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1、1,第二章 熱力學第一定律 First law of thermodynamics,21 熱力學第一定律的實質,2-2 熱力學能（內能）和總能,23 熱力學第一定律基本表達式,24 閉口系基本能量方程式,25 開口系能量方程,,,2,21 熱力學第一定律的實質,一、第一定律的實質 能量守恒與轉換定律在熱現(xiàn)象中的應用。 二、第一定律的表述 熱是能的一種，機械能變熱能，或熱能變機械能的時候，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?；一定量的熱消失時必定產生相應量的功；消耗一定量的功時，必出現(xiàn)與之相應量的熱。,,,,,3,22 熱力學能（內能）和總能,一、熱力學能(i
2、nternal energy),Uch Unu Uth,,,Uk,,平移動能 轉動動能 振動動能,Up,,二、總（儲存）能(total stored energy of system),,總能,,熱力學能，內部儲存能,,外部儲存能,,宏觀動能,,宏觀位能,,,,,4,三、熱力學能是狀態(tài)參數(shù),測量 p、V、T 可求出,四、熱力學能單位,五、工程中關心,宏觀動能與內動能的區(qū)別,,,,,5,23 熱力學第一定律基本表達式,加入系統(tǒng)的能量總和熱力系統(tǒng)輸出的能量總和= 熱力系總儲存能的增量,,,E,E+dE,,,,,,,,,,流入：,流出：,內部貯能的增量：dE,,,,,6,或,,,E,E+dE,,,,
3、,,,,,,,,,,7,24 閉口系基本能量方程式,閉口系，,忽略宏觀動能Uk和位能Up，,第一定律第一解析式,,功的基本表達式,熱,,,,,,,,8,討論：,1）對于可逆過程,2）對于循環(huán),3）對于定量工質吸熱與升溫關系，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？,強調：功是通過邊界傳遞的能量。,抽去隔板，求,?,例A4302661,例A4303771,,,,,10,歸納熱力學解題思路,1）取好熱力系; 2）計算初、終態(tài); 3）兩種解題思路,,從已知條件逐步推向目標,從目標反過來缺什么補什么,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、推動功(flow work; flow energy)和 流動功(flow work; flow energy),推動功：系統(tǒng)引進或排除工質傳遞的功量。,,,,p,v,p1,v1,,1,,o,,,,,12,流動功：系統(tǒng)維持流動 所花費的代價。,推動功在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： 引進或排出工質而輸入或排出系統(tǒng)的總能量。,,,,,14,三、穩(wěn)定流動能量方程(steady-flow en
5、ergy equation),穩(wěn)定流動特征：,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)內部儲能增量: 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）,,熱能轉變 成功部分,輸出軸功,流動功,,,機械能增量,（C）,,,,,17,2）技術功(technical work),由式（C）,技術上可資利用的功 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出，但只有在開系中 能量方程才用焓。,4）兩個解析式的關系,功，w = q u,總之：,,,,可逆,,,,,19,四、穩(wěn)定流動能量方程式的應用,1.蒸汽輪機、氣輪機 (steam turbine、gas turbine),流進系統(tǒng)：,流出系統(tǒng)：,內部儲能增量： 0,,,,,20,2.壓氣機，水泵類 (compressor，pump),流入,流出,內部貯能增量 0,,,,,21,3.換熱器（鍋爐、加熱器等）,,,(heat exchanger: boiler、heater etc.),,,,,,22,流入：,流出：,內增： 0,若忽略動能差、位能差,,,,,23,4. 管內流動,流入：,流出：,內增： 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 變形時需考慮功的交換。 3）例A4333771中若有無摩擦及充分導熱的活塞，結果如何？ 解法三即可認為是這種情況，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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