工程热力学与传热学-§2-1 热力系统的储存能

工程热力学与传热学概念整理

工程热力学与传热学概念整理工程热力学第一章、基本概念1.热力系：根据研究问题的需要，人为地选取一定范围内的物质作为研究对象，称为热力系（统），建成系统。

热力系以外的物质称为外界；热力系与外界的交界面称为边界。

2.闭口系：热力系与外界无物质交换的系统。

开口系：热力系与外界有物质交换的系统。

绝热系：热力系与外界无热量交换的系统。

孤立系：热力系与外界无任何物质和能量交换的系统3.工质：用来实现能量像话转换的媒介称为工质。

4.状态：热力系在某一瞬间所呈现的物理状况成为系统的状态，状态可以分为平衡态和非平衡态两种。

5.平衡状态：在没有外界作用的情况下，系统的宏观性质不随时间变化的状态。

实现平衡态的充要条件：系统内部与外界之间的各种不平衡势差（力差、温差、化学势差）的消失。

6.强度参数：与系统所含工质的数量无关的状态参数。

广延参数：与系统所含工质的数量有关的状态参数。

比参数：单位质量的广延参数具有的强度参数的性质。

基本状态参数：可以用仪器直接测量的参数。

7.压力：单位面积上所承受的垂直作用力。

对于气体，实际上是气体分子运动撞击壁面，在单位面积上所呈现的平均作用力。

8.温度T：温度T是确定一个系统是否与其它系统处于热平衡的参数。

换言之，温度是热力平衡的唯一判据。

9.热力学温标：是建立在热力学第二定律的基础上而不完全依赖测温物质性质的温标。

它采用开尔文作为度量温度的单位，规定水的汽、液、固三相平衡共存的状态点（三相点）为基准点，并规定此点的温度为273.16K。

10状态参数坐标图：对于只有两个独立参数的坐标系，可以任选两个参数组成二维平面坐标图来描述被确定的平衡状态，这种坐标图称为状态参数坐标图。

11.热力过程：热力系从一个状态参数向另一个状态参数变化时所经历的全部状态的总和。

12.热力循环：工质由某一初态出发，经历一系列状态变化后，又回到原来初始的封闭热力循环过程称为热力循环，简称循环。

13.准平衡过程：由一系列连续的平衡状态组成的过程称为准平衡过程，也成准静态过程。

第二章——工程热力学课件PPT

100 U1A2 60 Q2B1 U 2B1 40
Q2B1 80
第二章讨论课
2、一个装有2kg工质的闭口系经历了如下过程：过程中系统散热25kJ，外界对系统做功100KJ，比热力学能减小15KJ/kg，并且整个系统被举高1000m。试确定过程中系统动能的变化。
Q E W
第二章讨论课
空
Q
调
Q W
T
第二章讨论课
➢ 计算题
1、对某种理想气体加热100KJ，使其由状态1沿途径A可逆变化到状态2，同时对外做功60KJ。若外界对该气体做功40KJ，迫使它沿途径B可逆返回状态1。问返回过程中该气体是吸热还是放热？热量是多少？
Q1A2 U1A2 W1A2 Q2B1 U 2B1 W2B1
V
1b 2
2c1
状态参数 ( Q W ) ( Q W )
1a 2
1b 2
热力学能及闭口系热一律表达式
定义 dU = Q - W 热力学能U 状态函数
Q = dU + W Q=U+W
闭口系热一律表达式
！！！两种特例绝功系 Q = dU 绝热系 W = - dU
热力学能U 的物理意义
不可能制成的”
§2-2 热一律的推论热力学能
热力学能的导出闭口系循环
Q W
( Q W ) 0
热力学能的导出
( Q W ) 0 对于循环1a2c1
p1
( Q W ) ( Q W ) 0
b
1a 2
2c1
a
c
对于循环1b2c1
2
( Q W ) ( Q W ) 0
• u : 比参数 [kJ/kg] • 热力学能总以变化量出现，热力学能零点人为定

热工基础课程教学大纲.doc

x2160541热工基础课程教学大纲课程名称：热工基础英文名称：Fundamental of Thermodynamics and Heat Transfer课程编码：x2160541学时数：40其中实践学时数：0 课外学时数：0学分数：2.5适用专业：机械设计制造及其自动化、机械工程一、课程简介《热工基础》是一门专业基础课程。

本课程包括工程热力学和传热学两部分内容。

工程热力学部分主要介绍工程热力学的基本概念和基本定律、常用工质的热物理性质、基本热力过程与典型热力循环；传热学部分主要介绍导热、对流换热、辐射换热的基本规律、求解方法以及控制热量传递过程的技术措施，换热器的热计算方法。

通过《热工基础》课程的学习，使学生理解工程热力学和传热学的基本概念、基本原理和基本定律；使学生了解工程热力学、传热学常用的分析方法，培养学生对简单热学问题的分析和求解能力；掌握能量转换规律和有效利用能量的基本知识，培养学生综合运用所学知识去分析和解决实际问题的能力。

二、课程目标与毕业要求关系表三、课程教学内容、基本要求、重点和难点（零）绪论1. 能量与能源：了解能量能源的概念、分类，与国民经济和人民生活关系；2. 热工基础的研究内容：掌握热工基础的研究内容与方法。

（一）基本概念1. 热力系统：理解工质、热力系的定义，掌握热力系的分类；（重点）2.平衡状态与状态参数：理解热力状态和状态参数的定义，掌握平衡状态的物理意义及实现条件；3. 状态方程与状态参数坐标图：了解状态方程式及参数坐标图的物理意义及作用；4.准平衡过程与可逆过程：理解热力过程、准平衡过程和可逆过程的物理意义与联系；（难点）5. 功量与热量：掌握功量与热量的概念和计算。

（二）热力学第一定律1. 热力系统的储存能：掌握能量、热力系统储存能、热力学能的概念；2. 热力学第一定律的实质：理解热力学第一定律的实质；3. 闭口系统的热力学第一定律表达式：掌握封闭热力系的能量方程并熟练应用；（重点）4.开口系统的稳定流动能量方程式：掌握开口热力系稳定流动能量方程并熟练应用，掌握体积变化功、轴功、流动功和技术功的概念，理解焓的定义式及物理意义；（难点）5.稳定流动能量方程式的应用：了解常用热工设备主要交换的能量及稳定流动能量方程的简化式。

热工基础(正式)全

17
正向运动（膨胀）时，吸收热源的热量，所作膨胀功除去用于排斥大气外，全部储存在飞轮的动能中。
若无摩擦等耗散效应
反向运动（压缩）时，利用飞轮的动能来推动活塞逆行，压缩工质所消耗的功恰与膨胀功相等。
同时压缩过程中质向热源所排热量也恰与膨胀时所吸收的热量相等。
如果系统经历了一个过程后，系统可沿原过程的路线反向进行，回复到原状态，不在外界留下任何影响，则该过程称为可逆过程。
热力学第零定律
如果两个热力学系统中的每一个都与第三个热力学系统处于热平衡(温度相同)，则它们彼此也必定处于热平衡。这一结论称做《热力学第零定律》。
热力学第零定律表明，一切互为热平衡的系统具有一个数值上相等的共同的宏观性质──温度。温度计测定物体温度正是依据这个原理。
热力学第零定律的重要性在于它给出了温度的定义和温度的测量方法。它为建立温度概念提供了实验基础。
理想气体实际并不存在，在现实物质中，即使是绝热可逆过程，系统的熵也在增加，不过增加的少。
热力学第三定律发现者德国物理化学家能斯特
三、理想气体的状态方程
kg K
pV mRgT
Pa m3
pv RgT pV nRT p0V0 RT0
1kg n mol 1mol标准状态
气体常数：J/(kg.K) R=mRg=8.3145J/(mol.K)
(2) 特别是在下列技术领域存在传热问题
a 航空航天：高温叶片冷却；空间飞行器重返大气层冷却；超高音速飞行器（Ma=10）冷却；
b 微电子：电子芯片冷却 c 生物医学：肿瘤高温热疗；生物芯片；组织与器
官的冷冻保存 d 军事：飞机、坦克；激光武器；弹药贮存 e 新能源：太阳能；燃料电池

工程热力学-第二章热力学第一定律

2016/11/10
15
开口系能量方程的推导
uin pvin gzin Wnet mout uout pvout 1 2 c gzout 2 out min 1 2 cin 2
Q
Q + min(u + c2/2 + gz)in - mout(u + c2/2 + gz)out - Wnet = dEcv
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4
内能U 的物理意义
dU = 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）
Q
W
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5
内能的性质
内能
分子动能（移动、转动、振动）分子位能（相互作用产生，对气体是温度和比容的函数）核能（不考虑）化学能（不考虑）
2
1bar下, 0 oC水的 h1 = 84 kJ/kg 100 oC水蒸气的 h2 = 2676 kJ/kg
q h ws
2016/11/10 31
例1：透平(Turbine)机械
火力发电
核电飞机发动机轮船发动机移动电站
蒸汽轮机
燃气轮机
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火力发电装置
汽轮机
过热器
ws
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做功的根源
w
wt
△(pv)
g△ z ws
27
准静态下的技术功
w ( pv) wt
准静态
w d ( pv) wt
pdv d ( pv) wt

工程热力学二热力学第一定律

从上式可以看出在工质流动过程中，工质作出的膨胀功除去补偿流动功及宏观动能和宏观位能的差额即为轴功。
⑵技术功与轴功、膨胀功、流动功由式ｗt=ｗs+1/2(wg22－wg12 )+ｇ(ｚ2－ｚ1) =(ｑ－△ｕ)－(ｐ2ｖ2－ｐ1ｖ1) =ｗ－(ｐ2ｖ2－ｐ1ｖ1) 可以看出当忽略工质进出口处宏观动能和宏观位能的变化，技术功就是轴功；且技术功等于膨胀功与流动功之差。
即：ｈ1＝ｈ2。
稳态稳流过程在工程中广泛地存在。例如热工设备的正常运行条件下，但其启动和关闭情况除外。其能量方程式如下： Q＝（H2-H1)＋m(wg2２-wg1２)/2 +mg(z2-z1）+Ws J q=△h+△wg２/2+g△z+ws J/Kg
一、换热器（Heat Exchanger）
实现冷、热流体热量交换的设备。因ws＝０，△wg２/2 ＝０，g△z＝０，所以有： q＝h2-h1 说明工质吸收 ( 放热 ) 的热量等于其焓升 (降) 。
二、喷管（Nozzle）和扩压管
喷管实现流体压力降低、流速增加的设备。扩压管是流速降低，压力增加的管道。因ｑ＝０，ws＝０， g△z＝０，所以有： (wg2２-wg1２)/2＝h1-h2 说明气体流动动能的增加等于其焓降。
三、气轮机（ Engine ）
利用工质在机器中膨胀而获得机械功的设备。因ｑ=０，△wg２/2=０，g△z＝０，所以有： ws＝h1-h2 说明工质对外所作轴功等于其焓降。
对于可逆过程有 wt=∫21pdv－p2v2+p1v1 =∫21pdv－∫21ｄ(pv) =－∫21vdp 在Ｐ－ｖ图上是右图中的阴影面积。注意：ｑ＝△ｈ＋ｗｔ及ｑ＝△ｕ＋ｗ对于开口系统和闭口系统均适用，只不过前者仅对开口系统稳态稳流过程、后者仅对闭口系统有实在的物理意义。

工程热力学与传热学复习资料总体(主要是一些概念)

工程热力学第一章工质——实现热能和机械能相互转化的媒介物质。

热力学系统——简称系统、体系，人为分割出来作为热力学分析对象的有限物质系统。

闭口系统——与外界只有能量交换而无物质交换的热力系统，闭口系统又叫做控制质量。

开口系统——与外界不仅有能量交换而且有物质交换的热力系统，开口系又叫做控制容积，或控制体。

区分闭口系和开口系的关键是有没有质量越过了边界，并不是系统的质量是不是发生了变化。

绝热系统——与外界无热量交换的热力系统。

绝热系是从系统与外界的热交换的角度考察系统，不论系统是开口系还是闭口系，只要没有热量越过边界，就是绝热系。

简单可压缩系——由可压缩流体构成，与外界可逆功交换只有体积变化功（膨胀功）一种形式，没有化学反应的有限物质系统。

对于简单可压缩系，只要有两个独立的状态参数即可确定一个平衡状态，所有其它状态参数均可表示为这两个独立状态参数的函数。

准平衡过程——又称准静态过程，不致显著偏离平衡状态，并迅速恢复平衡的过程。

准平衡过程进行的条件是破坏平衡的势无穷小，过程进行足够缓慢，工质本身具有恢复平衡的能力。

准平衡过程在坐标图中可用连续曲线表示。

可逆过程——工质能沿相同的路径逆行而回复到原来状态，并使相互作用中所涉及到的外界回复到原来状态，而不留下任何改变的过程。

过程不可逆的成因一是有限势差的作用，二是物系本身的耗散作用，所以可逆过程，首先应是准平衡过程，同时在过程中没有任何耗散效应。

实际热力设备中所进行的一切热力过程都是不可逆的，可逆过程是不引起任何热力学损失的理想过程。

可逆过程可用状态参数图上连续实线表示。

膨胀功——又称“体积功”。

机械功的一种。

由系统体积变化而由系统对环境所做的功或环境对系统所做的功。

第二章热力学能——原称内能，由分子或其他微观粒子的热运动及相互作用力形成的内动能、内位能及维持一定分子结构的化学能和原子核内部的原子能以及电磁场作用下的电磁能等一起构成的内部储存能。

工程热力学与传热学：2-1 热力系统的储存能

E p mgz
2-1-3 总储存能（stored energy）
总储存能：E= U + EK + EP 比储存能 e = u + e k+ ep
单位J，KJ J/kg，KJ/kg
思考题
等量空气从相同的初态出发，分别经过可逆绝热过程A和不可逆绝热过程B到达相同的终态，分析空气的热力学能变化：ΔUA, ΔUB关系。
热力系统的储存能：储存于热力系统的能量。（1）内部储存能———热力学能（2）外部储存能———宏观动能，宏观位能。
2-1-2 热力学能（internal energy）
1. 热力学能：组成物质的微观粒子所具有的能量。主要包括：（1）内动能：
物质内部的分子，原子等微观粒子不停地作热运动的热运动动能。是温度的函数。
（2）内位能：由于分子间相互作用力的存在所具有的位能，
与气体的比体积有关。（3）3;化学能+原子核能+电磁能
内动能+内位能
不考虑
单位：焦耳 J，符号 U 比热力学能单位质量物质的热力学能，u, J / kg
2. 热力学能是温度和比体积的函数，是状态参数。
2
U 1 dU U2 U1 dU 0
3. 热力学能的大小是相对的。
2-1-2 宏观动能和宏观位能
1. 宏观动能（Kinetic energy）：
由于宏观运动速度而具有的动能。EK
2. 宏观位能（Potential energy）：
由于其在重力场中的位置而具有的位能。 EP
Ek
1 2
m
c2f
工程热力学与传热学
工程热力学第二章热力学第一定律
第二章热力学第一定律

工程热力学与传热学(第二讲)2-1、2

第二章基本概念本章介绍研究热能和机械能相互转换规律的基本概念和术语。

它不仅是后续课程的基础，而且对学会热力学的分析方法并用来解决工程实际问题具有十分重要的意义。

第一节工质、热力学系统一、工质工质：工程热力学中，把实现热能与机械能相互转换的媒介物或工作介质称为工质。

工质是实现能量转换必不可少的内部条件。

例如，内燃机中的燃气是工质；蒸汽动力装置中的水蒸气是工质；制冷装置中的制冷剂是工质等。

对工质的要求：①具有良好的流动性和膨胀性；②通常选用气（汽）态物质。

二、热力学系统在热力学中，为便于分析，选取某一范围内的物质或某特定的空间作为研究对象，来研究其热力学规律。

热力学系统：被人为划分出来的研究对象称为热力学系统简称为系统。

例如：图2-1（a）所示的系统；烧杯中的水；带盖瓶内密封的水；保温瓶中的水等均属于系统。

环境（外界）：指系统以外与系统相联系的部分称为环境。

如：研究试管里盐酸与氢氧化钠溶液的反应。

则，盐酸和氢氧化钠溶液为系统；而溶液之外的所有物质（包括空间）则为环境。

边界：系统与环境的分界面称为边界。

热力学系统可以是一定质量的工质，也可以是一定体积的空间。

包围系统的边界可以是真实的、虚构的、固定的、移动的。

一般来说，系统与环境总是处于相互作用之中，彼此之间可以通过边界进行能量和物质的交换。

能量的交换有热和功两种形式，而物质的交换总伴随着能量的交换。

根据系统与环境的关系，系统可分为四种：①开口系统：系统与环境之间即存在物质交换，又存在能量交换。

如，在空气中燃烧木材等是开口系统；图2-1（b）所示的系统是开口系统。

②闭口系统：系统与环境之间只有能量交换，没有物质交换。

如，在一个有密封盖的杯子内装有热水。

此时，热量可以通过杯子向外扩散，但水分子不能进入空气中。

图2-1（a）所示的系统是闭口系统。

③绝热系统：系统与环境之间无热量交换，但可以有功量和物质交换。

如：内燃机汽缸中封闭的工质，在膨胀时有热量传给冷却水，若把冷却水和工质作为系统，则该系统与环境没有热量交换，为绝热系统。

工程热力学第二章热力学第一定律

pv p2v2 p1v1
是系统为维持工质流动所需的功
对推动功的说明
1、与宏观流动有关，流动停止，推动功不存在 2、作用过程中，工质仅发生位置变化，无状态变化
3、w推＝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，而由外界做出，流动工质所携带的能量
可理解为：由于工质的进出，外界与系统之间
The work depends on the process path
作功的说明
“作功”是系统与外界间的一种相互作用，是越过系统边
界的能量交换。
功是指作功过程中在传递着的能量的总称，过程一旦结束
就再无所谓功。
机械能与机械功、电能与电功等同吗？
系统可以拥有电能，机械能，但决不会拥有电功、机械功之类的功。功只不过是特定条件下在过程中传递着的能量。
实质：能量守恒及转换定律在热现象中的应用
• 18世纪初，工业革命，热效率只有1% • 1842年，J.R. Mayer阐述热力学第一定律，但没有引起重视
• 1840-1849年，Joule用多种实验的一致性证明热力学第一定律，于1850年发表并得到公认
热力学第一定律的普遍表达式
第一定律的表述：热是能的一种，机械能变热能，或热能变机械能的时候，他们之间的比值是一定的。或：热可以变为功，功也可以变为热；一定量的热消失时必定产生相应量的功；消耗一定量的功时，必出现与之相应量的热。
系统是否作功应以过程在外界所引起的效果来判断，而不
应从系统的内部去寻找依据，对系统的内部来说无所谓 “功”。
功是有序能量传递。
传热
系统与外界之间的另一种相互作用，是系统与外界之间依靠温差进行的一种能量传递现象，所传递的能量称放热为负

工程热力学和传热学

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日复一日的努力只为成就美好的明天。04:23:3804:2 3:3804:23Thur sday , December 24, 2020
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安全放在第一位，防微杜渐。20.12.24 20.12.2 404:23:3804:2 3:38De cember 24, 2020
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加强自身建设，增强个人的休养。202 0年12 月24日上午4时 23分20 .12.242 0.12.24
热力学
传热学
系统从一个平衡态到另一个平衡态的过程中传力学： tm Φ
传热学： t(x, y, z, ) Φ f ( )
铁块, M1 300oC
水，M2 20oC
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树立质量法制观念、提高全员质量意识。20. 12.2420 .12.24 Thursday , December 24, 2020
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科学，你是国力的灵魂；同时又是社会发展的标志。上午4 时23分 38秒上午4时2 3分04:23:3820 .12.24
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每天都是美好的一天，新的一天开启。20.12. 2420.1 2.2404:2304:23 :3804:2 3:38De c-20
•
相信命运，让自己成长，慢慢的长大。2020 年12月2 4日星期四4时 23分38 秒Thur sday , December 24, 2020
热能动力装置
内燃动力装置
1.内燃动力装置
燃气进口
排入大气
2.蒸汽动力装置
二、制冷装置中热量从低温处传递到高温处的过程
q1
3
2
冷凝器 w
压缩机
膨胀阀
4
q2
1
蒸发器
工程热力学的研究对象、内容和方法

热能工程与动力类专业知识点--工程热力学知识点讲义整理

‎知识点1．什么是工程热力学从工程技术观点出发，研究物质的热力学性质，热能转换为机械能的规律和方法，以及有效、合理地利用热能的途径。

2．能的地 ‎ 用及 ‎ 能 ‎的 ‎3. 热能及利‎用[1]热能：能量的一种形式[2]来：一次能：以自然形式存在，可利用的能。

如风能,水力能,太阳能、地热能、化学能和核能等。

二次能：由一次能转换而来的能，如机械能、机械能等。

[3]利用形式：直接利用：将热能利用来直接加热物体。

如烘干、采暖、熔炼(能消耗比例大)间接利用：各种热能动力装置，将热能转换成机械能或者再转换成电能，4．.热能动力转‎换装置的工‎ 过程5．热能利用的‎方性及能‎量的种 ‎性[1]过程的方 ‎性：如：由 ‎低[2]能量性：数量性、,质量性 ( 能力‎)[3]数量、质量 ‎[4] 热能利‎用：能消耗量‎‎ 成比‎。

1. 1 热力系统一、热力系统系统：用从 ‎ 的 ‎ 出来的‎研究，或间物‎体的和。

外：系统 ‎ 用的 ‎。

：假想的、实际的、固定的、运动的、变形的。

依据：系统外 ‎的关系系统外 ‎的用：热交换、交换、质交换。

二、系统和‎开系统系统：系统外 ‎物质交换, 质量‎。

开系统：系统外有‎物质交换, 体 ‎。

、热系统 ‎孤立系统热系统：系统外 ‎热量交换 (系统的‎热量可 ‎ ，可为热‎) 孤立系统：系统外 ‎ 能量 ‎ 物质‎交换=系统+ 关外 =各用‎的系统 ‎和= 一热力系‎统 ‎ 用的外 ‎、据系统 ‎‎可系统‎：由可 ‎体成的系‎统。

可 ‎系统：外有‎热量及 ‎ 变化‎系统：各 ‎化学成和‎物理'性质 ‎一的系统‎，是由 ‎成的。

系统‎：由或 ‎ 以的 ‎ 成的系‎统。

系统：一种的‎和化学成 ‎ 变的物质‎ 成的系统‎。

系统：由种或 ‎种以物质‎ 成的系统‎。

系：系统工质‎的物理、化学性质 ‎ 一的‎系统为 ‎ 系。

热工学基础2.2系统储存能

维持一定分子结构的化学能、原子核内部的原子能及电磁场作用下的电磁能等。
1. 热力学能：符号：U 单位：焦耳（J）
2. 比热力学能：（1kg物质的热力学能）符号：u 单位：J/kg
热力学能是状态参数，是热力状态的单值函数：
二、外部储存能
需要用在系统外的参考坐标系测量的参数来表示的能量，称为外部储存能，它包括系统的宏观动能和重力位能：
焓的单位：J，比焓的单位：J/kg
二、焓是状态参数
h f ( p, v), h f ( p,T ), h f (T , v)
2
h1a2 h1b2 1 dh h2 h1 dh 0
三、焓的意义：
焓是物质进出开口系统时带入或带出的热力学能与推动功之和，是随物质一起转移的能量。
能量的增加
一、闭口系统的能量方程
闭口系统的能量方程是热力学第一定律在控制质量系统中的具体应用，是热力学第一定律的基本能量方程式。
设闭系中工质从外界吸热Q后，从状态1 变化到状态2，同时对外作功W，则：
Q W E2 E1 E Q E W
此式就是闭口系的能量方程式。
对于控制质量闭口系来说，常见的情况在状态变化过程中，系统的宏观动能与位能的变化为零，或可以忽略不计，因此更见的闭口系的能量方程是：
Wf p2V2 p1V1 ( pV )
wf p2v2 p1v1 ( pv)
工质从进口到出口，从状态1膨胀到状态2，膨胀为为w ，在不计工质的动能与位能变化时，开系与外界交换的功量应为膨胀功与流动功之差w - ( pv )
§2－4 焓一、焓的定义：
H U pV h u pv
Q dU W m kg工质经过微元过程

工程热力学与传热学（第一讲）1-1、2

⼯程热⼒学与传热学（第⼀讲）1-1、2渤海⽯油职业学院⽯油⼯程系——晏炳利第⼀篇⼯程热⼒学第⼀章绪论本章主要介绍热能的利⽤、热⼒学的由来和典型能量转换装置的⼯作过程。

⽬的是使学⽣从宏观上上了解⼯程热⼒学的研究对象、基本任务、主要内容和研究⽅法等。

为在以后章节中能够联系实际的进⾏热⼒学分析。

第⼀节热能利⽤及热⼒学发展简述⼀、热能及其利⽤能源：是指为⽣产和⽣活提供各种能量和动⼒的物质资源。

⾃然界中已为⼈们可利⽤的能源有：⽔⼒能、风能、太阳能、地热能、燃料化学能、原⼦能等。

能源的开发和利⽤的程度是⼈类社会发展的⼀个重要标志。

能源的利⽤⽅式：①以机械能的形式直接利⽤（如⽔⼒能、风能）；②以热能的形式利⽤（如太阳能、地热能、燃料化学能、原⼦能等）。

热能的利⽤⽅式：①直接利⽤热能加热物体（如采暖、烘烤、冶炼、蒸煮等）；②间接利⽤。

包括：a通过热机（蒸汽机、蒸汽轮机、内燃机、燃⽓轮机、喷⽓发动机等）将热能转化为机械能；b通过发电机转化为电能。

热能通过热机转化为机械能的效率较低，早期蒸汽机的热效率为1%~2%；近代⼤型发电机的热效率也只有35%~40%。

因此，合理有效地实现热能与其他形式能量的转换，提⾼能源利⽤率是关系到社会和⼈类发展的重要课题。

⼆、热⼒学的发展简史古代——钻⽊取⽕。

最简单的由机械能转化为热能。

南宋时期——利⽤⽕焰的热⼒来产⽣机械能驱动⾛马灯旋转。

利⽤⽕药燃烧产⽣的喷⽓推动⽕箭飞⾏。

近300年来，⼈们从观察和实验中逐步总结出热现象的规律，形成了热现象的宏观理论—热⼒学。

热⼒学定义：是⼀门研究与热现象有关的能量、物质和它们之间相互作⽤规律的科学。

热⼒学是在研究如何提⾼热机的效率和制造性能更好的热机的基础上发展起来的。

其突出事件有：①18世纪前，⼈们没有正确的、科学的热理论；②1714年，法伦海特建⽴了华⽒温标，使热学⾛上了实验科学发展的道路，并产⽣了“热质学说”。

该学说认为热是⼀种能流动的没有质量的物质（称为热质），它可以进⼊⼀切物体中，不⽣不灭，物体的冷与热取决于物体中含热质的多少。

工程热力学：3第二章热力学第一定律

几种功的关系
wt
1 2
c2
gz
ws
q h wt u ( pv) wt
q u w w ( pv) wt
△ c2/2
w s
w
g△z
t
做功的根源
w
△(pv)
w s
对功的小结
1、闭口系，系统与外界交换的功为容积变化功w 2、开口系，系统与外界交换的功为轴功w
s 3、一般情况下忽略动、位能的变化
3.微元过程: Q dU W
（2-10a）
*以上方程式适用于任何工质可逆和不可逆过程。
15
注意，式中热量Q，热力学能变量ΔU和功W均为代数值，可正可负。
•Q(q)>0，表示热源对系统加热，系统吸热 •Q(q)<0，表示系统向热源放热，系统放热 •ΔU(Δu)>0，表示系统内能增加 •ΔU(Δu)<0，表示系统内能减少 •W（w）>0，表示系统对外作功 •W（w）<0，表示功源对系统用功
膨胀功w
2
1
pdv
2
P2v2
22
22
22
pdv ( pdv vdp)
11
11
11
22
vdp 11
五、工程中关心 U
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§2-3能量的传递和转化
一、作功和传热
能量传递的两种方式
热量
功量
1定义
在温差推动下，系统与外界借助于微观的无序运动传递的能
量
在力差推动下，系统与外界借助于宏观的有序运动传递
的能量
2推动力
温差
（压）力差
3方式微观无序，不需要物体宏观移动宏观有序，需要物体宏观移动
4过程量

工程热力学与传热学第三章热力学第一定律1234

简称总能由系统的热力学能.宏观动能.重力势能之和.
E=U+ E k+E p 单位质量 e=u+ e k+e p
(3-2)
第三节系统与外界传递的能量
封闭系统，传递的能量有两种：功和热量
一．功
功的定义:
体积功：
p 1
2
w 1 pdv
2
v
1)功的热力学定义：力和力沿作用方向的位移的乘积
单位：焦耳(J)或千焦(kJ);
符号：用W或w表示。
2
整个过程中工质所做的功为 W Fdx 1
微元功为 dW Fdx
2)体积功：每公斤工质所作的功为
2
w pdv
1
微元功为 dw pdv
3)规定：系统对外作功为正值 w >0 ；
3 3
功源对系统用功为负值 w<0 。
功的热力学定义与力学定义有何差异？
4)规定：系统内能增加为正值，u >0，系统内能减少为负值, u <0，
气体工质的内能包括下面各项：
1 )内动能：工质内部粒子的热运动所具有的动能称为内动能
它包括：分子的移动动能, 转动动能, 振动动能,
是温度的函数.
2) 内位能：分子由于相互作用力的存在而具有的能量，称为内位能。是比容的函数
外部储存能---外部状态参数决定
一、内部储存能—热力学能
分子运动的平均动能和分子间势能称为“热力学能” 1)总内能的定义：物质具有的热力学能；
符号：用U表示；单位：焦耳(J)或千焦(kJ); 2)比内能的定义：单位质量热力学能（简称内能）。符号：用 u表示；单位： kJ/kg。 3)关系： u=U/m kJ/kg