1、復復 習習1.可以作為氣體狀態(tài)參數(shù)的量是?A內能 B功 C熱量 D表壓力 答案A,功是過程參數(shù)，熱量是熱傳遞的多少也是過程參數(shù)，表壓力是實際壓力減去當?shù)貙嶋H大氣壓力，明顯和當?shù)貙嶋H情況有關。2.如果工質的所有狀態(tài)參數(shù)都不隨時間的變化而變化，則工質處于平衡狀態(tài)。對還是錯？答案：錯3.由同一狀態(tài)出發(fā)，經(jīng)過兩個不同的過程，它們的終了狀態(tài)不可能相同，對還是錯？答案：錯(The first law of (The first law of thermodynamics)thermodynamics)2-1. 熱力學第一定律的實質及其表達式熱力學第一定律的實質及其表達式2-2. 熱力系的能量熱力系的能量2

2、-4.熱力學第一定律應用于開口熱力系熱力學第一定律應用于開口熱力系內容提要內容提要2-3. 熱力學第一定律解析式（熱力學第一定律解析式（ 閉口系）閉口系）2-5. 功和熱量的計算及其在功和熱量的計算及其在P-v and T-s圖上的表示圖上的表示2-6. 熱力學第一定律工程應用熱力學第一定律工程應用1. 能量守衡定律（中文）: 2-1熱力學第一定律的實質及其表達式熱力學第一定律的實質及其表達式19世紀30-40年代，許多科學家前赴后繼，邁爾焦耳（德國醫(yī)生）最后發(fā)現(xiàn)和確定了能量轉換與守恒定律。這個定律指出：一切物質都具有能量。能量既不可能創(chuàng)造，也不能消滅，它只能在一定的條件下從一種形式轉變?yōu)榱硪?/p>

3、種形式。而在轉換中，能量的總量恒定不變。恩格斯稱其為19世紀自然科學的三大發(fā)現(xiàn)之一。1. 能量守衡定律（英文）: v(1)Energy can be neither created nor destroyed, it can only change forms.v(2)In the nature, every substance has energy, which has different change forms. It can change from one form to another, but during the change, the total energy is uncha

4、ngeable. 2-1熱力學第一定律的實質及其表達式熱力學第一定律的實質及其表達式2.熱力學第一定律的表述（中文）:2-1熱力學第一定律的實質及其表達式熱力學第一定律的實質及其表達式（1）當熱能與其他形式的能量相互轉換時，能的總量保持守恒。 （2）工程熱力學主要研究熱能與機械能的相互轉換,因而熱力學第一定律也可以表示為:熱可以變?yōu)楣?，功也可以變?yōu)闊?；一定量的熱消失時必定產(chǎn)生相應量的功；消耗一定量的功時，必出現(xiàn)與之相應量的熱。 2-1熱力學第一定律的實質及其表達式熱力學第一定律的實質及其表達式能量：是物質運動的量度，它表明物質運動的形式和能量：是物質運動的量度，它表明物質運動的形式和運動的激烈

5、程度。運動的激烈程度。熱能：是組成物質的大量分子、原子做雜亂而不規(guī)則熱能：是組成物質的大量分子、原子做雜亂而不規(guī)則運動所具有的能量，也稱為無序能。運動所具有的能量，也稱為無序能。 機械能：是物質整體做規(guī)則運動所具有的能量，也稱為機械能：是物質整體做規(guī)則運動所具有的能量，也稱為有序能。有序能。2-1熱力學第一定律的實質及其表達式熱力學第一定律的實質及其表達式（3）熱力學第一定律的建立是在資本主義發(fā)展初期，那時，有人曾提出各式各樣不消耗能量而獲得動力的裝置，稱為第一類“永動機”，但均失敗了。因為它違反了熱力學第一定律，故針對熱力學第一定律另一形象的說法是：第一類永動機是不可能制造成功的。2.熱力學

6、第一定律的表述（英文）:v(1)Neither heat nor work can be destroyed, they can only change from one to another. v(2)The 1st kind of the perpetual machine can not be made-up. (It does not need environment to provide energy, but can export work perpetually.)2-1熱力學第一定律的實質及其表達式熱力學第一定律的實質及其表達式3.熱力學第一定律的實質：2-1熱力學第一定律的實

7、質及其表達式熱力學第一定律的實質及其表達式能量轉換與守恒定律在熱力學中的應用。一馬鈴薯放于微波爐內，如果忽略馬鈴薯的水份揮發(fā)，微波爐的供熱量Q為5kJ,則馬鈴薯的能量增加5kJ。即馬鈴薯增加的能量等于微波爐的加熱量。 PotatoQ=5kJE=5kJv 例 1:(1)E=QOven2-1熱力學第一定律的實質及其表達式熱力學第一定律的實質及其表達式water 對壓力鍋內的水進行加熱，如果加熱量為15kJ，有3kJ的熱量變成水蒸汽揮發(fā)了，則水得到的能量為15-3=12kJ。即水的能量增加量等于進入系統(tǒng)的熱量減去離開系統(tǒng)的熱量。E=12kJQout=3kJQin=15kJv例 2:(2)E=Qin-

8、Qout2-1熱力學第一定律的實質及其表達式熱力學第一定律的實質及其表達式 用一個風機對絕熱良好的房間做功，則房間內空氣增加的能量將等于風機所做的功。v Example 3:W=8kJ(adiabatic)E=8kJ(3)E=W2-1熱力學第一定律的實質及其表達式熱力學第一定律的實質及其表達式v Example 4:W=8kJ(adiabatic)E=(15-3)+8=20kJ(4)E=(Qin-Qout)+WQout=3kJQin=15kJ2-1熱力學第一定律的實質及其表達式熱力學第一定律的實質及其表達式1.內能(U):內能是指組成熱力系的大量微觀粒子本身具有的能量. 包括: 分子的動能 (

9、移動, 旋轉, 擺動和靜電力) 勢能 Potential energy 化學能 Chemical energy 核能 Nuclear energy2-2熱力系的能量熱力系的能量2.熱力系的總能量(E)包括: 系統(tǒng)的宏觀能量 (系統(tǒng)的動能 Ek 和系統(tǒng)勢能 Ep)系統(tǒng)的微觀能量(內能 U)E = U + Ek + EpEk=mc2/2 Ep=mgz2-2熱力系的能量熱力系的能量一般來說，熱力學不關心系統(tǒng)的總能量是多少，它關心的是系統(tǒng)總能量的變化量。即工程實際問題. 單位質量:e=ek+ep+uE=Ek+Ep+U2-2熱力系的能量熱力系的能量在很多的閉口系統(tǒng)中，系統(tǒng)是靜止的，它們的動能和勢能沒有發(fā)

10、生改變。則：單位質量:e=uE=U2-2熱力系的能量熱力系的能量3.熱力系的能量平衡關系( 進入系統(tǒng)的能量) (離開系統(tǒng)的能量) = (系統(tǒng)儲存能量的變化)EinEout=Esys反映了一切熱力過程的共性，在具體熱力過程中，參與轉換的能量形式不同，能量方程的形式也不一致，體現(xiàn)了熱力過程的個性。2-2熱力系的能量熱力系的能量內因和外因共性和個性2-2熱力系的能量熱力系的能量分析熱力過程個性的方法：2-2熱力系的能量熱力系的能量1.根據(jù)研究目的確定熱力系；2.根據(jù)熱力過程的特點，確定通過邊界參與熱力工程的各種能量形式； 3.按能量轉換和守衡原則建立能量方程并求解。熱力學第一定律：能的變化系統(tǒng)儲存的

11、能量離開系統(tǒng)的能量進入系統(tǒng)的質量系統(tǒng)增加的質量離開系統(tǒng)的質量進入系統(tǒng)質量守恒定律：變出進AAA性質A定律：2-2熱力系的能量熱力系的能量Ein-Eout=EsysWQEin=QEout=WQ=Esys+W這個方程就是熱力學第一定律的解析式.2-3熱力學第一定律的解析式熱力學第一定律的解析式靜止系統(tǒng):Q=U+W單位質量:q=e+w微分形式:一般式:Q=E+W2-3熱力學第一定律的解析式熱力學第一定律的解析式wduq可逆過程積分形式:21pdvuqFluid一剛性容器中裝有熱流體，用一攪拌器對其攪拌冷卻，流體的初始內能為 800kJ. 冷卻過程中, 流體散失 500kJ 的熱量,攪拌器對其作功為1

12、00kJ. 則流體最終的內能為多少？v 例 5: 容器中冷卻熱流體W=100kJU1=800kJU2=?分析: 以流體為系統(tǒng)，則為靜止的閉口系Qout=500kJQ=U+W-500kJ=U2-800kJ-100kJU2=400kJ2-3熱力學第一定律的解析式熱力學第一定律的解析式復復 習習1.一個裝有2kg工質的閉口系經(jīng)歷了如下過程：過程中系統(tǒng)散熱25kJ，外界對系統(tǒng)做功100kJ，比熱學能減少15kJ/kg,并且整個系統(tǒng)被舉高1000m，試確定過程中系統(tǒng)動能的變化。答案：85kJ1.什么是開口系？開口系的分類？2.開口系的能量類型有那些？3.開口系的能量守衡方程p穩(wěn)定開口系能量方程p一般開口

13、系能量方程 2-4 熱力學第一定律應用于開口熱力系熱力學第一定律應用于開口熱力系1.什么是開口系？開口系的分類？ 開口系是指系統(tǒng)和環(huán)境通過邊界有質量的交換。開口系按照系統(tǒng)內工質狀態(tài)參數(shù)隨時間的變化特性，可以分為：p穩(wěn)定開口系p一般開口系開口系的研究方法：控制/固定容積法2-4 熱力學第一定律應用于開口熱力系熱力學第一定律應用于開口熱力系v進、出口截面的參數(shù)不隨時間而變；v系統(tǒng)與外界交換的熱量和功量不隨時間而變；v工質的質量流量不隨時間而變，且進出口處的質量流量相等。2-4 熱力學第一定律應用于開口熱力系熱力學第一定律應用于開口熱力系p 穩(wěn)定開口系開口系內任意一點的工質，其狀態(tài)參數(shù)不隨時間變化的

14、流動過程稱為穩(wěn)定流動，此系統(tǒng)稱為穩(wěn)定開口系。可概括為：系統(tǒng)與外界進行物質和能量交換不隨時間變化。2-4 熱力學第一定律應用于開口熱力系熱力學第一定律應用于開口熱力系p 一般開口系一般開口系是指控制體積可膨脹的、空間各點參數(shù)隨時間而變的非穩(wěn)定流動系統(tǒng)，是最普遍的熱力系。閉口系和穩(wěn)定流動系是它的特殊情況，工程上的充氣、抽氣、容器泄漏以及熱機啟動和停機階段，都是一般開口系。2.開口系的能量類型有那些？ p儲存能：外部儲存能(動能和勢能)、內能p遷移能：功，熱功的類型很多，與本課程關系密切的功有：p體積變化功(膨脹功)p軸功p推動功和流動功p技術功2-4 熱力學第一定律應用于開口熱力系熱力學第一定律應

15、用于開口熱力系p體積變化功(膨脹功)W2-4 熱力學第一定律應用于開口熱力系熱力學第一定律應用于開口熱力系系統(tǒng)體積變化（膨脹或壓縮）所做的功稱為體積變化功。由于熱能與機械能的可逆轉換總是和工質的膨脹和壓縮聯(lián)系在一起的，所以體積變化功是熱變功的源泉，而體積變化功和其它能量形式間的關系，則屬于機械能的轉換。Vp12dvdx21212121pdVpsdxFdxWFdxdW 2-4 熱力學第一定律應用于開口熱力系熱力學第一定律應用于開口熱力系p推動功和流動功Wf開口系因工質流動而傳遞的功稱為推動功。相當于一假想的活塞為把前方的工質推進或推出系統(tǒng)所作的功pV，此量隨工質進入或離開系統(tǒng)而成為帶入或帶出系統(tǒng)

16、的能量。工質在流動時，總是從后面獲得推動功，而對前面作出推動功，進出質量的推動功之差稱為流動功。2-4 熱力學第一定律應用于開口熱力系熱力學第一定律應用于開口熱力系pVWf = psf = pV wf = pvV 流動功是由外界對流體所做的功，然后轉化為流動工質所攜帶的能量，因而靜止的流體不存在流動功，此時PV僅是P和V的乘積，不表示W(wǎng)f.2-4 熱力學第一定律應用于開口熱力系熱力學第一定律應用于開口熱力系p軸功Ws系統(tǒng)通過軸與外界交換的功量稱為軸功。rnFW22-4 熱力學第一定律應用于開口熱力系熱力學第一定律應用于開口熱力系p技術功Wt技術上可以利用的功稱為技術功，它是穩(wěn)定流動系統(tǒng)動能、勢

17、能的變化量和軸功三項之和。2-4 熱力學第一定律應用于開口熱力系熱力學第一定律應用于開口熱力系sftWzmgcmW221如果過程可逆，則技術功:pVWt21d12pvpdvvdp 在穩(wěn)定流動中，工質所做的膨脹功是總源泉，一部分用于維持工質流動所需的流動功，一部分用于工質的宏觀動能和重力位能，其余部分作為熱力設備輸出的軸功。ftWWW系統(tǒng)可逆時pVpVVpVpVpVpWt212121112212d)(dd)(d2-4 熱力學第一定律應用于開口熱力系熱力學第一定律應用于開口熱力系流動功:Wf=p2V2-p1V1軸功:技術功:W=-Vdp體積變化功 :W=pdVrFnWs22-4 熱力學第一定律應用

18、于開口熱力系熱力學第一定律應用于開口熱力系2-4 熱力學第一定律應用于開口熱力系熱力學第一定律應用于開口熱力系注意掌握可逆過程中容積變化功、流動功、技術功的區(qū)別和聯(lián)系。3. 開口系能量方程p穩(wěn)定開口系能量方程p一般開口系能量方程2-4 熱力學第一定律應用于開口熱力系熱力學第一定律應用于開口熱力系p穩(wěn)定開口系能量方程2-4 熱力學第一定律應用于開口熱力系熱力學第一定律應用于開口熱力系（1）焓對于流動的流體，具有下面能量：+mcf2/2+mgzU+pVH =U+pV單位:J,kJ單位質量:h=u+pv單位:J/kg,kJ/kg2-4 熱力學第一定律應用于開口熱力系熱力學第一定律應用于開口熱力系焓是

19、狀態(tài)參數(shù)，是在研究流動能量方程中，為工程應用方便而引出的。同內能一樣，無法測定焓的絕對值，熱工計算中關心的是兩個狀態(tài)間焓的變化量。（2）能量方程2-4 熱力學第一定律應用于開口熱力系熱力學第一定律應用于開口熱力系U1+p1V1H1, mcf12/2, mgz1U2+p2V2H2, mcf22/2, mgz2QW1211121mgzcmHQEfin2222221mgzcmHWEfsout0systemE0)21()21(22221211mgzmcHWmgzmcHQfsfH1, mcf12/2, mgz1H2, mcf22/2, mgz2QWsfWzmgcmHQ221sftWzmgcmW221tW

20、HQ2-4 熱力學第一定律應用于開口熱力系熱力學第一定律應用于開口熱力系0)21()21(22221211gzchwgzchqfsf單位質量:sfwzgchq221twhq2-4 熱力學第一定律應用于開口熱力系熱力學第一定律應用于開口熱力系vdphq如果忽略動能和勢能的變化:stwhwhq如果這個過程再是可逆的:這個方程是熱力學第一定律的另外一種表述形式。2-4 熱力學第一定律應用于開口熱力系熱力學第一定律應用于開口熱力系例:空氣在某壓氣機中被壓縮。壓縮前空氣的參數(shù)是p1 =0.1MPa,v1 =0.845m3/kg;壓縮后的參數(shù)是p2 =0.8MPa,v2 =0.175m3/kg。假定在壓縮

21、的過程中，1kg空氣的熱力學能增加146kJ,同時向外放出熱50kJ。求：（1）壓縮過程中對每公斤氣體所作的功；（2）每生產(chǎn)1kg的壓縮氣體所需的功；1122壓氣機進、排氣進氣壓氣排氣壓氣機的三個過程：壓氣機壓氣穩(wěn)定流動過程舉例答案（1）-196kJ/kg,(2)-251.5kJ/kg注意:容積功和技術功的區(qū)別!3. 開口系能量方程p穩(wěn)定開口系能量方程p一般開口系能量方程2-4 熱力學第一定律應用于開口熱力系熱力學第一定律應用于開口熱力系WInlet flows(mi)Out flows (mj)Q12 iOpen system12jdEdzgchmWzgchmQsysjfjjnijsifin

22、iii.2.2.)21()21(Esys2-4 熱力學第一定律應用于開口熱力系熱力學第一定律應用于開口熱力系p一般開口系能量方程Closedandstationarysystem:Q=U+WSteadyflowsystem:Q=H+WtGeneralopensystem:Closedsystem:Q=E+WdEdzgchmWzgchmQsysjfjjnijsifiniii.2.2.)21()21(EinEout=Esys2-4 熱力學第一定律應用于開口熱力系熱力學第一定律應用于開口熱力系閉口系和開口系的比較QinQoutWinWoutClosedsystem2-4 熱力學第一定律應用于開口熱力

23、系熱力學第一定律應用于開口熱力系QinQoutWinWoutopensystemEinEout2-4 熱力學第一定律應用于開口熱力系熱力學第一定律應用于開口熱力系1.p-v圖12pvpdvvdpWWt12pv(1)過程2-5 功和熱量在功和熱量在P-v and T-s圖上的表示圖上的表示1.p-v圖(2)循環(huán)vpW0ab2-5 功和熱量在功和熱量在P-v and T-s圖上的表示圖上的表示2.熵S熵是個狀態(tài)參數(shù)。它的表達式為:TVdpdHTpdVdUTQSr熵可以認為是衡量分子無序程度的一個參數(shù)。2-5 功和熱量在功和熱量在P-v and T-s圖上的表示圖上的表示3.T-s圖TQSr q12Ts(1)過程v(2)循環(huán)TsTdsq q0= w0 0du2-5 功和熱量在功和熱量在P-v and T-s圖上的表示圖上