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工程热力学Ⅱ教学课件
主讲：徐桂转 2009年9月
授课内容：
• 1. 热力学第一定律在开口系统中的应用（2学时） • 2.理想混合气体热力过程分析（2学时） • 3.热力学第二定律，熵火用方程（4学时） • 4.火用方程（2学时） • 5.热力学微分关系式（4学时） • 6.实际气体的热力学性质（4学时） • 7.气体流动、压气机过程（2学时） • 8.动力循环分析（4学时） • 9.制冷循环、湿空气热力过程（2学时） • 10.化学热力学基础（4学时）
2
min gzin
min Pinvin
Q
dE
mout uout
1 2
mout
cout
2
mout gzout
mout Pout：
• 某输气管道内气体压力为4MPa，温度为30℃，焓为303KJ/Kg。 设该气体为理想气体，它的热力学能与温度间的关系为 u=0.72T KJ/Kg，气体常数为287J/Kgk。现将1m3的真空容器与 输气管连接，打开阀门对容器充气，直至容器内压力达4MPa 为止。充气时输气管内气体参数保持不变，问充入容器的气 体量为多少Kg？（气体满足理想气体状态方程式）
1. 热力学第一定律在开口系统中的应用
• 热力学第一定律 输入的能量＝输出的能量＋储存的能量 开口系统：
流入δ min;uin;pin;vin;cin;zin
δQ
dE
δW 流出δ mout;uout;pout;vout;cout;zout
能量分析：
流入的能量：流入流体携带的热力学能、宏观动能及位能、 流体流入时得到的流动能、流体从外界获得的热能。
• 则相应的能量方程为：
minuin min Pinvin dE
即：
minhin dU
△U=U2-U1=m2u2-m1u1=m2u2
热力学第一定律在开口系统中的应用：
• 一可自由伸缩不计张力的容器内有压力为0.8MPa，温度为 27℃的空气74.33Kg，由于泄露，压力降为0.75MPa，温度 不变。称重后发现少了10Kg，不计容器热阻，求过程中通过 容器的换热量。（已知，大气压力为0.1MPa，温度为27℃， 且空气的焓和热力学能分别可表示为：h=1005T J/kg; u=718J/kg)
2.理想混合气体性质及其热力过程
混合气体满足的道尔顿分压 定律和阿美加分体积定律
道尔顿分压定律：组成混合 气体的各组分，具有有混 合气体相同的体积时，各 组分的压力成为分压力， 混合气体的分压力即为各 组分分压力之和。
P Pi
PV nRmT PiV ni RmT
Pi ni Pn
阿美加分体积定律：当理想混合气体各组分具有与 混合气体相同的压力时，各组分具有的体积为分体 积，分体积之和为理想混合气体的总体积。
Q dE mouthout W
• 上式可具体积分为：
Q (m2 m1)u (m1 m2)h P0(V 2 V1)
根据题意，初态时的质量为74.33Kg，泄露了 10Kg，则m1，m2均为已知；关键是求取体积， 初态和终态时的体积如何求取呢？
课堂练习：
• 2-12 一刚性绝热容器，容积为0.028m3， 原先装有压力为0.1MPa，温度为21℃的空 气，现将连接此容器与输气管道的阀门打 开，向容器内快速充气。设输气管道内气 体的状态参数不变，压力为0.7MPa，温度 为21℃。当容器内压力达到0.2Mpa时阀门 关闭，求容器内气体可能达到的最高温度。 （设空气可视为理想气体，h=1005T J/kg; u=720J/kg)
热力学第一定律在开口系统中的应用
• 则此时热力学第一定律的具体表达式为：
Q dE moutuout mout Poutvout W
Q dE mouthout W
dE=dU=m2u2-m1u1
做功量为气体在泄露过程中，抵抗外界大气压力而做功，在泄露过程中， 微功的积分为： W=P0(V2-V1) 泄露过程中，引起的质量变化为m1-m2；可以认为在泄露时，从容器中出 去的气体具有初始时的焓和热力性能。
Epo mo gzo
PoVo mo Povo W
根据热力学第一定律表达式：
• 由于：
Ein Eout dE
• 其中：
Ein Uin Eki E pi PinVin Q
• 即：
Eout U out Ekout E pout PoutVout W
minuin
1 2
min
cin
• 分析：空气泄露过程中，将容器看作为开口系统，则满足开 口系统能量方程式，在该过程中，系统与外界有热量和功量 及质量的交换。
minuin
1 2
min
cin
2
min gzin
min Pinvin
Q
dE
moutuout
1 2
moutcout 2
mout gzout
mout Poutvout
W
• 宏观动能：
Eki
1 2
mi
ci
2
• 宏观位能 • 流体流动能 • 从外界吸收的热能
E pi mi gzi
PiVi mi Pi vi Q
流出的能量具体为：
• 微观能即热力学能： U out moutuout
• 宏观动能：
Eko
1 2
mo co 2
• 宏观位能 • 流体流动能 • 从外界吸收的热能
V Vi
PV nRmT
PVi ni RmT
Vi ni Vn
混合气体成分：
质量分数：
wi
mi m
有：
wi 1
• 分析：输气过程中，将真空容器作为一个开口系统考虑，则 满足开口系统能量方程式，在该过程中，与外界无热量和功 量交换。
minuin
1 2
min
cin
2
min gzin
min Pinvin
Q
dE
moutuout
1 2
mout
cout
2
mout gzout
mout Poutvout
W
热力学第一定律的具体应用
流出的能量：流出流体携带的热力学能、宏观动能及位能、 流体流出时得到的流动能、流体通过转动部件对外界传出 的机械能。
流入δ min;uin;pin;vin;cin;zin
dE
δW
δQ 流出δ mout;uout;pout;vout;cout;zout
流入的能量具体为：
• 微观能即热力学能： Uin minuin