《工程熱力學(xué)》課件-7 開口系統(tǒng)穩(wěn)定流動(dòng)能量方程

開口系統(tǒng)穩(wěn)定流動(dòng)能量方程閉口系統(tǒng)能量方程1方程式的推導(dǎo)QWU進(jìn)入系統(tǒng)的能量：系統(tǒng)從外界吸取的熱量Q（q）離開系統(tǒng)的能量：系統(tǒng)對外作的膨脹功W（w）

適用條件:1)任何工質(zhì);2)任何過程。注意:熱——吸熱為正，放熱為負(fù)﹔功——熱力系對外做功為正，外界對熱力系做功為負(fù)。閉口系能量方程式閉口系統(tǒng)能量方程1方程式的推導(dǎo)

QW+系統(tǒng)吸熱內(nèi)能增加系統(tǒng)對外界做功-系統(tǒng)放熱內(nèi)能減少外界對系統(tǒng)做功QWU注意:以上各能量方程式適用于閉口系各種過程（可逆或不可逆)及各種工質(zhì)（理想氣體、實(shí)際氣體或液體)它們說明:在熱力過程中，熱力系從外界吸收的熱量，一部分用于增加系統(tǒng)的熱力學(xué)能儲存于熱力系內(nèi)部，另一部分用于對外膨脹作功。工質(zhì)膨脹作功是熱能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能的根本途徑。010203理解穩(wěn)定流動(dòng)、流動(dòng)功的意義掌握焓、技術(shù)功的定義掌握穩(wěn)定流動(dòng)能量方程課程要求開口系統(tǒng)穩(wěn)定流動(dòng)能量方程1穩(wěn)定流動(dòng)

各種熱力設(shè)備在正常運(yùn)行時(shí)，工質(zhì)的流動(dòng)基本上都是穩(wěn)定的。開口系統(tǒng)穩(wěn)定流動(dòng)能量方程1穩(wěn)定流動(dòng)定義：穩(wěn)定流動(dòng)是指系統(tǒng)（內(nèi)部及邊界）各點(diǎn)工質(zhì)的所有狀態(tài)參數(shù)及運(yùn)動(dòng)參數(shù)都不隨時(shí)間而變化的流動(dòng)。條件：①熱力系統(tǒng)內(nèi)各點(diǎn)的參數(shù)不隨時(shí)間發(fā)生變化；

②熱力系統(tǒng)與外界進(jìn)行的質(zhì)量交換不隨時(shí)間而變，且進(jìn)出口截面上的質(zhì)量流量相等；③單位時(shí)間內(nèi)熱力系統(tǒng)與外界交換的功和熱量不隨時(shí)間變化；開口系統(tǒng)穩(wěn)定流動(dòng)能量方程1穩(wěn)定流動(dòng)簡化

假定工質(zhì)的狀態(tài)參數(shù)和流動(dòng)參數(shù)只沿著流動(dòng)方向才發(fā)生變化，而在工質(zhì)流動(dòng)方向的垂直截面上，工質(zhì)的同一參數(shù)都是一致的，即工質(zhì)進(jìn)出系統(tǒng)時(shí)，各截面上工質(zhì)的參數(shù)（p、v、T、流速c等）恒定不變，但不同截面上各量可不相同，這種流動(dòng)稱為一元流動(dòng)。開口系統(tǒng)穩(wěn)定流動(dòng)能量方程1穩(wěn)定流動(dòng)如:電廠中的熱力設(shè)備（汽輪機(jī)、加熱器等)，除啟動(dòng)、停止或者加減負(fù)荷外，大部分時(shí)間是在外界影響不變的條件下穩(wěn)定運(yùn)行的，可以認(rèn)為處于穩(wěn)態(tài)穩(wěn)定流動(dòng)狀態(tài)。開口系統(tǒng)穩(wěn)定流動(dòng)能量方程2推動(dòng)功(流動(dòng)功)推動(dòng)功：工質(zhì)在進(jìn)入或離開開口熱力設(shè)備時(shí)，推動(dòng)工質(zhì)而作的功。

設(shè)進(jìn)口截面積為A1，進(jìn)口處的壓力為p1，將m1kg工質(zhì)恰好移入熱力系其平移距離為X1，則外界所做的推動(dòng)功為：開口熱力系開口系統(tǒng)穩(wěn)定流動(dòng)能量方程2推動(dòng)功①與宏觀流動(dòng)有關(guān)，流動(dòng)停止，流動(dòng)功就不存在;②并非工質(zhì)本身具有的能量，而是由外界(泵與風(fēng)機(jī)）做出，流動(dòng)工質(zhì)所攜帶和傳遞的能量，并不改變工質(zhì)的熱力狀態(tài);③它是用來維持工質(zhì)流動(dòng)的，是伴隨工質(zhì)進(jìn)出系統(tǒng)時(shí)而帶入或帶出系統(tǒng)的能量;④w推=pv與所處狀態(tài)有關(guān)，是狀態(tài)量。（推動(dòng)功→壓力位能)開口系統(tǒng)穩(wěn)定流動(dòng)能量方程2流動(dòng)凈功流動(dòng)凈功:對于同時(shí)有工質(zhì)進(jìn)出的開口系，系統(tǒng)與外界交換的推動(dòng)功的差值，稱為流動(dòng)凈功。流動(dòng)凈功可視為由于工質(zhì)的進(jìn)出，系統(tǒng)與外界傳遞的能量。當(dāng)工質(zhì)不流動(dòng)時(shí),流動(dòng)凈功為零。

注意：流動(dòng)功只取決于工質(zhì)進(jìn)、出口的狀態(tài)，不是過程量開口熱力系推動(dòng)功課堂練習(xí)【單選題】開口系統(tǒng)中，推動(dòng)功屬于下面哪一種形式的能量（）

。

A.進(jìn)、出系統(tǒng)中，流體本身所具有的能量；

B.后面的流體對進(jìn)、出系統(tǒng)的流體為克服界面阻礙而傳遞的能量；C.系統(tǒng)中工質(zhì)進(jìn)行狀態(tài)變化由熱能轉(zhuǎn)化而來的能量。B開口系統(tǒng)穩(wěn)定流動(dòng)能量方程3穩(wěn)定流動(dòng)能量方程如圖所示，在單位時(shí)間內(nèi):m1kg工質(zhì)帶入系統(tǒng)的能量:

(2）工質(zhì)進(jìn)入熱力系攜帶的流動(dòng)功p1V1(3）熱力系統(tǒng)從外界吸取的凈熱量q開口系統(tǒng)穩(wěn)定流動(dòng)能量方程3穩(wěn)定流動(dòng)能量方程如圖所示，在單位時(shí)間內(nèi):m2kg工質(zhì)帶出系統(tǒng)的能量:軸功(ws):流動(dòng)過程中，工質(zhì)通過軸與外界交換的功量。

(2）工質(zhì)離開熱力系攜帶的流動(dòng)功p2V2(3）熱力系統(tǒng)向外界所做的軸功Ws開口系統(tǒng)穩(wěn)定流動(dòng)能量方程3穩(wěn)定流動(dòng)能量方程進(jìn)入系統(tǒng)的總能量：離開系統(tǒng)的總能量：開口系統(tǒng)穩(wěn)定流動(dòng)能量方程3穩(wěn)定流動(dòng)能量方程？？？

穩(wěn)定流動(dòng)中各點(diǎn)參數(shù)不隨時(shí)間變化→狀態(tài)不變→儲存能不變→輸入能量＝輸出能量

輸入能量－輸出的能量＝儲存能變化＝0

能量平衡關(guān)系式由m1=m2，整理有：對于1kg工質(zhì)有：

開口系統(tǒng)穩(wěn)定流動(dòng)能量方程3焓-h焓的定義：分析工質(zhì)流動(dòng)過程中的能量轉(zhuǎn)換時(shí)，熱力學(xué)能u與壓力和比體積的乘積pv兩項(xiàng)經(jīng)常同時(shí)出現(xiàn)，于是定義一個(gè)復(fù)合的狀態(tài)參數(shù)焓:h＝u＋pv焓的物理意義：工質(zhì)攜帶的決定于熱力狀態(tài)的能量焓的重要性：分析蒸汽動(dòng)力循環(huán)時(shí)，其吸熱量或做功量往往等于焓的變化量進(jìn)入系統(tǒng)的總能量：

開口系統(tǒng)穩(wěn)定流動(dòng)能量方程3焓-h焓的定義：分析工質(zhì)流動(dòng)過程中的能量轉(zhuǎn)換時(shí)，熱力學(xué)能u與壓力和比體積的乘積pv兩項(xiàng)經(jīng)常同時(shí)出現(xiàn)，于是定義一個(gè)復(fù)合的狀態(tài)參數(shù)焓:h＝u＋pv進(jìn)入系統(tǒng)的總能量：

能量平衡方程式：

開口系統(tǒng)穩(wěn)定流動(dòng)能量方程3焓-h焓的定義式:焓=內(nèi)能+流動(dòng)功對于m千克工質(zhì)，總焓:H=U+pV單位︰J或kJ對于1千克工質(zhì)，比焓:h=u+pv單位︰J/kg或kJ/kg焓只與狀態(tài)參數(shù)u，p，v有關(guān)，它也是狀態(tài)參數(shù)課堂練習(xí)例:已知新蒸汽流入汽輪機(jī)的焓h1=3300kJ/kg，流速c1=50m/s，乏汽流出汽輪機(jī)時(shí)的焓h2=2300kJ/kg，流速c2=120m/s。汽輪機(jī)高度為2m，散熱損失不計(jì)，試求1kg蒸汽流經(jīng)汽輪機(jī)時(shí)對外界所作的功。開口熱力系

開口系統(tǒng)穩(wěn)定流動(dòng)能量方程4技術(shù)功1、技術(shù)功:在上式中，后三項(xiàng)實(shí)際上都屬于機(jī)械能，工程上可直接利用的功;故把此三項(xiàng)合并在一起稱技術(shù)功(Wt)。單位質(zhì)量工質(zhì)技術(shù)功：開口系統(tǒng)穩(wěn)定流動(dòng)能量方程

故開口系統(tǒng)的穩(wěn)定流動(dòng)能量方程還可以寫為

4技術(shù)功

焓的定義:焓=內(nèi)能+流動(dòng)功技術(shù)功的定義:可利用的機(jī)械能開口系統(tǒng)穩(wěn)定流動(dòng)能量方程熱功轉(zhuǎn)換的一致性熱變功通過體積膨脹，做膨脹功（體積功）膨脹功＝推動(dòng)功差額＋宏觀動(dòng)能和宏觀位能增量＋軸功。開口系統(tǒng)穩(wěn)定流動(dòng)能量方程4技術(shù)功12pv0v1v2p2p1p1v1p2v2對于可逆的穩(wěn)定流動(dòng)過程，可推出:

開口系統(tǒng)穩(wěn)定流動(dòng)能量方程4技術(shù)功12pv0v1v2p2p1p1v1p2v2對于可逆的穩(wěn)定流動(dòng)過程，可推出:壓力變化是技術(shù)功的標(biāo)志，技術(shù)功也是過程量。如水泵、風(fēng)機(jī)等如汽輪機(jī)課堂練習(xí)【單選題】電廠中，汽輪機(jī)對發(fā)電機(jī)輸出的功是（）。技術(shù)功

軸功

膨脹功

推動(dòng)功B——工質(zhì)體積變化產(chǎn)生的功，是基本功——從機(jī)器軸端輸出的有用功ws——工質(zhì)在流動(dòng)過程中傳遞的功（pv）

開口系統(tǒng)穩(wěn)定流動(dòng)能量方程5技術(shù)功與膨脹功技術(shù)功與膨脹功開口系統(tǒng)穩(wěn)定流動(dòng)能量方程5技術(shù)功與膨脹功2-3技術(shù)功與膨脹功作業(yè)講解2-1某閉口系統(tǒng)中的定量氣體經(jīng)歷1-2、2-3、3-4、4-1過程而完成一個(gè)循環(huán)。已知1-2過程中氣體吸熱210kJ，外界對氣體做功180kJ，2-3過程中氣體向外放熱210kJ，氣體對外做功200kJ,3-