《热力学第一定律.pptx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《热力学第一定律.pptx（49页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、第二章 讨论课 Discussion思考题思考题 工质膨胀是否一定对外作功？做功对象和做功部件定容过程是否一定不作功？开口系，技术功定温过程是否一定不传热？相变过程（冰融化，水汽化）水轮机第1页/共49页第二章 讨论课气体被压缩时一定消耗外功热力学功指有用功p0对外作功指有用功第2页/共49页第二章 讨论课气体边膨胀边放热是可能的对工质加热，其温度反而降低，这种情况不可能第3页/共49页例题例题1 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，传递给外界的热量为为47.5kJ，而系统对外作功，而系统对外作功30kJ，如图所示：，如图所示：（1）若沿1-4
2、-3途径变化时，系统对外作功15kJ，求过程中系统与外界传递的热量；（2）若系统从状态3沿图示曲线途径到达状态1，外界对系统作功6kJ，求该过程中系统与外界传递的热量；（3）若U2=175kJ，U3=87.5kJ，求过程2-3传递的热量及状态1的热力学能。pv1234第4页/共49页解：对途径1-2-3，由闭口系能量方程得：U123=U3-U1=Q123-W123=（-47.5）-30=-77.5kJ（1）对途径1-4-3，由闭口系能量方程得：Q143=U143+W143=U123+W143=（U3-U1）+W143 =（-77.5）+15=-62.5kJpv1234第5页/共49页（2）对途
3、径3-1，可得到：Q31=U31+W31=（U1-U3）+W31=77.5+（-6）=71.5kJ（3）对途径2-3，有 W23=0 则 Q23=U23+W23=（U3-U2）=87.5-175=-87.5kJ U1=U3-U123=87.5-(-77.5)=165kJ讨论：讨论：热力学能是状态参数，其变化只决定于初终状态，与变化所热力学能是状态参数，其变化只决定于初终状态，与变化所经历的途径无关。而热与功不同，它们是过程量，其变化不仅与经历的途径无关。而热与功不同，它们是过程量，其变化不仅与初终态有关，而且决定于变化所经历的途径。初终态有关，而且决定于变化所经历的途径。pv1234第6页/共
4、49页（1）若空气流量100kg/s为，压气机消耗的功率为多大？（2）若燃气的发热值qB=43960 kJ/kg，燃料的耗量为多少？（3）燃气在喷管出口处的流速Cf3是多少？（4）燃气轮机的功率为多大？（5）燃气轮机装置的总功率为多少？12334例题例题2 某燃气轮机装置，如图所示。已知压气机出口处空气的比焓某燃气轮机装置，如图所示。已知压气机出口处空气的比焓h1=290kJ/kg。经压缩后，空气升温使比焓增为。经压缩后，空气升温使比焓增为h2=580kJ/kg。在截。在截面面2处空气和燃料的混合物以处空气和燃料的混合物以Cf2=20m/s的速度进入燃烧室，在定压的速度进入燃烧室，在定压下燃烧
5、，使工质吸入热量下燃烧，使工质吸入热量q=670 kJ/kg。燃烧后燃气进入喷管绝热。燃烧后燃气进入喷管绝热膨胀到状态膨胀到状态3，h3=290kJ/kg，流速增加到，流速增加到Cf3，此燃气进入动叶片，此燃气进入动叶片，推动转轮回转作功。若燃气在动叶片中的热力状态不变，最后离开推动转轮回转作功。若燃气在动叶片中的热力状态不变，最后离开燃气轮机的速度燃气轮机的速度Cf4=100m/s。求：。求：第7页/共49页解（1）压气机消耗的功率 取压气机开口系为热力系。假定压缩过程是绝热的，忽略宏观动、位能差的影响。由稳定流动能量方程 q=h+1/2 cf2+g z+ws,c得ws,c=-h=h1-h2
6、=290-580=-290kJ/kg 压气机消耗的功率PC=qmws,c=100290=29000kW（2）燃料的耗量qm,B=qmq/qB=100 670/43960=1.52kg/s（3）燃料在喷管出口处的流速 取截面2至截面3的空间作为热力系，工质作稳定流动，若忽略重力位能差值，则能量方程为q=(h3-h2)+1/2(cf32-cf22)+ws 因ws=0，故cf3=2q-(h3-h2)+cf221/2=2670 103-（800-580）103+2021/2 =949m/s12334第8页/共49页（4）燃气轮机的功率因整个燃气轮机装置为稳定流动，所以燃气流量等于空气流量。取截面3至截
7、面4转轴的空间作为热力系，由于截面3和截面4上工质的热力状态参数相同，因此h4=h3。忽略位能差，则能量方程为：1/2(cf42-cf32)+Ws,T=0Ws,T=1/2(cf3 2-cf42)=1/2（9492-1002）=445.3 103 kJ/kg 燃气轮机的功率PT=qmws,T=100 445.3=44530kW(5)燃气轮机装置的总功率 装置的总功率=燃气轮机产生的功率 压气机消耗的功率即 P=PT-PC=44530-29000=15530kW12334第9页/共49页例题例题3 某一蒸汽轮机，进口蒸汽参数为某一蒸汽轮机，进口蒸汽参数为p1=9.0MPa，t1=500，h1=33
8、86.8kJ/kg，cf1=50m/s，出口蒸汽参数为，出口蒸汽参数为p2=4kPa，h2=2226.9kJ/kg，cf2=140m/s，进出口高度差为，进出口高度差为12m，每，每kg蒸汽经汽蒸汽经汽轮机散热损失为轮机散热损失为15kJ。试求：。试求：（1）单位质量蒸汽流经汽轮机对外输出的功；（2）不计进出口动能的变化，对输出功的影响；（3）不计进出口位能差，对输出功的影响；（4）不计散热损失，对输出功的影响；（5）若蒸汽流量为220t/h，汽轮机功率有多大？解（解（1）选汽轮机开口系为热力系，汽轮机是对外输出功的叶轮式）选汽轮机开口系为热力系，汽轮机是对外输出功的叶轮式动力机械，它对外输出
9、的功是轴功。由稳定流动能量方程动力机械，它对外输出的功是轴功。由稳定流动能量方程 q=h+1/2 cf2+g z+ws 得得ws=q-h-1/2 cf2-g z=(-15)-(2226.9-3386.8)-(1402-502)10-3-9.8(-12)10-3=1.136 103 kJ/kg第10页/共49页（2）第（）第（2）第（第（5）问，实际上是计算不计动、位能差及散热损）问，实际上是计算不计动、位能差及散热损失时，所得轴功的相对偏差失时，所得轴功的相对偏差（4）（3）（5）第11页/共49页例题例题4 空气在某压气机中被压缩。压缩前空气的参数是空气在某压气机中被压缩。压缩前空气的参数是
10、p1=0.1MPa，v1=0.845m3/kg；压缩后的参数是；压缩后的参数是p2=0.8MPa，v2=0.175m3/kg；假；假定在压缩过程中，定在压缩过程中，1kg空气的热力学能增加空气的热力学能增加146kJ，同时向外放出热，同时向外放出热量量50kJ，压气机每分钟生产压缩空气，压气机每分钟生产压缩空气10kg。求：。求：（1）压缩过程中对每公斤气体所作的功；（2）每生产1kg的压缩气体所需的功；（3）带动此压气机至少要多大功率的电动机？解解 分析：要正确求出压缩过程的功和生产压缩气体的功，必须依分析：要正确求出压缩过程的功和生产压缩气体的功，必须依赖于热力系同的正确选取，及对功的类型
11、的正确判断。压气机的工赖于热力系同的正确选取，及对功的类型的正确判断。压气机的工作过程包括进气、压缩和排气作过程包括进气、压缩和排气3个过程。在压缩过程中，进、排气个过程。在压缩过程中，进、排气阀均关闭，因此此时的热力系统是闭口系，与外界交换的功是体积阀均关闭，因此此时的热力系统是闭口系，与外界交换的功是体积变化功变化功w。而要生产压缩气体，则进、排气阀要周期性地打开和关。而要生产压缩气体，则进、排气阀要周期性地打开和关闭，气体进出气缸，因此气体与外界交换的功为轴功闭，气体进出气缸，因此气体与外界交换的功为轴功ws。又考虑到。又考虑到气体动、位能的变化不大，可忽略，则此功是技术功气体动、位能的
12、变化不大，可忽略，则此功是技术功wt。第12页/共49页（1）压缩过程所作的功 由闭口系能量方程得：w=q-u=（-50）-146=-196kJ/kg（2）生产压缩空气所需的功 由开口系能量方程得：wt=q-h=q-u-（pv）=（-50）-146-（0.8 103 0.175-0.1 103 0.845）=-251.5kJ/kg（3）电动机的功率 P=qmwt=10/60 251.5=41.9kW第13页/共49页合流问题第14页/共49页充气问题忽略气体的动能和位能Wu=0第15页/共49页放气问题第16页/共49页第二章 小结循环思考题思考题4附图附图第17页/共49页P q 第18页/
13、共49页充气问题与取系统习题习题2-3 储气罐原有气体m0,u0输气管状态不变，h经 时间充气，关阀储气罐中气体m求：储气罐中气体热力学能u 忽略动、位能变化，且管路、储气罐、阀门均绝热m0,u0h第19页/共49页四种可取系统1）取储气罐为系统开口系2）取最终罐中气体为系统闭口系3）取将进入储气罐的气体为系统m0,u0h闭口系4）取储气罐原有气体为系统闭口系第20页/共49页1)取储气罐为系统(开口系)忽略动位能变化h绝热无作功部件无离开气体第21页/共49页1)取储气罐为系统(开口系)经 时间充气，积分概念hh是常数第22页/共49页四种可取系统 2）1）取储气罐为系统开口系2）取最终罐中
14、气体为系统闭口系3）取将进入储气罐的气体为系统m0,u0h闭口系4）取储气罐原有气体为系统闭口系第23页/共49页2）取最终罐中气体为系统(闭口系)hm0m-m0绝热m-m0第24页/共49页四种可取系统3)1）取储气罐为系统开口系2）取最终罐中气体为系统闭口系3）取将进入储气罐的气体为系统m0,u0h闭口系4）取储气罐原有气体为系统闭口系第25页/共49页3）取将进入储气罐的气体为系统(闭口系)m0hm-m0m0与m-m0有温差传热Q1m-m0对m0作功W1?m-m0第26页/共49页四种可取系统 4)1）取储气罐为系统开口系2）取最终罐中气体为系统闭口系3）取将进入储气罐的气体为系统m0,
15、u0h闭口系4）取储气罐原有气体为系统闭口系第27页/共49页4）取储气罐原有气体为系统(闭口系)m0hm-m0m0与m-m0有温差传热Q1m0得m-m0作功W1?第28页/共49页4）取储气罐原有气体为系统(闭口系)m0hm-m0第29页/共49页四种可取系统1）取储气罐为系统开口系2）取最终罐中气体为系统闭口系3）取将进入储气罐的气体为系统m0,u0h闭口系4）取储气罐原有气体为系统闭口系第30页/共49页利用热一律的文字表达式进 出 热力学能变化h热力学能变化：取储气罐为系统(开口系)进：出：m0,u0第31页/共49页结果说明1）取系统不同，考虑的角度不同开口系反映为质量携带焓2）若m
16、00，m0,u0h闭口系反映作功第32页/共49页充气终温的计算已知：理想气体求：储气罐中气体终温m0=0h两种算法t=15K?第33页/共49页充气终温的计算关键看u与h的零点是否相同m0=0ht=15K理想气体第34页/共49页影响终温T的因素说明T与哪些因素有关？m0,u0,p0,T0h,p,Tm,u,p,T已知：理想气体第35页/共49页T的表达式m0,u0,p0,T0h,p,Tm,u,p,T第36页/共49页T的表达式分析m0,u0,p0,T0h,p,Tm,u,p,T1）T与p无关理想气体 h=f(T)2）T与T有关ThT第37页/共49页T的表达式分析m0,u0,p0,T0h,p,
17、TT0m,u,p,T3）T与T0有关T0Tm0m-m0带入能量第38页/共49页T的表达式分析m0,u0,p0,T0h,p,TT0m,u,p,T4）T与p0/p有关p0/p Tp0/p反映充气数量 第39页/共49页取系统问题之二已知：已知：p1=35bar,t1=16h0V要求：要求：输出输出4kW,持续持续30s(kW=kJ/s)允许：允许：p1 p2=3.5bar求：求：需要的容积需要的容积V第40页/共49页解1:取储气罐为系统（开口）h0V第41页/共49页解1:取储气罐为系统（开口）Vh0第42页/共49页解2：取气体为系统（闭口）Vh0u2 0第43页/共49页解3：取储气罐和汽
18、机为系统（开口）Vh0进 出 热力学能变化热力学能变化：进：出：u2 0第44页/共49页其它功例HeQl真空已知：已知：缓慢加热缓慢加热He气气p1=1.013bar,p2=3.039bar活塞面积活塞面积A=0.1m2,无摩擦无摩擦弹簧刚度弹簧刚度k=105N/m求：求：He作功量作功量W物理学过：物理学过：弹簧变形与力的关系弹簧变形与力的关系弹簧功第45页/共49页解1：由弹簧功求He作功量HeQl真空第46页/共49页解2：由He参数求作功量HeQl真空缓慢加热：准静态关键求p与V的关系第47页/共49页第二章 完End of Chapter Two第48页/共49页感谢您的观看！第49页/共49页