3 工程热力学第三章 2018——工程热力学课件PPT

p
递的机械功，是维持流体正常流动
pV
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。
对流动功的理解
A p pV
dl 1.与宏观流动有关，流动停止，流动功不存在（有形
式参数，但没意义）
2.作用过程中，工质仅发生位置变化，无状态变化
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：
( 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 )
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
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
§3.1热力学第一定律
热力学第一定律（The First Law of Thermodynamics）： “热是能的一种，机械能变热能，或热能变机械能的时 候，它们间的比值是一定的。” “热可变为功，功也可变为热。（但它们不是直接转换， 是通过系统的内热能！） 一定量的热消失时，必产生一定量的功，消耗一定量的 功时，必出现与之相应的一定量的热。”
2
2
定义为焓h h＝u+pv H＝U+pV
取决于物质的热 力状态
3. Wf＝pv与所处状态有关，是状态量
4.并非工质本身的能量（动能、位能）变化引起，而 由外界（泵与风机）做出，流动工质所携带的能量
可理解为：由于工质进出，外界与系统间所传递一种机械功， 表现为流动工质进出系统时所携带和所传递的一种能量。
2)焓及其物理意义
流动工质传递的能量：
e u 1 c2 gz pv u pv 1 c2 gz
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
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
热力学能的物理意义
1.宏观动能
Ek
1 mc2 2
2.重力位能
外部存储能 机械能
Ep mgz
3)系统的总能
系统的总能＝内部储存能+外部储存能
E U Ek E p
E U 1 mc2 mgz 2
比总能
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。
dU = Q - W
Q
dU
W
✓ 功和热之间的转换只有通过U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。
✓ 尽管在宏观上可能反映出系统的内能没有发生变化，也不能 得出热可以变功或功可以变热这样简单的结论。
✓ 如果在转换过程中，外界供给系统热量，使系统用来对外做 功（必须向低温热源散热），实际是外界供给系统热量，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。
工程热力学
Engineering Thermodynamics
北京航空航天大学
基本概念
气体热力性质 热一定律
单组分：
理想气体 实际气体：水蒸气
混合气体： 理想混合气体
湿空气
Q=U+W， Q=H+Wt
热力过程 热二定律 热力循环
定T，定P，定V，定S，多变n 过程方程，QW S，Ex
热机 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
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。
注意单位
§3.2热力学能和总能
热力学能
系统储存能
总能
内部储存能
外部储存能
取决于系统本身的状态， 与分子结构与微观运动
形式有关
(核能、化学能、内热能)
与外力场的相互作用（位能） 宏观运动能量（宏观动能）
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：
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
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
Байду номын сангаас 热力学能的微观组成
热力状态的 单值函数， 与路径无关
热力学能
分子动能
移动 translation 转动 rotation 振动 vibration
分子位能 binding forces
化学能 chemical energy
核能 nuclear energy
2)外部储存能 （macroscopic forms of energy）
Q AJW 功
热
热功当量
热功当量
Q W
T1 Q1
W
Q AJW
Q2 T2
热功当量表明热能和机械能相互转化时的当量关系，与能 量转化时的条件无关，仅仅决定于热和功所用的单位。
热量单位 J kcal kJ kJ kcal kcal 功的单位 J kgf·m kwh hph kwh hph 热功当量 1 1/427 3600 2646 860 632