi)，主要考慮熱能與機(jī)械能之間的相互轉(zhuǎn)換與守恒。熱力學(xué)第一定律可表述為：

熱可以變?yōu)楣?，功也可以變?yōu)闊?，在相互轉(zhuǎn)變時(shí)能的總量保持不變。第二章熱力學(xué)第一定律熱力學(xué)第一定律表明——第一類永動(dòng)機(jī)是不可能實(shí)現(xiàn)的。第二章熱力學(xué)第一定律第二節(jié)熱力學(xué)能和總能

第二章熱力學(xué)第一定律能量是物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的度量，運(yùn)動(dòng)有各種不同的形態(tài)，相應(yīng)的就有各種不同的能量。系統(tǒng)儲(chǔ)存的能量稱為儲(chǔ)存能，它有內(nèi)部?jī)?chǔ)存能與外部?jī)?chǔ)存能之分。第二章熱力學(xué)第一定律一、內(nèi)部?jī)?chǔ)存能量－熱力學(xué)能

熱力學(xué)能是儲(chǔ)存在系統(tǒng)內(nèi)部的能量，它與系統(tǒng)內(nèi)工質(zhì)的內(nèi)部粒子的微觀運(yùn)動(dòng)和粒子的空間位置有關(guān)，是下列各種能量的總和。第二章熱力學(xué)第一定律1、分子熱運(yùn)動(dòng)形成的內(nèi)動(dòng)能。它是溫度的函數(shù)。2、分子間相互作用形成的內(nèi)位能。它是比體積和溫度的函數(shù)。3、維持一定分子結(jié)構(gòu)的化學(xué)能、原子核內(nèi)部的原子能及電磁場(chǎng)作用下的電磁能等。

第二章熱力學(xué)第一定律熱力學(xué)能：符號(hào)：U法定計(jì)量單位：焦耳（J）比熱力學(xué)能：（1kg物質(zhì)的熱力學(xué)能）符號(hào)：u單位：J/kg第二章熱力學(xué)第一定律熱力學(xué)能是狀態(tài)參數(shù)，是熱力狀態(tài)的單值函數(shù)：第二章熱力學(xué)第一定律二、外部?jī)?chǔ)存能需要用在系統(tǒng)外的參考坐標(biāo)系測(cè)量的參數(shù)來表示的能量，稱為外部?jī)?chǔ)存能，它包括系統(tǒng)的宏觀動(dòng)能和重力勢(shì)能：宏觀動(dòng)能：重力勢(shì)能：第二章熱力學(xué)第一定律三、系統(tǒng)的總儲(chǔ)存能（簡(jiǎn)稱總能）系統(tǒng)的總儲(chǔ)存能為系統(tǒng)的內(nèi)部?jī)?chǔ)存能與外部?jī)?chǔ)存能之和，用E表示：?jiǎn)挝毁|(zhì)量工質(zhì)（1kg）的總能為比總能：

第二章熱力學(xué)第一定律第三節(jié)能量的傳遞和轉(zhuǎn)化第二章熱力學(xué)第一定律一、作功與傳熱作功和傳熱是能量傳遞的兩種方式，因此功量與熱量都是系統(tǒng)與外界所傳遞的能量，而不是系統(tǒng)本身的能量，其值并不由系統(tǒng)的狀態(tài)確定，而是與傳遞時(shí)所經(jīng)歷的具體過程有關(guān)。所以，功量和熱量不是系統(tǒng)的狀態(tài)參數(shù)，而是與過程特征（路徑）有關(guān)的過程量，又稱為遷移能。第二章熱力學(xué)第一定律作功：借作功來傳遞能量總是和物體的宏觀位移有關(guān)。作功過程中往往伴隨著能量形態(tài)的變化。傳熱：借傳熱來傳遞能量，不需要物體的宏觀移動(dòng)。傳熱是相互接觸的物體間存在溫差時(shí)發(fā)生的能量傳遞過程。第二章熱力學(xué)第一定律二、推動(dòng)功和流動(dòng)功工質(zhì)在開口系統(tǒng)中流動(dòng)所傳遞的功，叫推動(dòng)功。特點(diǎn)：移動(dòng)過程中工質(zhì)的狀態(tài)參數(shù)不變（特殊性～類似狀態(tài)量特征，可作“狀態(tài)”來“處理”）。第二章熱力學(xué)第一定律本質(zhì)仍是過程量—“pΔV”工質(zhì)在流動(dòng)時(shí)，總是從后方獲得推動(dòng)功，而對(duì)前方作出推動(dòng)功，進(jìn)出質(zhì)量的推動(dòng)功之差稱為流動(dòng)功。第二章熱力學(xué)第一定律第四節(jié)焓第二章熱力學(xué)第一定律

一、焓的定義

焓的單位：J，比焓的單位：J/kg第二章熱力學(xué)第一定律

二、焓是狀態(tài)參數(shù)緒論第二章熱力學(xué)第一定律①②ab三、焓的物理意義

焓是物質(zhì)進(jìn)出開口系統(tǒng)時(shí)帶入或帶出的熱力學(xué)能與推動(dòng)功之和，是隨物質(zhì)一起轉(zhuǎn)移的微觀＋宏觀能量。

焓是狀態(tài)參數(shù)，不僅在開口系統(tǒng)中出現(xiàn)，而且在分析閉口系統(tǒng)時(shí)，它同樣存在。第二章熱力學(xué)第一定律第五節(jié)熱力學(xué)第一定律的基本能量方程式

第二章熱力學(xué)第一定律

熱力學(xué)第一定律的原則應(yīng)用于系統(tǒng)中能量變化時(shí)，可寫成如下形式：

第二章熱力學(xué)第一定律進(jìn)入系統(tǒng)的能量離開系統(tǒng)的能量系統(tǒng)增量（增或減）一、閉口系統(tǒng)的能量方程設(shè)閉系中工質(zhì)從外界吸熱Q后，從狀態(tài)1變化到狀態(tài)2，同時(shí)對(duì)外作功W，則：此式即閉口系的能量方程式（熱力學(xué)第一定律）。第二章熱力學(xué)第一定律

若閉口系經(jīng)過一個(gè)微元過程，則能量方程為微分形式為：

對(duì)于1kg工質(zhì)，能量方程式為：第二章熱力學(xué)第一定律

對(duì)于循環(huán)（熱機(jī)轉(zhuǎn)換能量而不積蓄能量）：

以上各能量方程式適用于閉系、各種過程（可逆或不可逆）及各種工質(zhì)（理想氣體、實(shí)際氣體或液體）。第二章熱力學(xué)第一定律教材例2－1如圖2－3所示，一定量氣體在氣缸內(nèi)體積由0.9m3可逆地膨脹到1.4m3，過程中氣體壓力保持定值，且p=0.2MPa。若在此過程中氣體熱力學(xué)能增加12000J，試求：（1）此過程中氣體吸入或放出的熱量；（2）若活塞質(zhì)量為20kg，且初始時(shí)活塞靜止，求終態(tài)時(shí)活塞的速度。已知環(huán)境壓力p0=0.1MPa。第二章熱力學(xué)第一定律要點(diǎn)：1-劃定研究體系-熱力系；2-由ΔU和W，用熱一律確定Q；3-求出有用功—這部分能量推動(dòng)活塞加速。第六節(jié)開口系統(tǒng)能量方程式第二章熱力學(xué)第一定律實(shí)際熱力設(shè)備中能量轉(zhuǎn)換過程是工質(zhì)循環(huán)流經(jīng)各熱力設(shè)備，完成不同的熱力過程，實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換。因此分析這類熱力設(shè)備時(shí)，常采用開口系即控制容積的分析方法。第二章熱力學(xué)第一定律一、開口系能量方程考察一開口系統(tǒng)如圖：

第二章熱力學(xué)第一定律

因此有：第二章熱力學(xué)第一定律則有開口系能量方程的一般表達(dá)式如下：第二章熱力學(xué)第一定律若進(jìn)、出系統(tǒng)的工質(zhì)有若干股，則方程為：第二章熱力學(xué)第一定律以流率表示的開口系能量方程為：第二章熱力學(xué)第一定律二、穩(wěn)定流動(dòng)能量方程所謂穩(wěn)定流動(dòng)，即流動(dòng)過程中開口系內(nèi)部及其邊界上各點(diǎn)工質(zhì)的熱力參數(shù)及運(yùn)動(dòng)參數(shù)都不隨時(shí)間而變。第二章熱力學(xué)第一定律第二章熱力學(xué)第一定律能量方程則可寫成：其微分形式為：若流過開口系有m質(zhì)量(kg)流體，其穩(wěn)定流動(dòng)的能量方程為：第二章熱力學(xué)第一定律其微分形式：三、穩(wěn)定流動(dòng)能量方程式的分析此三項(xiàng)為技術(shù)上可資利用的功，稱為技術(shù)功wt第二章熱力學(xué)第一定律技術(shù)功的定義：三、穩(wěn)定流動(dòng)能量方程式的分析第二章熱力學(xué)第一定律技術(shù)功、膨脹功、流動(dòng)功之間關(guān)系：三、穩(wěn)定流動(dòng)能量方程式的分析第二章熱力學(xué)第一定律技術(shù)功、膨脹功、流動(dòng)功之間關(guān)系：q=Δu+w

微分形式：對(duì)于可逆過程：第二章熱力學(xué)第一定律焓的定義熱一律

一般形式過程可逆第二章熱力學(xué)第一定律思考題開口系實(shí)施穩(wěn)定流動(dòng)過程，是否同時(shí)滿足下列三式？第二章熱力學(xué)第一定律第七節(jié)能量方程式的應(yīng)用

第二章熱力學(xué)第一定律工質(zhì)在設(shè)備內(nèi)流動(dòng)時(shí)，在同一截面上參數(shù)近似地看作是均勻的，并認(rèn)為同一截面上各點(diǎn)流速一致。第二章熱力學(xué)第一定律(為什么需此假設(shè)？)一、開口系穩(wěn)定流能量方程在幾種常見熱力設(shè)備中的應(yīng)用動(dòng)力機(jī)(渦輪）——第二章熱力學(xué)第一定律一、開口系穩(wěn)定流能量方程在幾種常見熱力設(shè)備中的應(yīng)用動(dòng)力機(jī)(渦輪）——第二章熱力學(xué)第一定律壓氣機(jī)——第二章熱力學(xué)第一定律壓氣機(jī)——第二章熱力學(xué)第一定律換熱器——第二章熱力學(xué)第一定律換熱器——第二章熱力學(xué)第一定律管道——

第二章熱力學(xué)第一定律管道——

第二章熱力學(xué)第一定律節(jié)流——第二章熱力學(xué)第一定律節(jié)流——第二章熱力學(xué)第一定律例2－2已知新蒸汽流入汽輪機(jī)時(shí)的焓h1=3232kJ/kg，流速cf1=50m/s；乏汽流出汽輪機(jī)時(shí)的焓h2=2302kJ/kg，流速cf2=120m/s。散熱損失和位能差可略去不計(jì)。（1）試求每千克蒸汽流經(jīng)汽輪機(jī)時(shí)對(duì)外界所作的功。若蒸汽流量是10t/h。（2）求汽輪機(jī)的功率。第二章熱力學(xué)第一定律要點(diǎn)：1-劃定研究體系-熱力系-開口系第二章熱力學(xué)第一定律要點(diǎn)：1-劃定研究體系-熱力系-開口系；2-由開口系能量方程2-1求出內(nèi)部功wi例2－2已知新蒸汽流入汽輪機(jī)時(shí)的焓h1=3232kJ/kg，流速cf1=50m/s；乏汽流出汽輪機(jī)時(shí)的焓h2=2302kJ/kg，流速cf2=120m/s。散熱損失和位能差可略去不計(jì)。（1）試求每千克蒸汽流經(jīng)汽輪機(jī)時(shí)對(duì)外界所作的功。若蒸汽流量是10t/h。（2）求汽輪機(jī)的功率。第二章熱力學(xué)第一定律要點(diǎn)：1-劃定研究體系-熱力系-開口系；2-由開口系能量方程2-1求出內(nèi)部功wi；3-求功率。例2－2已知新蒸汽流入汽輪機(jī)時(shí)的焓h1=3232kJ/kg，流速cf1=50m/s；乏汽流出汽輪機(jī)時(shí)的焓h2=2302kJ/kg，流速cf2=120m/s。散熱損失和位能差可略去不計(jì)。（1）試求每千克蒸汽流經(jīng)汽輪機(jī)時(shí)對(duì)外界所作的功。若蒸汽流量是10t/h。（2）求汽輪機(jī)的功率。二、開口系的能量方程應(yīng)用的典型例子充氣問題——非常重要在充、放氣過程中，容器內(nèi)氣體的狀態(tài)隨時(shí)間在不斷變化，但可以認(rèn)為在每一個(gè)瞬間整個(gè)容器內(nèi)各處的參數(shù)都是一致的；另外，在充氣過程中，雖然流動(dòng)情況隨時(shí)間變化，但可以認(rèn)為通過容器邊界進(jìn)入容器的氣體進(jìn)口狀態(tài)不隨時(shí)間變化，這種充氣過程稱為均勻狀態(tài)穩(wěn)態(tài)流動(dòng)過程。第二章熱力學(xué)第一定律考察圖中對(duì)容器的充氣過程，假定主管中氣體參數(shù)不變，容器壁絕熱。取容器為系統(tǒng)：絕熱充氣過程的條件可表示為：第二章熱力學(xué)第一定律（2-18）充氣過程中，系統(tǒng)本身的動(dòng)能及位能變化忽略不計(jì)，系統(tǒng)的總能即為系統(tǒng)的熱力學(xué)能：第二章熱力學(xué)第一定律將上述條件代入（2-18），忽略進(jìn)入容器時(shí)氣體的動(dòng)能及位能變化，用腳標(biāo)in代替1表示進(jìn)入容器的參數(shù)，則方程變?yōu)椋悍e分：在輸氣管道中，氣體參數(shù)不變，hin為常數(shù)，上式可簡(jiǎn)化為：若充氣前容器為真空，則m1=0，充氣后質(zhì)量為m2，它等于充入容器的質(zhì)量min：第二章熱力學(xué)第一定律即：詳例計(jì)算過程見p50-51。例2-3某輸氣管內(nèi)氣體的參數(shù)為p1=4MPa,t1=30℃,h1=303kJ/kg。設(shè)該氣體是理想氣體，它的熱力學(xué)能與溫度之間的關(guān)系為u=0.72TkJ/kg,氣體常數(shù)Rg=287J/(kgk)?，F(xiàn)將1m3的真空容器與輸氣管連接，打開閥門對(duì)容器充氣，直至容器內(nèi)壓力達(dá)4MPa為止。充氣時(shí)輸氣管中氣體參數(shù)保持不變，問充入容器的氣體量為多少千克（設(shè)氣體滿足狀態(tài)方程pV=mRgT）第二章熱力學(xué)第一定律例2-4：一可自由伸縮，不計(jì)張力的容器內(nèi)有壓力p=0.8MPa，溫度t=27℃的空氣74.33kg。由于發(fā)生泄漏，容器內(nèi)壓力降低到0.75MPa，溫度不變，稱重后發(fā)現(xiàn)少了10kg。不計(jì)熱阻，求過程中通過容器的換熱量。（大氣壓力p0=0.1MPa，溫度t0=27℃，空氣的焓與熱力學(xué)能的計(jì)算式為：）第八節(jié)小結(jié)第二章熱力學(xué)第一定律第一章與第二章中重要概念熱力系統(tǒng)準(zhǔn)平衡過程與可逆過程狀態(tài)量與過程量熱量與功（容積功W、推動(dòng)功PV、流動(dòng)功Wf、內(nèi)部功Wi、軸功Ws、技術(shù)功Wt）基本狀態(tài)參數(shù)、熱力學(xué)能、焓第二章熱力學(xué)第一定律

第二章熱力學(xué)第一定律

第二章熱力學(xué)第一定律例一活塞氣缸設(shè)備內(nèi)裝有5kg的水蒸汽，由初態(tài)的比熱力學(xué)能u1=2709.0kJ/kg，膨脹到u2=2659.6kJ/kg，過程中加給水蒸氣的熱量第二章熱力學(xué)第一定律為80kJ，通過攪拌器輸入的軸功為18.5kJ。試求：通過活塞所作的功。步驟：1、確定研究對(duì)象；2、寫出所研究熱力系的對(duì)應(yīng)的能量方程；3、分析系統(tǒng)與外界的相互作用，作出某些假設(shè)和簡(jiǎn)化；4、求解方程，解出未知數(shù)。第二章熱力學(xué)第一定律

第二章熱力學(xué)第一定律例如圖所示，氣缸內(nèi)充以空氣。氣缸截面積為100cm2，活塞距底面高度為10cm，活塞及其上重物的總重量195kg。當(dāng)?shù)氐拇髿鈮簽?02kPa，環(huán)境溫度為27℃。當(dāng)氣缸內(nèi)的氣體與外界處于熱平衡時(shí)，把活塞重物拿去100kg，活塞將會(huì)突然上升，最后重新達(dá)到熱平衡。假定活塞和氣缸之間無摩擦，氣體與外界可以充分換熱，試求活塞上升的距離和氣體的換熱量。(pb=102×103)第二章熱力學(xué)第一定律

第二章熱力學(xué)第一定律

第二章熱力學(xué)第一定律

第二章熱力學(xué)第一定律

第二章熱力學(xué)第一定律例一閉口系從狀態(tài)1沿1－2－3途徑到狀態(tài)3，傳遞給外界的熱量為47.5kJ，而系統(tǒng)對(duì)外作功為30kJ，如圖所示。（1）若沿1－4－3途徑變化時(shí)，系統(tǒng)對(duì)外作功15kJ，求過程中系統(tǒng)與外界傳遞的熱量。（2）若系統(tǒng)從狀態(tài)3沿圖示曲線途徑到達(dá)狀態(tài)1，外界對(duì)系統(tǒng)作功6kJ，求該過程中系統(tǒng)與外界傳遞的熱量。（3）若U2=175kJ，U3=87.5kJ，求過程2－3傳遞的熱量及