動力熱力學第一定律第1頁，課件共35頁，創(chuàng)作于2023年2月§2-2熱力學能和總能一、熱力學能（內能）(internalenergy)定義：物體內部的能量。微觀上，內能包括分子動能（平動、轉動、振動）分子間勢能化學能核能本課程不涉及第2頁，課件共35頁，創(chuàng)作于2023年2月二、內能是狀態(tài)參數(shù)一個抽象的閉系（代表各種具體情況）如圖，經(jīng)一個微元過程：第3頁，課件共35頁，創(chuàng)作于2023年2月對系統(tǒng)，第一定律能律守恒關系為：進入系統(tǒng)的能量—離開系統(tǒng)的能量=系統(tǒng)內部能量的增量即第4頁，課件共35頁，創(chuàng)作于2023年2月對任何循環(huán)：此結論來自第一定律或經(jīng)驗。則結論：U是狀態(tài)參數(shù)。這是因為，在數(shù)學上，如果則，z為點函數(shù)。對點函數(shù)z有，與路徑無關。這是狀態(tài)參數(shù)具有的性質。即狀態(tài)參數(shù)只與狀態(tài)有關，而與達到該狀態(tài)的過程無關。內能的單位是：J(焦耳)；工程中關心的是⊿U。第5頁，課件共35頁，創(chuàng)作于2023年2月三、總能量（totalstoredenergyofsystem）總=內+動+勢第6頁，課件共35頁，創(chuàng)作于2023年2月§2-3能量的傳遞和轉化能量傳遞的兩種方式：作功熱傳遞功和熱的不同點和相同點：功和熱均為系統(tǒng)和外界通過邊界傳遞的能量，都是過程量；功的傳遞改變宏觀運動狀態(tài)；熱的傳遞改變微觀的運動狀態(tài)。第7頁，課件共35頁，創(chuàng)作于2023年2月介紹幾種功：1.容積變化功，是容積變化或邊界移動產(chǎn)生的功；熱能轉變?yōu)闄C械能，只能通過容積變化（膨脹）功實現(xiàn)。膨脹是熱變功的根本方式。（以后的講解可以理解）第8頁，課件共35頁，創(chuàng)作于2023年2月⊿x活塞右移，工質進入氣缸。實質是外界壓力p把工質壓入氣缸，故推動功為：p，v推動功作用在質量m上。m被推入系統(tǒng)內，所以推動功隨質量m一起進入系統(tǒng)。推動功的意義：工質m流入系統(tǒng)帶入的功(外界對系統(tǒng)作功)；工質m流出系統(tǒng)帶出的功(系統(tǒng)對外界作功)。2.推動功(flowwork;flowenergy)：推動工質移動所作的功；或因工質在開口系統(tǒng)中流動而傳遞的功。第9頁，課件共35頁，創(chuàng)作于2023年2月3.流動功(flowwork;flowenergy)：入口1出口2意義：維持開系流動，工質所作的功；出口和進口推動功之差便是流動功。第10頁，課件共35頁，創(chuàng)作于2023年2月4.技術功：式中：維持流動工質所作的功?？梢姡杭夹g功=膨脹功-流動功，它是膨脹功的一部分。技術功的意義：是開系對外界作的功。這是因為：工質作功是膨脹功W，它一部份用于維持開系流動Wf,剩下的部分才是開系作的功。故：開系作的功，不是膨脹功，而是技術功。定義：工質由入口1流動到出口2所作的膨脹功；第11頁，課件共35頁，創(chuàng)作于2023年2月pV12bacd膨脹功：面積12ba1；技術功：面積12cd1。進一步分析：示功圖：第12頁，課件共35頁，創(chuàng)作于2023年2月§2-4焓(enthalpy)定義：H=U+pV叫焓h=u+pv叫比焓單位：J(焦耳)焓是狀態(tài)參數(shù)。因為：內能U和pV推動功都隨m流動帶走。流動工質攜帶的總能：工質宏觀運動決定焓的物理意義是：隨工質移動而轉移的能量；或：流動工質攜帶的由熱力狀態(tài)決定的能量。單位：J/kg(焦耳/千克)第13頁，課件共35頁，創(chuàng)作于2023年2月進入系統(tǒng)的能量總和－離開系統(tǒng)的能量總和=系統(tǒng)總儲存能的增量EE+dE§2-5熱力學第一定律的基本能量方程式第14頁，課件共35頁，創(chuàng)作于2023年2月進入：離開：內部貯能的增量：dE帶入基本能量方程式并整理得：基本能量方程式熱變功的基本關系：工質吸熱δQ，一部分增加內能dU，另一部分對外作δW。忽略宏觀動能Uk和位能Up，第一定律定第一表達式第15頁，課件共35頁，創(chuàng)作于2023年2月有關焓的關系式：注意：正負的規(guī)定工質吸熱，δQ>0；工質放熱δQ<0；工質對外作功δW>0；外界對工質作功δW<0。參考下面式子自己推導。H=U+pV第一定律定第二表達式第16頁，課件共35頁，創(chuàng)作于2023年2月功的基本表達式第一定律第一解析式——熱討論：1）對于可逆過程2）對于循環(huán)3）對于一定量的工質，吸熱與升溫關系，還取決于W的

“+”，“–”和大小。第17頁，課件共35頁，創(chuàng)作于2023年2月例

自由膨脹如圖，解：取氣體為熱力系

—閉口系？開口系？強調：功是通過邊界傳遞的能量。抽去隔板，求?例題\第二章\A4302661.ppt

例題\第二章\A4303771.ppt

第18頁，課件共35頁，創(chuàng)作于2023年2月一、一般表達式進入系統(tǒng)的能量－離開系統(tǒng)的能量=控制容積的儲存能增量§2-6開口系統(tǒng)能量方程第19頁，課件共35頁，創(chuàng)作于2023年2月dτ時間內:進入系統(tǒng)物質離開系統(tǒng)物質第20頁，課件共35頁，創(chuàng)作于2023年2月1.進入系統(tǒng)的能量：熱量：δQ2.離開系統(tǒng)的能量：控制體積的容積變化微元功微元軸功微元內部功微元摩擦功第21頁，課件共35頁，創(chuàng)作于2023年2月3.系統(tǒng)儲存能的增量：CV表示控制體內部。帶入一般表達式，整理得：單位時間內(上式是dτ時間內的能量關系)令：Φ=δQ/dτ—加熱率(熱流量)；=dm/dτ—質量流率(量)；Pi=δWi/dτ—內部功率。則：第22頁，課件共35頁，創(chuàng)作于2023年2月二、穩(wěn)定流動能量方程式

(steady-flowenergyequation)穩(wěn)定流動特征：1）各截面上參數(shù)不隨時間變化。2）ΔECV=0，

ΔSCV=0，

ΔmCV=0?···穩(wěn)定流動：系統(tǒng)內任何點上的一切參數(shù)都不隨時間變化。滿足條件：1.進出口狀態(tài)不變(熱力狀態(tài))；2.進出口流量相等且不變(流動狀態(tài))；3.功和熱量不隨時間變化(能量狀態(tài))；注意：各截面之間的相應參數(shù)可能不同。第23頁，課件共35頁，創(chuàng)作于2023年2月準穩(wěn)定流動：如內燃機的氣體流動，雖時時在變，但有周期性，其平均流可看作穩(wěn)定。對（準）穩(wěn)定流動，開口系統(tǒng)能量方程式中是流入1kg工質的吸熱量；是流入1kg工質的內部功。第24頁，課件共35頁，創(chuàng)作于2023年2月則得穩(wěn)定流動能量方程：寫成微量的形式：質量為m的工質：寫成微量的形式：第25頁，課件共35頁，創(chuàng)作于2023年2月A式可化為：

熱能轉變?yōu)楣Φ牟糠謾C械能增量流動功內部功三、技術功：技術上可資利用的功，用表示：定義：與本頁第一式比較得：

（容積變化功或膨脹功W）第26頁，課件共35頁，創(chuàng)作于2023年2月工質膨脹功=流動功+動能增量+勢能增量+內部功即是說：維持開系流動的流動功，工質動、勢能的增量，及工質的內部功都是從工質膨脹功轉化而來的?；蛘f：熱能轉變?yōu)闄C械能，只能通過膨脹功是實現(xiàn)。四、熱能轉變?yōu)闄C械能，只能通過容積變化（膨脹）功來實現(xiàn)。上頁第一式變?yōu)椋?/p>

第27頁，課件共35頁，創(chuàng)作于2023年2月歸納熱力學解題思路1）取好熱力系

2）計算初、終態(tài)

3）兩種解題思路從已知條件逐步推向目標從目標反過來缺什么補什么4）不可逆過程的功可嘗試從外部參數(shù)著手第28頁，課件共35頁，創(chuàng)作于2023年2月穩(wěn)定流動：一、動力機(蒸汽輪機、燃氣輪機steamturbine,gasturbine)是因為它們遠小于內部功=焓降(工質攜帶能量的減少)內部儲能增量：

0§2-7能量方程式的應用第29頁，課件共35頁，創(chuàng)作于2023年2月2、壓氣機，水泵類

(compressor、pump)圖\設備圖\壓氣機.doc

與動力機過程相反：內部儲能增量：

0第30頁，課件共35頁，創(chuàng)作于2023年2月3、換熱器（鍋爐、加熱器等）

(heat

exchanger;

boiler、heater)第31頁，課件共35頁，創(chuàng)作于2023年2月流入：流出：內增：

0若忽略動能差、位能差能量平衡關系式吸熱焓增放熱焓降第32頁，課件共35頁，創(chuàng)作于2023年2月四、管道流入：流出：內增：

0忽略位能差：管子短或保溫好q≈0：第33頁，課件