清华大学热工基础课件工程热力学加传热学第二章
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
Qm h1 2m cf2m g zW s 令 H mh ，上式改成
QH1 2m cf2m gzW s13
对于单位质量工质，
qh1 2cf2gzws
以上两式称为开口系统的稳定流动能量方程。
对于微元过程 ，稳定流动能量方程写成
QdH1 2m dcf2m gdzW s
qdh1 2dcf2gdzws 14
2
QU1 pdV
对于单位质量工质,
qduw quw
对于单位质量工质的可逆过程 ,
qdupdv
2
q u 1 pdv 7
2-4 开口系统的稳定流动能量方程式
1. 稳定流动与流动功
（1） 稳定流动 流动状况不随时间而改变的流动。即任一流 通截面上工质的状态都不随时间而改变。
稳定流动的实现条件：
1）系统和外界交换的能量（功量和热量） 与质量不随时间而变；
2）进、出口截面的状态参数不随时间而 变。
8
（2）流动功 推动工质流动所作的功，也称为推进功。
Wf pAdx pdV pvdm
对于单位质量工质，
wf pv
流动功是由泵或风机加给被输送工质并随工 质流动向前传递的一种能量，非工质本身具有 的能量。
9
2. 开口系统的稳定流动能量方程
在 时间内,
2
1 vdp
式中，v 恒为正值，负号表示技术功的正负 与dp 相反。
19
将上式代入开口系统的稳定流动能量方程式
qhwt （适用于一般过程）
2
可得 q h vdp（适用于可逆过程） 1
对于微元可逆过程，
qdhvdp
Fra Baidu bibliotek
技术功的图形表示
2
wt
vdp
1
20
2-5 稳定流动能量方程式的应用
工程上，除了喷管、扩压管外，常见热工设备 的进出口动、位能的变化一般都可以忽略不计。
17
可以假定质量为m的工质从进口截面处的状 态1变化到出口截面处的状态2，从外界吸收了 热量Q,作了膨胀功W 。
根据闭口系统的热力学第一定律表达式
quw
对比开口系统的稳定流动能量方程式
qhwt
可得
w t w(p2v2p1v1)
18
对可逆过程，
2
wt 1 pdv(p2v2p1v1)
2
2
1 pdv1 d(pv)
qhws wt ws
1. 热交换器 ws 0
qh2 h1
2. 动力机械 q 0
ws h1 h2
21
3. 绝热节流
( q = 0 , ws = 0 )
h1 h2 0
注意：绝热节流过程不是定焓过程。
22
第二章小结
重点掌握以下内容： （1）热力学第一定律的实质；
（2）热力学第一定律表达式及其适用 范围； （3）运用第一定律求解工程上的能量 转换问题。
15
3. 技术功
定义：在工程热力学中，将工程技术上可 以直接利用的动能差、位能差及轴功三项之和 称为技术功，用Wt 表示
Wt 1 2mcf2mgzWs
对于单位质量工质 ，
wt 12cf2gzws
16
开口系统的稳定流动能量方程式可改写为
QHWt
qhwt
对于微元过程 ，
QdHWt
qdhwt
对于开口系统的稳定流动过程，系统内各 点的状态都不随时间而变化，所以可以将质量 为 m 的工质作为闭口系统来研究。
在热能与其它形式能的互相转换过程中， 能的总量始终不变。
不花费能量就可以产生功的第一类永动机 是不可能制造成功的。
进入系统的能量－离开系统的能量 = 系统储存能量的变化
5
2-3 闭口系统的热力学第一定律表达式
Q
W
ΔU
Q W U U 2 U 1
QUW
对于微元过程，
QdUW
6
对于可逆过程，
QdUpdV
根据热力学第一定律可得
Qmu1p1v11 2cf21gz1
w sm u2p2v21 2cf2 2gz20
令 u pv h ，h 称为比焓。
比焓的物理意义： 比焓是状态参数；对于流动工质，比焓 表示每千克工质沿流动方向向前传递的总能 量中取决于热力状态的部分。
12
上式可整理成
Qmh2 12cf22 gz2 mh112cf21gz1Ws
第二章 热力学第一定律
热力学第一定律就是一切热力过程 所必须遵循的能量转换与守衡定律。 本章重点阐述热力学第一定律的实质 与数学描述，为热力过程计算奠定理 论基础。
1
2-1 热力系统的储存能
热力系统储存能
热力学能 宏观动能、宏观位能
1. 热力学能
不涉及化学变化和核反应时的物质分子热运 动动能和分子之间的位能之和（热能）。
热力学能符号：U，单位：J 或kJ 。
2
比热力学能： 单位质量工质的热力学能 。符号：u；单位： J/kg 或kJ/kg。比热力学能是状态参数。
气体工质的比热力学能可表示为
u f (T,v)
任何状态下系统热力学能的数值不可能为零。 由于在工程热力学中只计算工质在状态变化中 的热力学能的变化量，因此热力学能的零点可 以人为地规定，例如，通常取0K时气体的热 力学能为零。
3
2. 宏观动能 ：Ek ，单位为J或kJ
Ek
1 2
mcf 2
3. 宏观位能：Ep ，单位为 J 或 kJ
Ep mgz
4. 储存能：E ，单位为 J 或 kJ
EUEkEp
比储存能：e ，单位为 J/kg 或 kJ /kg
euekepu1 2cf2gz
4
2-2 热力学第一定律的实质
热力学第一定律实质就是热力过程中的能 量守恒和转换定律 ，可表述为 ：
进口质量 m1、 流 速 cf1、 标 高 z1
出口质量 m2、 流 速 cf2、 标 高 z2
稳定流动：
m1m2 m
10
在 时间内进入系统的能量
Qmu11 2cf21gz1mp1v1 Qmu11 2cf21gz1p1v1
在 时间内离开系统的能量
W smu21 2cf22gz2mp2v2 W smu21 2cf22gz2p2v211
注意：
（1）无论对于流动工质还是不流动工质， 比焓都是状态参数；
（2）对于流动工质，流动功等于pv，比 焓表示单位质量工质沿流动方向向前传递的 总能量中取决于热力状态的部分 ；
（3）对于不流动工质，不存在流动功， 比焓也不表示能量，仅是状态参数。
（4）工程上一般只需要计算工质经历某 一过程后焓的变化量，而不是其绝对值，所 以焓值的零点可人为地规定。
23
QH1 2m cf2m gzW s13
对于单位质量工质，
qh1 2cf2gzws
以上两式称为开口系统的稳定流动能量方程。
对于微元过程 ，稳定流动能量方程写成
QdH1 2m dcf2m gdzW s
qdh1 2dcf2gdzws 14
2
QU1 pdV
对于单位质量工质,
qduw quw
对于单位质量工质的可逆过程 ,
qdupdv
2
q u 1 pdv 7
2-4 开口系统的稳定流动能量方程式
1. 稳定流动与流动功
（1） 稳定流动 流动状况不随时间而改变的流动。即任一流 通截面上工质的状态都不随时间而改变。
稳定流动的实现条件：
1）系统和外界交换的能量（功量和热量） 与质量不随时间而变；
2）进、出口截面的状态参数不随时间而 变。
8
（2）流动功 推动工质流动所作的功，也称为推进功。
Wf pAdx pdV pvdm
对于单位质量工质，
wf pv
流动功是由泵或风机加给被输送工质并随工 质流动向前传递的一种能量，非工质本身具有 的能量。
9
2. 开口系统的稳定流动能量方程
在 时间内,
2
1 vdp
式中，v 恒为正值，负号表示技术功的正负 与dp 相反。
19
将上式代入开口系统的稳定流动能量方程式
qhwt （适用于一般过程）
2
可得 q h vdp（适用于可逆过程） 1
对于微元可逆过程，
qdhvdp
Fra Baidu bibliotek
技术功的图形表示
2
wt
vdp
1
20
2-5 稳定流动能量方程式的应用
工程上，除了喷管、扩压管外，常见热工设备 的进出口动、位能的变化一般都可以忽略不计。
17
可以假定质量为m的工质从进口截面处的状 态1变化到出口截面处的状态2，从外界吸收了 热量Q,作了膨胀功W 。
根据闭口系统的热力学第一定律表达式
quw
对比开口系统的稳定流动能量方程式
qhwt
可得
w t w(p2v2p1v1)
18
对可逆过程，
2
wt 1 pdv(p2v2p1v1)
2
2
1 pdv1 d(pv)
qhws wt ws
1. 热交换器 ws 0
qh2 h1
2. 动力机械 q 0
ws h1 h2
21
3. 绝热节流
( q = 0 , ws = 0 )
h1 h2 0
注意：绝热节流过程不是定焓过程。
22
第二章小结
重点掌握以下内容： （1）热力学第一定律的实质；
（2）热力学第一定律表达式及其适用 范围； （3）运用第一定律求解工程上的能量 转换问题。
15
3. 技术功
定义：在工程热力学中，将工程技术上可 以直接利用的动能差、位能差及轴功三项之和 称为技术功，用Wt 表示
Wt 1 2mcf2mgzWs
对于单位质量工质 ，
wt 12cf2gzws
16
开口系统的稳定流动能量方程式可改写为
QHWt
qhwt
对于微元过程 ，
QdHWt
qdhwt
对于开口系统的稳定流动过程，系统内各 点的状态都不随时间而变化，所以可以将质量 为 m 的工质作为闭口系统来研究。
在热能与其它形式能的互相转换过程中， 能的总量始终不变。
不花费能量就可以产生功的第一类永动机 是不可能制造成功的。
进入系统的能量－离开系统的能量 = 系统储存能量的变化
5
2-3 闭口系统的热力学第一定律表达式
Q
W
ΔU
Q W U U 2 U 1
QUW
对于微元过程，
QdUW
6
对于可逆过程，
QdUpdV
根据热力学第一定律可得
Qmu1p1v11 2cf21gz1
w sm u2p2v21 2cf2 2gz20
令 u pv h ，h 称为比焓。
比焓的物理意义： 比焓是状态参数；对于流动工质，比焓 表示每千克工质沿流动方向向前传递的总能 量中取决于热力状态的部分。
12
上式可整理成
Qmh2 12cf22 gz2 mh112cf21gz1Ws
第二章 热力学第一定律
热力学第一定律就是一切热力过程 所必须遵循的能量转换与守衡定律。 本章重点阐述热力学第一定律的实质 与数学描述，为热力过程计算奠定理 论基础。
1
2-1 热力系统的储存能
热力系统储存能
热力学能 宏观动能、宏观位能
1. 热力学能
不涉及化学变化和核反应时的物质分子热运 动动能和分子之间的位能之和（热能）。
热力学能符号：U，单位：J 或kJ 。
2
比热力学能： 单位质量工质的热力学能 。符号：u；单位： J/kg 或kJ/kg。比热力学能是状态参数。
气体工质的比热力学能可表示为
u f (T,v)
任何状态下系统热力学能的数值不可能为零。 由于在工程热力学中只计算工质在状态变化中 的热力学能的变化量，因此热力学能的零点可 以人为地规定，例如，通常取0K时气体的热 力学能为零。
3
2. 宏观动能 ：Ek ，单位为J或kJ
Ek
1 2
mcf 2
3. 宏观位能：Ep ，单位为 J 或 kJ
Ep mgz
4. 储存能：E ，单位为 J 或 kJ
EUEkEp
比储存能：e ，单位为 J/kg 或 kJ /kg
euekepu1 2cf2gz
4
2-2 热力学第一定律的实质
热力学第一定律实质就是热力过程中的能 量守恒和转换定律 ，可表述为 ：
进口质量 m1、 流 速 cf1、 标 高 z1
出口质量 m2、 流 速 cf2、 标 高 z2
稳定流动：
m1m2 m
10
在 时间内进入系统的能量
Qmu11 2cf21gz1mp1v1 Qmu11 2cf21gz1p1v1
在 时间内离开系统的能量
W smu21 2cf22gz2mp2v2 W smu21 2cf22gz2p2v211
注意：
（1）无论对于流动工质还是不流动工质， 比焓都是状态参数；
（2）对于流动工质，流动功等于pv，比 焓表示单位质量工质沿流动方向向前传递的 总能量中取决于热力状态的部分 ；
（3）对于不流动工质，不存在流动功， 比焓也不表示能量，仅是状态参数。
（4）工程上一般只需要计算工质经历某 一过程后焓的变化量，而不是其绝对值，所 以焓值的零点可人为地规定。
23