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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(kāi)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?jī)?chǔ)存能,,外部?jī)?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(cè)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(duì)于可逆過(guò)程,2）對(duì)于循環(huán),3）對(duì)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(kāi)口系？,強(qiáng)調(diào)：功是通過(guò)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(guò)來(lái)缺什么補(bǔ)什么,4）不可逆過(guò)程的功可嘗試
4、從外部參數(shù)著手。,,,,,11,25 開(kāi)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?jī)?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(xiě)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(guò)程,,,,,18,3)第一定律第二解析式,,1)通過(guò)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(kāi)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?jī)?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(kāi)口系問(wèn)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(wú)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(wú)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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