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1、第二章热力学第一定律第一页，本课件共有38页第一节第一节 热力学第一定律及其实质热力学第一定律及其实质 热力学第一定律：热力学第一定律：热能可以转变为机械能，机械能热能可以转变为机械能，机械能可以转变为热能可以转变为热能 ,在它们的传递和相互转换过程中，在它们的传递和相互转换过程中，总量保持不变。总量保持不变。热力学第一定律的实质：热力学第一定律的实质：“量量”守恒守恒 2第二页，本课件共有38页热力学能热力学能U 是状态参数是状态参数；比热力学能比热力学能 u=U/m。热力学能热力学能分子动能分子动能 化学能化学能核能核能 分子位能分子位能 第二节第二节 热力学能和总能热力学能和总能 热力学
2、能：热力学能：工质微观粒子所具有的能量。工质微观粒子所具有的能量。3第三页，本课件共有38页外部储存能 总储存能 比储存能比储存能 4第四页，本课件共有38页第三节第三节 热力学第一定律的一般表达式热力学第一定律的一般表达式 进入进入系统的能量系统的能量流出流出系统的能量系统能量的系统的能量系统能量的增量增量出：出：或或 增量：增量：入入：5第五页，本课件共有38页机械能机械能 体积变化功体积变化功热能热能第四节第四节 闭口系的能量方程闭口系的能量方程 热力学第一定律基本表达式热力学第一定律基本表达式 0外热能外热能内热能内热能任意过程任意过程任意工质任意工质6第六页，本课件共有38页其他形式
3、：其他形式：微元：微元：或或可逆：可逆：或或或或任意过程、任意工质任意过程、任意工质7第七页，本课件共有38页第五节第五节 稳定流动系统的能量方程稳定流动系统的能量方程 稳定流动系统稳定流动系统是指热力系统内各点状态参数不随时间变化的流是指热力系统内各点状态参数不随时间变化的流动系统动系统。实现条件：实现条件：1、qin=qout=qm2、pi=constant,vi=constant3、Q=constant,W=constant1122pin,vinqinqoutpout,voutQW9第九页，本课件共有38页流动功流动功 定义：定义：开口系统中工质流入和流出系统所作的推动功开口系统中工质流
4、入和流出系统所作的推动功 的代数和。的代数和。推动功推动功：同理：同理：或或 流动功流动功：V1m111 22p1A1p2A2l1V2m2_ _+10第十页，本课件共有38页稳定稳定稳定稳定流动系统的能量方程流动系统的能量方程 011第十一页，本课件共有38页引入焓引入焓H：或或 或或 对于微元过程：对于微元过程：稳定稳定稳定稳定流动系统的能量方程流动系统的能量方程 任何过程任何过程任何工质任何工质12第十二页，本课件共有38页焓的说明焓的说明 定义式定义式比焓比焓 kJkJ/kg1.1.焓是状态参数，焓是状态参数，H为广延量，为广延量，h为强度量。为强度量。2.2.对于流动的工质，焓代表能量
5、（内能对于流动的工质，焓代表能量（内能+推动功）。推动功）。3.3.对于静止的工质，焓不代表能量。对于静止的工质，焓不代表能量。4.4.物理意义：物理意义：开口系统中流入（或流出）系统工质所携带开口系统中流入（或流出）系统工质所携带的取决于热力学状态的总能量。的取决于热力学状态的总能量。13第十三页，本课件共有38页技术功及稳流能量方程的其他形式技术功及稳流能量方程的其他形式从而有从而有 或或 动能动能位能位能轴功轴功机械能机械能技术上可以利用的能量技术上可以利用的能量14第十四页，本课件共有38页稳流开口系与闭口系的能量方程稳流开口系与闭口系的能量方程11 22开口系：开口系：闭口系：闭口系
6、：等价等价技术功技术功体积变化功体积变化功流动功流动功做功的根源做功的根源15第十五页，本课件共有38页可逆过程可逆过程可逆可逆稳流开口系稳流开口系闭口系闭口系16第十六页，本课件共有38页热力学第一定律小结热力学第一定律小结任意系统的一般表达式：任意系统的一般表达式：入入-出出=增量增量任意过程、任意工质、闭口系任意过程、任意工质、闭口系可逆过程、任意工质、闭口系可逆过程、任意工质、闭口系稳流过程、任意工质稳流过程、任意工质可逆稳流过程、任意工质可逆稳流过程、任意工质17第十七页，本课件共有38页例例1：进进入入汽汽轮轮机机新新蒸蒸汽汽的的参参数数为为:p1=9.0 MPa,t1=500,h
7、1=3385 kJ/kg,c1=50 m/s;出出口口参参数数为为:p2=0.004 MPa,h2=2320 kJ/kg,c2=120 m/s;蒸汽的质量流量蒸汽的质量流量qm=220 t/h。试求。试求:第六节第六节 能量方程的应用能量方程的应用 1.汽轮机的功率；汽轮机的功率；2.忽略蒸汽进、出口动能变化引起的计算误差；忽略蒸汽进、出口动能变化引起的计算误差；3.若蒸汽进出口高度差为若蒸汽进出口高度差为12 m，求忽略蒸汽进、出口势能变，求忽略蒸汽进、出口势能变化引起的计算误差。化引起的计算误差。18第十八页，本课件共有38页1 12 2Wsh解：解：（1）选取热力学系统选取热力学系统取汽
8、轮机进、出口所围空间为控制容积系取汽轮机进、出口所围空间为控制容积系统，统，则系统为则系统为稳定流动系统稳定流动系统。有有q=0，z=0功率：功率：19第十九页，本课件共有38页（2）忽略蒸汽进、出口动能变化）忽略蒸汽进、出口动能变化则忽略工质进出口动能差引起的相对误差为：则忽略工质进出口动能差引起的相对误差为：单位质量工质对外输出功的变化量为：单位质量工质对外输出功的变化量为：（3）忽略工质进出口势能变化引起的相对误差为：）忽略工质进出口势能变化引起的相对误差为：热力学问题中常热力学问题中常可忽略外部储存能可忽略外部储存能20第二十页，本课件共有38页一、叶轮式动力机一、叶轮式动力机21第二
9、十一页，本课件共有38页一、叶轮式动力机一、叶轮式动力机1 12 2Wsh稳定流动系统稳定流动系统0输出的轴功来源于进出口工质的焓降输出的轴功来源于进出口工质的焓降22第二十二页，本课件共有38页二、叶轮式耗功机二、叶轮式耗功机23第二十三页，本课件共有38页二、叶轮式耗功机二、叶轮式耗功机1 12 2Wsh稳定流动系统稳定流动系统0或少量或少量外界消耗功用于增加出口工质的焓外界消耗功用于增加出口工质的焓24第二十四页，本课件共有38页三、热交换器三、热交换器25第二十五页，本课件共有38页11221 12 2稳定流动系统稳定流动系统三、热交换器三、热交换器热热流流体体冷流体冷流体热流体热流体
10、冷流体冷流体26第二十六页，本课件共有38页四、（绝热）节流四、（绝热）节流27第二十七页，本课件共有38页四、（绝热）节流四、（绝热）节流稳定流动系统稳定流动系统或或28第二十八页，本课件共有38页例例2：一闭口系从状态一闭口系从状态1沿沿1-2-3途径到状态途径到状态3，传递给外界的热量为，传递给外界的热量为47.5 kJ，而系统对外，而系统对外作功为作功为30 kJ。1243pv1）若沿）若沿1-4-3途径变化时，系统对外作功途径变化时，系统对外作功15 kJ，求此过程中系统与外界传递的热量。，求此过程中系统与外界传递的热量。-47.530对对1-2-3过程：过程：对对1-4-3过程：过
11、程：15-77.5解：解：29第二十九页，本课件共有38页例例2：一闭口系从状态一闭口系从状态1沿沿1-2-3途径到状态途径到状态3，传递给外界的热量为，传递给外界的热量为47.5 kJ，而系统对外，而系统对外作功为作功为30 kJ。1243pv2）若系统从状态）若系统从状态3沿图示曲线途径到达状态沿图示曲线途径到达状态1，外界对系统作功，外界对系统作功6 kJ，求此过程中系统与外，求此过程中系统与外界传递的热量。界传递的热量。-47.530对对1-2-3过程：过程：对对3-1过程：过程：-677.5解：解：30第三十页，本课件共有38页例例2：一闭口系从状态一闭口系从状态1沿沿1-2-3途径
12、到状态途径到状态3，传递给外界的热量为，传递给外界的热量为47.5 kJ，而系统对外作，而系统对外作功为功为30 kJ。1243pv3）若）若U2=175 kJ，U3=87.5 kJ，求过程，求过程2-3系系统与外界传递的热量及状态统与外界传递的热量及状态1的热力学能。的热力学能。-47.530对对1-2-3过程：过程：对对2-3过程：过程：-87.587.51650解：解：31第三十一页，本课件共有38页例例3：空空气气在在一一活活塞塞式式压压气气机机中中被被压压缩缩。压压缩缩前前空空气气的的参参数数是是：p1=0.1 MPa,v1=0.86 m3/kg,压压缩缩后后空空气气的的参参数数是是
13、：p2=0.8 MPa,v2=0.18 m3/kg。设设在在压压缩缩过过程程中中每每千千克克空空气气的的热热力力学学能能增增加加150 kJ，同时向外放出热量同时向外放出热量50 kJ，试求：，试求：（1）压缩过程中对）压缩过程中对1 kg空气所做的功；空气所做的功；（2）每生产）每生产1 kg压缩空气所做的功；压缩空气所做的功；（3）若若该该压压气气机机每每分分钟钟生生产产15 kg压压缩缩空空气气，带带动动此此压压气气机机要要用用多大功率的电动机？多大功率的电动机？解：（解：（1）热力系为闭口系统热力系为闭口系统150-50则：则：32第三十二页，本课件共有38页1122（2）系统可视为稳
14、定流动系统系统可视为稳定流动系统（3）带动此压气机的电动机功率为：带动此压气机的电动机功率为：33第三十三页，本课件共有38页能量方程应用步骤能量方程应用步骤确定热力系统确定热力系统列出能量方程列出能量方程分析简化分析简化代入数值求解代入数值求解画出设备示意图画出设备示意图34第三十四页，本课件共有38页小结小结1、热力学第一定律的实质、热力学第一定律的实质进入进入系统的能量系统的能量流出流出系统的能量系统能量的系统的能量系统能量的增量增量2、热力学第一定律能量方程、热力学第一定律能量方程闭口系统：闭口系统：35第三十五页，本课件共有38页稳定流动系统：稳定流动系统：3、u和和h36第三十六页，本课件共有38页4、四种功的关系、四种功的关系=+=+37第三十七页，本课件共有38页本章作业本章作业2-3、2-4、2-122-14、2-16、2-1838第三十八页，本课件共有38页