熱力學第一定律及應用第三章本章要求掌握能量平衡方程的形式及應用本章重點穩(wěn)流過程的能量平衡方程熱力學第一定律的實質(zhì)就是能量在數(shù)量上是守恒的，基本形式為：Δ（體系的能量）＋Δ（環(huán)境的能量）＝0或Δ（體系的能量）＝－Δ（環(huán)境的能量）體系的能量的增加等于環(huán)境的能量的減少。3.1能量平衡方程一．熱力學第一定律的實質(zhì)二.能量平衡方程1.一般形式（敞開體系）（1）物料平衡方程進入體系的質(zhì)量－離開體系的質(zhì)量＝體系質(zhì)量的積累m1-m2=dm體系（2）能量平衡方程進入體系的能量－離開體系的能量=體系積累的能量進入體系的能量:微元體本身具有的能量E1δm1

環(huán)境對微元體所作的流動功P1V1δm1

環(huán)境傳入的熱量δQ

環(huán)境對體系所作的軸功δWs

1)E－單位質(zhì)量流體的總能量，它包含有內(nèi)能、動能和位能。注意：一部分是單位質(zhì)量物質(zhì)被推入系統(tǒng)時，接受環(huán)境所給與的功，以及離開系統(tǒng)時推動前面物質(zhì)對環(huán)境所作的流動功pv。2）系統(tǒng)與環(huán)境交換功W由兩部分組成：一部分是通過泵、壓縮機等機械設備的轉(zhuǎn)動軸，使系統(tǒng)與環(huán)境交換的軸功Ws；2.1)PV—流動功，表示單位質(zhì)量流體對環(huán)境或環(huán)境對流體所作的功功＝力*距離＝P*A*V/A=PVP1V1—輸入流動功，環(huán)境對體系作功P2V2—輸出流動功，體系對環(huán)境作功。

代入，整理，得到將H=U+PVE1δm1+P1V1δm1+δQ+δWs-E2δm2-P2V2δm2=d(mE)三.能量平衡方程的應用

1.封閉體系：無質(zhì)量交換，限定質(zhì)量體系

m1=m2=mδm1=δm2=dm=0δQ+δWs=mdE

不存在流動功若δWs=δWδQ+δWs=mdU

或δQ+δW=mdU

積分：Q+W=ΔU

2.

穩(wěn)態(tài)流動體系的能量平衡方程穩(wěn)態(tài)流動是指流體流動途徑中所有各點的狀況都不隨時間而變化，系統(tǒng)中沒有物料和能量的積累。(1)每點狀態(tài)不隨時間變化(2)沒有質(zhì)量和能量的積累穩(wěn)定流動系統(tǒng)的熱力學第一定律表達式為：使用上式時要注意單位必須一致。按照SI單位制，每一項的單位為J·kg-1。動能和位能的單位流動功包含在焓中軸功⊿H、⊿u2/2、g⊿z、Q和Ws分別為單位質(zhì)量流體的焓變、動能變化、位能變化、與環(huán)境交換的熱量和軸功。3）應用條件是穩(wěn)流體系，不受過程是否可逆以及流體性質(zhì)的影響。注意：1)單位要一致，且用SI單位制.

H,Q,Ws—能量單位，J/Kg

C—m/s流量G—Kg/h（min.s）2）式中Q和Ws為代數(shù)值，即：Q以體系吸熱為正，Ws以環(huán)境對體系作功為正?？赡鏃l件下的軸功對于液體，在積分時一般可將V當作常數(shù)。對于氣體怎么辦？對于理想氣體等溫過程左式只適用與理想氣體等溫過程噴嘴與擴壓管

噴嘴與擴壓管的結(jié)構(gòu)特點是進出口截面積變化很大。流體通過時，使壓力沿著流動方向降低，而使流速加快的部件稱為噴嘴。反之，使流體流速減緩，壓力升高的部件稱為擴壓管。噴嘴擴壓管噴嘴與擴壓管是否存在軸功?否是否和環(huán)境交換熱量?通?？梢院雎晕荒苁欠褡兓?否質(zhì)量流率流體通過焓值的改變來換取動能的調(diào)整透平機和壓縮機是否存在軸功?是!是否和環(huán)境交換熱量?通?？梢院雎晕荒苁欠褡兓?不變化或者可以忽略動能是否變化？通?？梢院雎怨?jié)流閥是否存在軸功?否是否和環(huán)境交換熱量?通?？梢院雎晕荒苁欠褡兓?否動能是否變化?通?？梢院雎曰旌显O備是否存在軸功?否是否和環(huán)境交換熱量?通?？梢院雎晕荒苁欠褡兓?否動能是否變化?否當不止一個輸入物流或（和）輸出物流時Hi為單位質(zhì)量第i股輸出物流的焓值，xi為第i股輸出物流占整個輸出物流的質(zhì)量分數(shù)。Hj為單位質(zhì)量第j股輸入物流的焓值，xj為第j股輸入物流占整個輸入物流的質(zhì)量分數(shù)。為一股物流的質(zhì)量流量。為總質(zhì)量流量?；旌显O備132混合器換熱設備整個換熱設備與環(huán)境交換的熱量可以忽略不計，換熱設備內(nèi)部兩股物流存在熱量交換。換熱設備的能量平衡方程與混合設備的能量平衡方程相同，但物流之間不發(fā)生混合。mA和mB分別為流體A和流體B的質(zhì)量流量管路和流體輸送穩(wěn)態(tài)流動模型通常是一個不錯的近似通過泵得到軸功位能變化泵水管路和流體輸送是否存在軸功?有時存在是否和環(huán)境交換熱量?通常是位能是否變化?有時變化動能是否變化?通常不變化Bernoulli方程

實際流體的流動過程存在摩擦損耗，意味機械能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崃W能，有摩擦損耗對于無熱、無軸功交換、不可壓縮流體的穩(wěn)流過程對于非粘性流體或簡化的理想情況，可忽略摩擦損耗，則例3-11.5MPa的濕蒸汽在量熱計中被節(jié)流到0.1MPa和403.15K，求濕蒸汽的干度解節(jié)流過程無功的傳遞，忽略散熱、動能變化和位能變化T℃HkJ/kg1202716.61602796.2130H21.5MPa飽和液體焓值Hl=844.9飽和蒸汽焓值Hg=2792.2解例3-230℃的空氣，以5m/s的流速流過一垂直安裝的熱交換器，被加熱到150℃，若換熱器進出口管直徑相等，忽略空氣流過換熱器的壓降，換熱器高度為3m，空氣Cp=1.005kJ(kgK),求50kg空氣從換熱器吸收的熱量將空氣當作理想氣體，并忽略壓降時換熱器的動能變化和位能變化可以忽略不計例題3-3將90℃的熱水，以12m3·h-1速率從儲罐1輸送到高度為15m的儲罐2，熱水泵的電動機功率為1.5kW，并且熱水經(jīng)過一個冷卻器，放出熱量的速率為2.5×106

kJ·h-1，試問：儲罐2的水溫度是多少？解：此例題是穩(wěn)定流動過程式的應用，水在儲罐的流動速度很慢，可以忽略動能變化，其他能量項單位為kJkg-1。從附錄C水性質(zhì)表中可查得，90℃時水的密度為965.3kg·m-3，則水的質(zhì)量流率為965.