哈工大工程热力学(2)热力学第一定律PPT课件
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16
开口系在一个工作周期中的能量进出情况
QQ E 0
（）(e2m2 e1m1) U2 U1
Wtot p1V1 W进气 W W排气 p2V2
17
根据式 (2-4) 可得
Q U 2 U 1 p 2 V 2 p 1 V 1 W 进 W 气 W 排气
动力机械在一个工作周期中获得的功
积分式
Q E ( )( e 2m 2 e 1m 1 ) W tot
适用条件：任何热力系、任何工质、任 何（无摩擦或有摩擦）过程
8
2、闭口系的能量方程
设一带活塞的气缸，取封闭在活塞气缸中 虚线包围的气体工质为闭口系
9Fra Baidu bibliotek
初态热力学能 - U1 吸热 - Q
对外界膨胀功 - W
终态热力学能 - U2
4
二、热力学第一定律表达式
１. 一般热力系能量方程
热力学第一定律基本表达式
热力系总能量为E (图2-1a)。它是热力学 能(U)、宏观动能 (EK) 和重力位能 (EP) 的 总和：
EUEkEp
5
热力系如图2-1中虚线 所包围的体积所示
6
根据质量守恒定律可知 热力系质量的变化等于流进和流出质量的差
20
设有流体流过一复杂通道，虚线(界面)所包围的
开口系研究对象,假定进、出口截面上流体的各个
参数均匀一致,依次为：
进口截面：p1 ， v1 ， u1 ， c1 ， z1 ， e1
出口截面：p2 ， v2 ， u2 ， c2 ， z2 ， e2
21
取一段时间τ,设在这段时间内恰好有1kg流体流 过通道,同时有热量 q 传入又有轴功wsh作出。对 这样一个稳定流动的开口系,式 (2-4) 中各项为：
Qq
E 0（E 定值）
( ) (e2 m2 e1 m1 ) (e2 e1 ) ( ) m e2 e1
Wtot wsh p1v1 p2v2
22
根据式 (2-4) 可得
qe2 e1 wshp1v1 p2v2 (e2 p2v2)(e1 p1v1)wsh
式中
e2
p2v2
u2
ek2
q(u2p2v2)(u1p1v1)w进气 ww排气 w进气 p1v1,w排气 p2v2 qu2u1w
26
归根结底,反映热能和机械能转换的是式 (2-6)，将其改写为
w(u1u2)q
在任何情况下,膨胀功都只能从热力系本 身的热力学能储备或从外界供给的热量 转变而来
27
在闭口系中 - 膨胀功(w)全部向外界输出 在开口系中 - 膨胀功中有一分要用来弥补
排气推动功和进气推动功的差值( p2v2-p1v1 ) 剩下的部分（即为技术功）可供输出
w (p2v2p 1 v1)w t
28
在稳定流动中，膨胀功除用于弥补排气推动功和进气推 动功的差值外，还要用于
增加流体的功能 增加流体的位能
[12（c22 c12）]
[g(z2z1)]
剩下的部分（即为轴功）才供输出
ep2
p2v2
h2
c22 2
gz2
e1
p1v1
u1
ek1
ep1
p1v1
h1
c12 2
gz1
最后得 q(h2 h1)12(c22 c12)g(z2 z1)wsh
23
适用条件：稳定流动开口系、任何工质、
任何过程 对流动工质, 焓可以理解为流体向下游传
送的热力学能和推动功之和
24
5、能量方程之间的内在联系、热变功的本质
称为技术功,用 W t 表示 W t W 进气 W W 排气
18
代入式 (2-8) 可得 每千克工质 微分式
QH 2H 1W t
qh2h1wt
qdhwt
适用条件：开口系、任何工质、任何(无 摩擦或摩擦)过程
19
4、稳定流动的能量方程
稳定流动是指流道中任何位置上流体的流速及 其它状态参数 ( 温度、压力、比体积、比热力 学能等 ) 都不随时间而变化的流动
如果把稳定流动能量方程中流体动能的增量和重力 位能的增量看作是暂存于流体(热力系)本身,并把它 们和轴功合并在一起,合并以后的功也就相当于开 口系能量方程中的技术功
这样,式(2-13)和式(2-11)也就完全一样了,即
qh2h1[12(c22c12)g(z2z1)wsh] h2h1wt
25
如果再把式 (2-14) 中的焓写为热力学能和推 动功之和，把技术功写为进气功、膨胀功及 排气功的代数和,便可以得到式(2-6)
dm m 1m 2
根据热力学第一定律可知： 加入热力系的能量的总和 - 热力系输出的 能量的总和 =热力系总能量的增量
（ Q e 1 m 1 ） ( W t o t e 2 m 2 ) ( E d E ) E
7
微分式
Q d E ( e 2m 2 e 1m 1 ) W tot
w (p 2 v 2 p 1 v 1 ) 1 2 (c 2 2 c 1 2 ) g (z 2 z 1 ) w sh
29
总功（Ｗtot）、膨胀功（Ｗ）、技术功 （Ｗt）和轴功（Ｗsh ）之间的区别和内在
联系
膨胀功、技术功、轴功孰大孰小取决于
1 2
(c22
c12
)
、g(z2z1) 、 (p2v2p1v2)
动能和重力位能均无变化 Ek Ep 0
与外界无物质交换
m1m20
过程演示
10
积分式 每千克工质 微分式
Q U W U 2 U 1 W
qu2u1w
qduw
适用条件：闭口系、任何工质、任何（无 摩擦或有摩擦）过程
11
3、开口系的能量方程
12
进气前
质 量 m=0 总能量 E1 = 0
13
进气过程中
热力学能 – U1 进出口气体的重力位能基本不变
外界对的气体作了推动力 – p1V1
外界获得了进气功 – W
14
吸热膨胀作功
外界供给热量 – Q 膨 胀 功– W 热 力 学 能 – U2
15
排气过程中
外界消耗排气功 外界获得推动功
W排气 p2V2
排气后
质 量 m=0 总 能 量 E2 = 0
第二章 热力学第一定律
1
整体概况
概况一
点击此处输入 相关文本内容
01
概况二
点击此处输入 相关文本内容
02
概况三
点击此处输入 相关文本内容
03
2
2 - 1 热力学第一定律 的实质及表达式
3
一、热力学第一定律的实质
实质是能量守恒与转换原理在热力学中 的具体体现
在工程热力学中,热力学第一定律主要说 明热能和机械能在转移和转换时,能量的 总量必定守恒
开口系在一个工作周期中的能量进出情况
QQ E 0
（）(e2m2 e1m1) U2 U1
Wtot p1V1 W进气 W W排气 p2V2
17
根据式 (2-4) 可得
Q U 2 U 1 p 2 V 2 p 1 V 1 W 进 W 气 W 排气
动力机械在一个工作周期中获得的功
积分式
Q E ( )( e 2m 2 e 1m 1 ) W tot
适用条件：任何热力系、任何工质、任 何（无摩擦或有摩擦）过程
8
2、闭口系的能量方程
设一带活塞的气缸，取封闭在活塞气缸中 虚线包围的气体工质为闭口系
9Fra Baidu bibliotek
初态热力学能 - U1 吸热 - Q
对外界膨胀功 - W
终态热力学能 - U2
4
二、热力学第一定律表达式
１. 一般热力系能量方程
热力学第一定律基本表达式
热力系总能量为E (图2-1a)。它是热力学 能(U)、宏观动能 (EK) 和重力位能 (EP) 的 总和：
EUEkEp
5
热力系如图2-1中虚线 所包围的体积所示
6
根据质量守恒定律可知 热力系质量的变化等于流进和流出质量的差
20
设有流体流过一复杂通道，虚线(界面)所包围的
开口系研究对象,假定进、出口截面上流体的各个
参数均匀一致,依次为：
进口截面：p1 ， v1 ， u1 ， c1 ， z1 ， e1
出口截面：p2 ， v2 ， u2 ， c2 ， z2 ， e2
21
取一段时间τ,设在这段时间内恰好有1kg流体流 过通道,同时有热量 q 传入又有轴功wsh作出。对 这样一个稳定流动的开口系,式 (2-4) 中各项为：
E 0（E 定值）
( ) (e2 m2 e1 m1 ) (e2 e1 ) ( ) m e2 e1
Wtot wsh p1v1 p2v2
22
根据式 (2-4) 可得
qe2 e1 wshp1v1 p2v2 (e2 p2v2)(e1 p1v1)wsh
式中
e2
p2v2
u2
ek2
q(u2p2v2)(u1p1v1)w进气 ww排气 w进气 p1v1,w排气 p2v2 qu2u1w
26
归根结底,反映热能和机械能转换的是式 (2-6)，将其改写为
w(u1u2)q
在任何情况下,膨胀功都只能从热力系本 身的热力学能储备或从外界供给的热量 转变而来
27
在闭口系中 - 膨胀功(w)全部向外界输出 在开口系中 - 膨胀功中有一分要用来弥补
排气推动功和进气推动功的差值( p2v2-p1v1 ) 剩下的部分（即为技术功）可供输出
w (p2v2p 1 v1)w t
28
在稳定流动中，膨胀功除用于弥补排气推动功和进气推 动功的差值外，还要用于
增加流体的功能 增加流体的位能
[12（c22 c12）]
[g(z2z1)]
剩下的部分（即为轴功）才供输出
ep2
p2v2
h2
c22 2
gz2
e1
p1v1
u1
ek1
ep1
p1v1
h1
c12 2
gz1
最后得 q(h2 h1)12(c22 c12)g(z2 z1)wsh
23
适用条件：稳定流动开口系、任何工质、
任何过程 对流动工质, 焓可以理解为流体向下游传
送的热力学能和推动功之和
24
5、能量方程之间的内在联系、热变功的本质
称为技术功,用 W t 表示 W t W 进气 W W 排气
18
代入式 (2-8) 可得 每千克工质 微分式
QH 2H 1W t
qh2h1wt
qdhwt
适用条件：开口系、任何工质、任何(无 摩擦或摩擦)过程
19
4、稳定流动的能量方程
稳定流动是指流道中任何位置上流体的流速及 其它状态参数 ( 温度、压力、比体积、比热力 学能等 ) 都不随时间而变化的流动
如果把稳定流动能量方程中流体动能的增量和重力 位能的增量看作是暂存于流体(热力系)本身,并把它 们和轴功合并在一起,合并以后的功也就相当于开 口系能量方程中的技术功
这样,式(2-13)和式(2-11)也就完全一样了,即
qh2h1[12(c22c12)g(z2z1)wsh] h2h1wt
25
如果再把式 (2-14) 中的焓写为热力学能和推 动功之和，把技术功写为进气功、膨胀功及 排气功的代数和,便可以得到式(2-6)
dm m 1m 2
根据热力学第一定律可知： 加入热力系的能量的总和 - 热力系输出的 能量的总和 =热力系总能量的增量
（ Q e 1 m 1 ） ( W t o t e 2 m 2 ) ( E d E ) E
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微分式
Q d E ( e 2m 2 e 1m 1 ) W tot
w (p 2 v 2 p 1 v 1 ) 1 2 (c 2 2 c 1 2 ) g (z 2 z 1 ) w sh
29
总功（Ｗtot）、膨胀功（Ｗ）、技术功 （Ｗt）和轴功（Ｗsh ）之间的区别和内在
联系
膨胀功、技术功、轴功孰大孰小取决于
1 2
(c22
c12
)
、g(z2z1) 、 (p2v2p1v2)
动能和重力位能均无变化 Ek Ep 0
与外界无物质交换
m1m20
过程演示
10
积分式 每千克工质 微分式
Q U W U 2 U 1 W
qu2u1w
qduw
适用条件：闭口系、任何工质、任何（无 摩擦或有摩擦）过程
11
3、开口系的能量方程
12
进气前
质 量 m=0 总能量 E1 = 0
13
进气过程中
热力学能 – U1 进出口气体的重力位能基本不变
外界对的气体作了推动力 – p1V1
外界获得了进气功 – W
14
吸热膨胀作功
外界供给热量 – Q 膨 胀 功– W 热 力 学 能 – U2
15
排气过程中
外界消耗排气功 外界获得推动功
W排气 p2V2
排气后
质 量 m=0 总 能 量 E2 = 0
第二章 热力学第一定律
1
整体概况
概况一
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01
概况二
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02
概况三
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03
2
2 - 1 热力学第一定律 的实质及表达式
3
一、热力学第一定律的实质
实质是能量守恒与转换原理在热力学中 的具体体现
在工程热力学中,热力学第一定律主要说 明热能和机械能在转移和转换时,能量的 总量必定守恒