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1、工程熱力學(xué) 熱力學(xué)第一定律第二章第二章 熱力學(xué)第一定律熱力學(xué)第一定律2-1 熱力學(xué)第一定律的實(shí)質(zhì)熱力學(xué)第一定律的實(shí)質(zhì)熱力學(xué)第一定律熱力學(xué)第一定律熱是能的一種，機(jī)械能變熱能，或熱能變機(jī)械能時(shí)，熱是能的一種，機(jī)械能變熱能，或熱能變機(jī)械能時(shí)，它們間的比值是一定的它們間的比值是一定的熱可以變?yōu)楣?，功也可以變?yōu)闊?，一定量的熱消失熱可以變?yōu)楣?，功也可以變?yōu)闊幔欢康臒嵯r(shí)必產(chǎn)生相應(yīng)量的功；消耗一定量的功時(shí)必出現(xiàn)與時(shí)必產(chǎn)生相應(yīng)量的功；消耗一定量的功時(shí)必出現(xiàn)與之對(duì)應(yīng)的一定量的熱之對(duì)應(yīng)的一定量的熱工程熱力學(xué) 熱力學(xué)第一定律2-2 熱力學(xué)能和總能熱力學(xué)能和總能熱力學(xué)能熱力學(xué)能內(nèi)動(dòng)能、內(nèi)位能及維持一定分子結(jié)構(gòu)的
2、化學(xué)能和內(nèi)動(dòng)能、內(nèi)位能及維持一定分子結(jié)構(gòu)的化學(xué)能和原子核內(nèi)部的原子能，以及電磁原子核內(nèi)部的原子能，以及電磁 場(chǎng)作用下的電場(chǎng)作用下的電磁能等一起構(gòu)成所謂的熱力學(xué)能磁能等一起構(gòu)成所謂的熱力學(xué)能熱力學(xué)能用符號(hào)熱力學(xué)能用符號(hào)U表示，單位是焦耳（表示，單位是焦耳（J）；比）；比熱力學(xué)能用符號(hào)熱力學(xué)能用符號(hào)u表示，單位是表示，單位是J/kg熱力學(xué)能是狀態(tài)參數(shù)，可以表示為兩個(gè)獨(dú)立狀態(tài)熱力學(xué)能是狀態(tài)參數(shù)，可以表示為兩個(gè)獨(dú)立狀態(tài)參數(shù)的函數(shù)參數(shù)的函數(shù) 或或 ，vTfu,pTfu,vpfu,工程熱力學(xué) 熱力學(xué)第一定律總能總能內(nèi)部?jī)?chǔ)存能和外部?jī)?chǔ)存能的總和，即熱力學(xué)能與宏內(nèi)部?jī)?chǔ)存能和外部?jī)?chǔ)存能的總和，即熱力學(xué)能與宏觀運(yùn)
3、動(dòng)動(dòng)能及位能的總和，叫做工質(zhì)的總儲(chǔ)存能，觀運(yùn)動(dòng)動(dòng)能及位能的總和，叫做工質(zhì)的總儲(chǔ)存能，簡(jiǎn)稱總能簡(jiǎn)稱總能總能用總能用E表示，動(dòng)能和位能分別用表示，動(dòng)能和位能分別用Ek和和Ep表示，則表示，則 pkEEUE221fkmcE mgzEpmgzmcUEf221gzcuef221工程熱力學(xué) 熱力學(xué)第一定律2-3 能量的傳遞和轉(zhuǎn)化能量的傳遞和轉(zhuǎn)化作功和傳熱作功和傳熱能量傳遞的兩種方式：作功和傳熱能量傳遞的兩種方式：作功和傳熱借作功來傳遞熱量總是和物體的宏觀位移有關(guān)，借作功來傳遞熱量總是和物體的宏觀位移有關(guān)，而傳熱則不需要有物體的宏觀移動(dòng)而傳熱則不需要有物體的宏觀移動(dòng)熱能變機(jī)械能的過程：一是能量轉(zhuǎn)換的熱力學(xué)過
4、熱能變機(jī)械能的過程：一是能量轉(zhuǎn)換的熱力學(xué)過程，二是單純的機(jī)械過程程，二是單純的機(jī)械過程工程熱力學(xué) 熱力學(xué)第一定律推動(dòng)功和流動(dòng)功推動(dòng)功和流動(dòng)功推動(dòng)功：工質(zhì)在開口系統(tǒng)中流動(dòng)而傳遞的功推動(dòng)功：工質(zhì)在開口系統(tǒng)中流動(dòng)而傳遞的功 推動(dòng)功推動(dòng)功 = pV = mpv工質(zhì)在傳遞推動(dòng)功時(shí)沒有熱力狀態(tài)的變化，也不工質(zhì)在傳遞推動(dòng)功時(shí)沒有熱力狀態(tài)的變化，也不會(huì)有能量形態(tài)的變化會(huì)有能量形態(tài)的變化推動(dòng)功只有在工質(zhì)移動(dòng)位置時(shí)才起作用推動(dòng)功只有在工質(zhì)移動(dòng)位置時(shí)才起作用流動(dòng)功：推動(dòng)功差流動(dòng)功：推動(dòng)功差(pv)=p2v2-p1v1是系統(tǒng)為維是系統(tǒng)為維持工質(zhì)流動(dòng)所需的功，稱為流動(dòng)功持工質(zhì)流動(dòng)所需的功，稱為流動(dòng)功開口系與外界交換的功
5、量是膨脹功與流動(dòng)功之差開口系與外界交換的功量是膨脹功與流動(dòng)功之差 w-(p2v2-p1v1)熱能和機(jī)械能的可逆轉(zhuǎn)換總是與工質(zhì)的膨脹和壓熱能和機(jī)械能的可逆轉(zhuǎn)換總是與工質(zhì)的膨脹和壓縮聯(lián)系在一起的縮聯(lián)系在一起的工程熱力學(xué) 熱力學(xué)第一定律工程熱力學(xué) 熱力學(xué)第一定律2-4 焓焓焓焓焓用符號(hào)焓用符號(hào)H表示，單位為表示，單位為J，比焓用，比焓用h表示，單位為表示，單位為J/kg焓是狀態(tài)參數(shù)，可以表示為兩個(gè)獨(dú)立狀態(tài)參數(shù)的函焓是狀態(tài)參數(shù)，可以表示為兩個(gè)獨(dú)立狀態(tài)參數(shù)的函數(shù)數(shù) 或或 ，工質(zhì)通過界面流入熱力系統(tǒng)時(shí)，把熱力學(xué)能和從外工質(zhì)通過界面流入熱力系統(tǒng)時(shí)，把熱力學(xué)能和從外部功源獲得的推動(dòng)功帶進(jìn)系統(tǒng)，隨工質(zhì)移動(dòng)而轉(zhuǎn)移
6、部功源獲得的推動(dòng)功帶進(jìn)系統(tǒng)，隨工質(zhì)移動(dòng)而轉(zhuǎn)移的能量等于焓的能量等于焓pVUHpvuhvTfh,pTfh,vpfh,21122121hhdhhhba0dh工程熱力學(xué) 熱力學(xué)第一定律2-5 熱力學(xué)第一定律的基本能量方程式熱力學(xué)第一定律的基本能量方程式能量平衡方程式能量平衡方程式系統(tǒng)能量平衡的基本表達(dá)式系統(tǒng)能量平衡的基本表達(dá)式 進(jìn)入系統(tǒng)的能量進(jìn)入系統(tǒng)的能量-離開系統(tǒng)的能量離開系統(tǒng)的能量=系統(tǒng)中儲(chǔ)存能系統(tǒng)中儲(chǔ)存能量的增加量的增加熱力學(xué)第一定律的基本能量方程式熱力學(xué)第一定律的基本能量方程式閉口系能量閉口系能量方程式方程式 或或 其微分形式是其微分形式是 對(duì)于對(duì)于1kg工質(zhì)工質(zhì) 12UUUWQWUQWdU
7、Qwuqwduq工程熱力學(xué) 熱力學(xué)第一定律系統(tǒng)吸熱系統(tǒng)吸熱Q為正，系統(tǒng)對(duì)外作功為正，系統(tǒng)對(duì)外作功W為正，反之則為正，反之則為負(fù)；系統(tǒng)的熱力學(xué)能增大為負(fù)；系統(tǒng)的熱力學(xué)能增大U為正，反之為負(fù)為正，反之為負(fù)該式適用于可逆過程也適用于不可逆過程，對(duì)工該式適用于可逆過程也適用于不可逆過程，對(duì)工質(zhì)性質(zhì)也沒有限制質(zhì)性質(zhì)也沒有限制對(duì)于可逆過程，對(duì)于可逆過程， 故故 ， 或或 ， 對(duì)于循環(huán)對(duì)于循環(huán) 由于由于 所以所以 即即 ， pdVW pdVdUQ21pdVUQpdvduq21pdvuqWdUQ0dUWQnetnetWQnetnetwq工程熱力學(xué) 熱力學(xué)第一定律工程熱力學(xué) 熱力學(xué)第一定律工程熱力學(xué) 熱力學(xué)第一
8、定律2-6 開口系統(tǒng)能量方程式開口系統(tǒng)能量方程式開口系能量方程開口系能量方程工質(zhì)在同一截面上各點(diǎn)的熱力狀態(tài)參數(shù)及流速近工質(zhì)在同一截面上各點(diǎn)的熱力狀態(tài)參數(shù)及流速近似相同似相同開口系能量方程開口系能量方程 微元過程中的能量平衡微元過程中的能量平衡 進(jìn)入系統(tǒng)的能量進(jìn)入系統(tǒng)的能量 離開系統(tǒng)的能量離開系統(tǒng)的能量 控制容積的儲(chǔ)存能增量控制容積的儲(chǔ)存能增量 根據(jù)熱力學(xué)第一定律根據(jù)熱力學(xué)第一定律QdVpdE111iWdVpdE222CVdECVidEWdVpdEQdVpdE222111工程熱力學(xué) 熱力學(xué)第一定律整理得整理得由于由于E=me，V=mv，h=u+pv，則得開口系能量方程，則得開口系能量方程iffC
9、VWmgzchmgzchdEQ112112222222iiininfjoutoutfCVWmgzchmgzchdEQ2222iiinminfjoutmoutfCVPqgzchqgzchddE,2,222 iCVWdVpdEdVpdEdEQ111222工程熱力學(xué) 熱力學(xué)第一定律工程熱力學(xué) 熱力學(xué)第一定律穩(wěn)定流動(dòng)能量方程穩(wěn)定流動(dòng)能量方程穩(wěn)定流動(dòng)過程：流動(dòng)過程中開口系統(tǒng)內(nèi)部及其邊穩(wěn)定流動(dòng)過程：流動(dòng)過程中開口系統(tǒng)內(nèi)部及其邊界上各點(diǎn)工質(zhì)的熱力參數(shù)及運(yùn)動(dòng)參數(shù)都不隨時(shí)間界上各點(diǎn)工質(zhì)的熱力參數(shù)及運(yùn)動(dòng)參數(shù)都不隨時(shí)間而變而變穩(wěn)定流動(dòng)的必要條件可表示為穩(wěn)定流動(dòng)的必要條件可表示為 ， 代入開口系能量方程，得到代入開口
10、系能量方程，得到 或或0ddECVoutminmqq,ifwzgchq221ifwgdzdcdhq221工程熱力學(xué) 熱力學(xué)第一定律 當(dāng)流入質(zhì)量為當(dāng)流入質(zhì)量為m的流體時(shí)，穩(wěn)定流動(dòng)能量方程可寫的流體時(shí)，穩(wěn)定流動(dòng)能量方程可寫作作 或或穩(wěn)定流動(dòng)能量方程式是根據(jù)能量守恒與轉(zhuǎn)換定律導(dǎo)穩(wěn)定流動(dòng)能量方程式是根據(jù)能量守恒與轉(zhuǎn)換定律導(dǎo)出的，除流動(dòng)必須穩(wěn)定外無任何附加條件出的，除流動(dòng)必須穩(wěn)定外無任何附加條件ifWzmgcmHQ221ifWmgdzmdcdHQ221工程熱力學(xué) 熱力學(xué)第一定律穩(wěn)定流動(dòng)能量方程式的分析穩(wěn)定流動(dòng)能量方程式的分析穩(wěn)定流動(dòng)能量方程式改寫為穩(wěn)定流動(dòng)能量方程式改寫為工質(zhì)在狀態(tài)變化過程中從熱能轉(zhuǎn)變而
11、來的機(jī)械能工質(zhì)在狀態(tài)變化過程中從熱能轉(zhuǎn)變而來的機(jī)械能總等于膨脹功總等于膨脹功技術(shù)功：工質(zhì)的動(dòng)能、位能與工質(zhì)對(duì)機(jī)器作的功技術(shù)功：工質(zhì)的動(dòng)能、位能與工質(zhì)對(duì)機(jī)器作的功之和是技術(shù)上可資利用的功，稱之為技術(shù)功之和是技術(shù)上可資利用的功，稱之為技術(shù)功 由于由于 ，則，則 ifwpvzgcuq22112212221zzgccwwffitwuq1122vpvpwpvwwt工程熱力學(xué) 熱力學(xué)第一定律 對(duì)于可逆過程對(duì)于可逆過程 或或引進(jìn)技術(shù)功概念后，穩(wěn)定流動(dòng)能量方程式改寫為引進(jìn)技術(shù)功概念后，穩(wěn)定流動(dòng)能量方程式改寫為 對(duì)于質(zhì)量為對(duì)于質(zhì)量為m的工質(zhì)的工質(zhì) 對(duì)于微元過程對(duì)于微元過程 若過程可逆若過程可逆 ， ，21212
12、1221121vdppvdpdvvpvppdvwtvdpwtttwhwhhq12tWHQtwdhqtWdHQ21vdphqvdpdhq21VdpHQVdpdHQ工程熱力學(xué) 熱力學(xué)第一定律工程熱力學(xué) 熱力學(xué)第一定律2-7 能量方程式的應(yīng)用能量方程式的應(yīng)用動(dòng)力機(jī)動(dòng)力機(jī)工質(zhì)流經(jīng)汽輪機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)等動(dòng)力機(jī)時(shí)，壓力降工質(zhì)流經(jīng)汽輪機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)等動(dòng)力機(jī)時(shí)，壓力降低，對(duì)機(jī)器作功，忽略動(dòng)能差，位能差及散熱損低，對(duì)機(jī)器作功，忽略動(dòng)能差，位能差及散熱損失，失，1kg工質(zhì)對(duì)機(jī)器所作的功為工質(zhì)對(duì)機(jī)器所作的功為tiwhhw21工程熱力學(xué) 熱力學(xué)第一定律壓氣機(jī)壓氣機(jī)工質(zhì)流經(jīng)壓氣機(jī)時(shí)，機(jī)器對(duì)工質(zhì)作工，使工質(zhì)升工質(zhì)流經(jīng)壓氣機(jī)時(shí)，
13、機(jī)器對(duì)工質(zhì)作工，使工質(zhì)升壓，工質(zhì)對(duì)外界略有放熱，壓，工質(zhì)對(duì)外界略有放熱，wi和和q都是都是負(fù)的，忽負(fù)的，忽略動(dòng)能差和位能差，對(duì)略動(dòng)能差和位能差，對(duì)1kg工質(zhì)需作功為工質(zhì)需作功為 tiCwqhhww12工程熱力學(xué) 熱力學(xué)第一定律換熱器換熱器工質(zhì)流經(jīng)鍋爐、回?zé)崞鞯葻峤粨Q器時(shí)和外界有熱工質(zhì)流經(jīng)鍋爐、回?zé)崞鞯葻峤粨Q器時(shí)和外界有熱量交換而無功的交換，量交換而無功的交換，忽略動(dòng)能差和位能差，忽略動(dòng)能差和位能差，1kg工質(zhì)的吸熱量為工質(zhì)的吸熱量為12hhq工程熱力學(xué) 熱力學(xué)第一定律管道管道工質(zhì)流經(jīng)噴管、擴(kuò)壓管等這類設(shè)備時(shí)，不對(duì)設(shè)備工質(zhì)流經(jīng)噴管、擴(kuò)壓管等這類設(shè)備時(shí)，不對(duì)設(shè)備作功，作功，忽略熱量交換及位能差，忽略熱量交換及位能差，1kg工質(zhì)動(dòng)能的工質(zhì)動(dòng)能的增加為增加為21212221hhccff工程熱力學(xué) 熱力學(xué)第一定律節(jié)流節(jié)流工質(zhì)流過閥門時(shí)流動(dòng)截面突然收縮，壓力下降，這工質(zhì)流過閥門時(shí)流動(dòng)截面突然收縮，壓力下降，這種流動(dòng)稱為節(jié)流。流動(dòng)是絕熱的，不對(duì)外界作功，種流動(dòng)稱為節(jié)流。流動(dòng)是絕熱的，不對(duì)外界作功，忽略動(dòng)能差和位能差，忽略動(dòng)能差和位能差，可得節(jié)流前后焓值相等可得節(jié)流前后焓值相等21hh 工程熱力學(xué) 熱力學(xué)第一定律工程熱力學(xué) 熱力學(xué)第一定律工程熱力學(xué) 熱力學(xué)第一定律工程熱力學(xué) 熱力學(xué)第一定律工程熱力學(xué) 熱力學(xué)第一定律工程熱力學(xué) 熱力學(xué)第一定律工程熱力學(xué) 熱力學(xué)第一定律工程熱力學(xué) 熱力學(xué)第一定律
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