工程熱力學(xué)第2章熱力學(xué)第二定律.ppt

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1、1,第二章 熱力學(xué)第一定律 First law of thermodynamics,21 熱力學(xué)第一定律的實(shí)質(zhì),2-2 熱力學(xué)能(內(nèi)能)和總能,23 熱力學(xué)第一定律基本表達(dá)式,24 閉口系基本能量方程式,25 開口系能量方程,,,2,21 熱力學(xué)第一定律的實(shí)質(zhì),一、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。 二、第一定律的表述 熱是能的一種,機(jī)械能變熱能,或熱能變機(jī)械能的時(shí)候,他們之間的比值是一定的。 或: 熱可以變?yōu)楣?,功也可以變?yōu)闊幔灰欢康臒嵯r(shí)必定產(chǎn)生相應(yīng)量的功;消耗一定量的功時(shí),必出現(xiàn)與之相應(yīng)量的熱。,,,,,3,22 熱力學(xué)能(內(nèi)能)和總能,一、熱力學(xué)能(i

2、nternal energy),Uch Unu Uth,,,Uk,,平移動(dòng)能 轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)能 振動(dòng)動(dòng)能,Up,,二、總(儲(chǔ)存)能(total stored energy of system),,總能,,熱力學(xué)能,內(nèi)部儲(chǔ)存能,,外部儲(chǔ)存能,,宏觀動(dòng)能,,宏觀位能,,,,,4,三、熱力學(xué)能是狀態(tài)參數(shù),測量 p、V、T 可求出,四、熱力學(xué)能單位,五、工程中關(guān)心,宏觀動(dòng)能與內(nèi)動(dòng)能的區(qū)別,,,,,5,23 熱力學(xué)第一定律基本表達(dá)式,加入系統(tǒng)的能量總和熱力系統(tǒng)輸出的能量總和= 熱力系總儲(chǔ)存能的增量,,,E,E+dE,,,,,,,,,,流入:,流出:,內(nèi)部貯能的增量:dE,,,,,6,或,,,E,E+dE,,,,

3、,,,,,,,,,,7,24 閉口系基本能量方程式,閉口系,,忽略宏觀動(dòng)能Uk和位能Up,,第一定律第一解析式,,功的基本表達(dá)式,熱,,,,,,,,8,討論:,1)對于可逆過程,2)對于循環(huán),3)對于定量工質(zhì)吸熱與升溫關(guān)系,還取決于W 的 “+”、“”、數(shù)值大小。,,,,,9,例 自由膨脹,如圖,,解:取氣體為熱力系 閉口系?開口系?,強(qiáng)調(diào):功是通過邊界傳遞的能量。,抽去隔板,求,?,例A4302661,例A4303771,,,,,10,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,,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,4)不可逆過程的功可嘗試

4、從外部參數(shù)著手。,,,,,11,25 開口系能量方程,一、推動(dòng)功(flow work; flow energy)和 流動(dòng)功(flow work; flow energy),推動(dòng)功:系統(tǒng)引進(jìn)或排除工質(zhì)傳遞的功量。,,,,p,v,p1,v1,,1,,o,,,,,12,流動(dòng)功:系統(tǒng)維持流動(dòng) 所花費(fèi)的代價(jià)。,推動(dòng)功在p-v圖上:,,,,,,13,二、焓 (enthalpy),定義:H=U+pV h=u+pv 單位:J(kJ) J/kg(kJ/kg) 焓是狀態(tài)參數(shù)。 物理意義: 引進(jìn)或排出工質(zhì)而輸入或排出系統(tǒng)的總能量。,,,,,14,三、穩(wěn)定流動(dòng)能量方程(steady-flow en

5、ergy equation),穩(wěn)定流動(dòng)特征:,注意:區(qū)分各截面間參數(shù)可不同。,1)各截面上參數(shù)不隨時(shí)間變化。,2)ECV = 0, SCV = 0, mCV = 0,,,,,15,流入系統(tǒng)的能量:,流出系統(tǒng)的能量:,系統(tǒng)內(nèi)部儲(chǔ)能增量: ECV,,=,考慮到穩(wěn)流特征: ECV=0 qm1=qm2=qm; 及h=u+pv,,,,,16,討論:,1)改寫式(B)為式(C),,熱能轉(zhuǎn)變 成功部分,輸出軸功,流動(dòng)功,,,機(jī)械能增量,(C),,,,,17,2)技術(shù)功(technical work),由式(C),技術(shù)上可資利用的功 wt,,可逆過程,,,,,18,3)第一定律第二解析式,,1)通過膨脹,由熱

6、能,,2)第一定律兩解析式可相互導(dǎo)出,但只有在開系中 能量方程才用焓。,4)兩個(gè)解析式的關(guān)系,功,w = q u,總之:,,,,可逆,,,,,19,四、穩(wěn)定流動(dòng)能量方程式的應(yīng)用,1.蒸汽輪機(jī)、氣輪機(jī) (steam turbine、gas turbine),流進(jìn)系統(tǒng):,流出系統(tǒng):,內(nèi)部儲(chǔ)能增量: 0,,,,,20,2.壓氣機(jī),水泵類 (compressor,pump),流入,流出,內(nèi)部貯能增量 0,,,,,21,3.換熱器(鍋爐、加熱器等),,,(heat exchanger: boiler、heater etc.),,,,,,22,流入:,流出:,內(nèi)增: 0,若忽略動(dòng)能差、位能差,,,,,23,4. 管內(nèi)流動(dòng),流入:,流出:,內(nèi)增: 0,,,,,24,例A4312661,例A4322661,例A4332771,例A4333771,,,,,25,歸納: 1)開口系問題也可用閉口系方法求解。 2)注意閉口系邊界面上熱、功交換;尤其是邊界面 變形時(shí)需考慮功的交換。 3)例A4333771中若有無摩擦及充分導(dǎo)熱的活塞,結(jié)果如何? 解法三即可認(rèn)為是這種情況,故無影響。 4)若A4333771活塞為絕熱材料制造, 若活塞下有彈簧, 若 ,如何?,,,下一章,

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