3 热力学第三章——工程热力学课件PPT

m
( h1
1 2
c12
gz1 )
m
Ws
Q
(
h2
h1 )
1 2
(
c
2 2
百度文库
c12 )
g ( z2
z1
)
m
Ws
单位质量工质
q
dh
1 2
dc2
gdz
ws
4)技术功（Technical work）
Q
mh
1 2
mc2
mgz
Ws
q
h
1 2
c2
gz
ws
动能
位能
轴功
Wt
机械能
Q H Wt
q h wt
工程技术上可以直接利用
e u 1 c2 gz 2
§3.3系统与外界传递的能量
传热
1.热量：在温差作用下与外界传 递的能量。
2.功量：除温差外的其它不平衡 势差所引起的系统与外界 之间传递的能量。
系 传功 外
统
界
传质
3.随物质流传递的能量——开口系统
包括储存能和推动功 两部分
1)随物质流传递的能量
1.储存能 工质储存的能量依附于工质，随工质的流动而传递
( Q W ) ( Q W ) 0
1a 2
2 c1
对循环1-b-2-c-1，有：
( Q W ) ( Q W ) 0
1b 2
2 c1
( Q W ) ( Q W )
1a 2
1b 2
与路径无关
用dU表示
是某状态函数的全微分
热力学能的物理意义
dU = Q - W
热一律的理论基础与实质
热能的本质：热能是组成物质的分子、原子等 微粒的杂乱运动的能量，微粒的 杂乱运动叫做热运动。
T1 Q1
W Q2
T2
既然热能(无序)和机械能(有序)都是物质的运动，那么热 能和机械能的相互转化实质上是物质由一种运动形态转变为另 一种运动形态，转化时总能量守恒则是理所当然的。
但是：功和热之间的转换只有通过系统内能的变化才能
闭口系统，没有物质交换，能量 Q
dU
W
传递只有热量和功两种形式。
系统总能变化＝传入的热量－输出的功
E Q W
E U E k E p 动能与位能不发生变化
dU Q W
Q dU W
适用于任何工质、任何过程 q d u w
§3.4闭口系统能量方程
Q dU W
q du w
理想气体热力学能变化计算
定容过程 q v d u v cv d Tv
理想气体 u f T
du cv dT
2
du cv dT 或 u 1 cvdT
cv
u T
v
定值比热 Cv 平均比热
真实比热
混合气体
n
U Ui i 1
n
mu miui i 1
n
u giui i 1
完成，脱离系统去看热功转化是无意义的！
W
U
Q
热一律的理论基础与实质
W UQ
Q W
T1 Q1
W Q2
T2
热力学第一定律的实质：
热力学第一定律是能量守恒与转化定律在热现象上的应用。
功和热之间的转换只有通过系统内能的变化才能完成。 脱离系统去谈功和热之间的直接转换是不恰当的。
dU = Q - W
e u 1 c2 gz pv u pv 1 c2 gz
2
2
定义为焓h h＝u+pv H＝U+pV
取决于物质的热 力状态
焓是流动工质传递的总能量中取决于热力状态的部分， 如果动能和位能可以忽略，则焓代表随流动工质传递的总能量
对外作功为正；吸热为正
§3.4闭口系统能量方程 Q W
基本概念
气体热力性质
单组分：
理想气体 实际气体：水蒸气
热一定律
混合气体：
Q=△U+W，
Q= △H+Wt
理想混合气体 湿空气
热力过程
定T，定P，定V，定S，多变n 过程方程，QW
热二定律 S，Ex
热机
热力循环 η
制冷机
第三章 热力学第一定律
§3.1 热力学第一定律的实质 §3.2 热力学能与总能 §3.3 系统与外界传递的能量 §3.4 闭口系统能量方程 §3.5 开口系统能量方程 §3.6 开口系统稳态稳流能量方程 §3.7 稳态稳流能量方程的应用
wt
1)热力学能的导出(状参两个假设)
考察闭口系热力循环1-a-2-c-1， 循环过程中工质从外界吸收热量， 对外界输出功，完成循环后又回复 到初态，根据热力学第一定律：
Q W
Q W 0
循环积分为0
状态参数的 积分特征
假设：动能与位能 不发生变化
热力学能是状态参数
对循环1-a-2-c-1，有：
e u 1 c2 gz 2
2.流动功（推动功）
A
为推动流体通过控制体界面而传
p
递的机械功，是维持流体正常流动 p V
所必须传递的能量。 dl
Wf = p A dl = pV wf= pv
流动功是一种特殊的功，大小取 决于控制体进出口界面的热力状 态，与热力过程无关。
2)焓及其物理意义
流动工质传递的能量：
Q
W
dU 代表某微元过程中系统通过边界交换的微热量与 微功量两者之差值，也即系统内部能量的变化。
U 代表储存于系统内部的能量 内储存能（内能、热力学能）
• 内能总以变化量出现，内能零点人为定
3)系统的总能
系统的总能＝内部储存能+外部储存能
E U
E U
Ek E p
1 mc2 mgz 2
比总能
作业
习题 3－2，3－6，3－7，3－8
注意事项：P55
§3.5开口系统能量方程
开口系统，系统与外界之间 有质量、热量和功的交换。
质量守恒定律 能量守恒定律
3)开口系统稳态稳流能量方程
稳态稳流工况：工质以恒定的流量连续不断地进出系统， 系统内部及界面上各点工质的状态参数和宏观运动参数 都保持一定，不随时间变化。
Q
dU
W
从下述两点说明功和热是相当量，而不是相等。 ✓ ① U发生同样变化，既可通过做功来完成，也可通过传递热
量来完成。两者之间只是在作用于系统这一效果上是等效的， 决不能等同起来。 ✓ ② 功和热之间的转换只有通过系统内能的变化才能完成。 脱离系统去谈功和热之间的直接转换是不恰当的。 ✓ ③尽管U没有变化，也不能得出热可变功或功可变热这样简 单的结论。只能：在转换中，外界供给系统热量，使系统的 内能增加，同时系统对外做功，消耗了从外界获得的能量。
恒定流量
流过系统任何断面的质量相等
m1 m2 m
恒定参数
进入的能量与离开的能量相等
dEcv 0
开口系统稳态稳流能量方程
dEcv
Q
( h1
1 2
c12
gz1 )
m1
(h2
1 2
c
2 2
gz2 )
m2
Ws
稳态稳流 m1 m 2 m
dEcv 0
Q
(h2
1 2
c
2 2
gz2 )