第三章熱力學(xué)第一定律第一節(jié)熱力學(xué)第一定律的實(shí)質(zhì)第二節(jié)系統(tǒng)的儲(chǔ)存能量第三節(jié)系統(tǒng)與外界傳遞的能量第四節(jié)封閉系統(tǒng)熱力學(xué)第一定律的表達(dá)式第五節(jié)開(kāi)口系統(tǒng)熱力學(xué)第一定律的表達(dá)式第六節(jié)穩(wěn)定流動(dòng)能量方程的應(yīng)用第三章熱力學(xué)第一定律第一節(jié)熱力學(xué)第一定律的實(shí)質(zhì)1第一節(jié)熱力學(xué)第一定律的實(shí)質(zhì)一、實(shí)質(zhì)：能量守恒與轉(zhuǎn)換定律在熱力學(xué)中的應(yīng)用二、第一定律的表述輸入系統(tǒng)的能量—系統(tǒng)輸出的能量=系統(tǒng)儲(chǔ)存能量的變化能量：傳遞中的能量---功和熱量----過(guò)程量?jī)?chǔ)存的能量----內(nèi)部和外部狀態(tài)參數(shù)決定---狀態(tài)量（內(nèi)能）第一節(jié)熱力學(xué)第一定律的實(shí)質(zhì)一、實(shí)質(zhì)：能量守恒與轉(zhuǎn)換定律在2能量轉(zhuǎn)換和守恒定律：

自然界一切物質(zhì)都具有能量，能量有各種不同的形式，能量不能被創(chuàng)造，也不能被消滅，只能相互轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)換，且在轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)換的過(guò)程中能量的總值保持不變。熱力學(xué)第一定律：任一過(guò)程中系統(tǒng)內(nèi)能的增加等于該過(guò)程所吸收的熱量和外界對(duì)它所做功之和。能量轉(zhuǎn)換和守恒定律：3第二節(jié)系統(tǒng)的儲(chǔ)存能量?jī)?chǔ)存能量：內(nèi)部?jī)?chǔ)存能---內(nèi)部狀態(tài)參數(shù)決定外部?jī)?chǔ)存能---外部狀態(tài)參數(shù)決定一、內(nèi)部?jī)?chǔ)存能—熱力學(xué)能分子運(yùn)動(dòng)的平均動(dòng)能和分子間勢(shì)能稱(chēng)為“熱力學(xué)能”符號(hào)：Uu(單位質(zhì)量熱力學(xué)能）單位：kJkJ/kgu=U/mu=f(t,v)第二節(jié)系統(tǒng)的儲(chǔ)存能量?jī)?chǔ)存能量：一、內(nèi)部?jī)?chǔ)存能—熱力學(xué)能分4二、外部?jī)?chǔ)存能——?jiǎng)幽蹺k和勢(shì)能Ep由系統(tǒng)速度和高度決定三、系統(tǒng)的總儲(chǔ)存能（總能）E=U+Ek+Ep單位質(zhì)量e=u+ek+ep第三節(jié)系統(tǒng)與外界傳遞的能量封閉系統(tǒng)，傳遞的能量有兩種：功和熱量二、外部?jī)?chǔ)存能——?jiǎng)幽蹺k和勢(shì)能Ep三、系統(tǒng)的總儲(chǔ)存能（5一、功

1.熱力學(xué)定義：燃?xì)膺M(jìn)口排入大氣一、功

1.熱力學(xué)定義：燃?xì)膺M(jìn)口排入大氣6

當(dāng)封閉系統(tǒng)通過(guò)邊界，和外界之間發(fā)生相互作用時(shí)，如外界的唯一效果是升起重物，則系統(tǒng)對(duì)外界作了功，如外界的唯一效果是降低重物，則外界對(duì)系統(tǒng)作了功。2.體積功：工質(zhì)體積改變時(shí)所做的功功是過(guò)程量單位：J、kJ當(dāng)封閉系統(tǒng)通過(guò)邊界，和外界之間發(fā)生相互作用時(shí)，如外7vpFfppoutdxAp1234dv圖1封閉系統(tǒng)的膨脹功vpFfppoutdxAp1234dv圖1封閉系統(tǒng)的8可逆過(guò)程膨脹功可以用p-v圖上過(guò)程曲線(xiàn)與v軸所圍面積表示。可逆過(guò)程對(duì)外做的膨脹功最大。vpFfppoutdxAp1234dv圖1封閉系統(tǒng)的膨脹功Bc功是過(guò)程量對(duì)于mkg工質(zhì)可逆過(guò)程膨脹功可以用p-v圖上過(guò)程曲線(xiàn)與v軸所圍面積表示。可9二、熱量熱量是除功以外，通過(guò)邊界系統(tǒng)與外界之間傳遞的能量。熱量也是過(guò)程量符號(hào)規(guī)定：系統(tǒng)從外界吸熱為正；Q>0系統(tǒng)向外界放熱為負(fù)。Q<0單位：J、kJ二、熱量熱量是除功以外，通過(guò)邊界系統(tǒng)與外界之間傳遞熱量也是過(guò)10第四節(jié)封閉系統(tǒng)熱力學(xué)第一定律的表達(dá)式QW熱源功源單位質(zhì)量工質(zhì)微元過(guò)程第四節(jié)封閉系統(tǒng)熱力學(xué)第一定律的表達(dá)式QW熱源功源單位質(zhì)量111.適用于任意工質(zhì)、任意過(guò)程，各項(xiàng)為代數(shù)量。2.q、w分別為各個(gè)吸熱、作功過(guò)程的代數(shù)和。3.U=U2-U1可逆過(guò)程：任意工質(zhì)、可逆過(guò)程1.適用于任意工質(zhì)、任意過(guò)程，各項(xiàng)為代數(shù)量?？赡孢^(guò)程：任意工12vpA12B例3-1有一定質(zhì)量的工質(zhì)從狀態(tài)1沿1A2到達(dá)終態(tài)2，又沿2B1回到初態(tài)1，并且試判斷沿過(guò)程1A2工質(zhì)是膨脹還是壓縮，并且求工質(zhì)沿1A2B1回到初態(tài)時(shí)的凈吸熱量和凈功。vpA12B例3-1有一定質(zhì)量的工質(zhì)從狀態(tài)1沿1A2到達(dá)13解:vpA12B是膨脹過(guò)程解:vpA12B是膨脹過(guò)程14第五節(jié)

開(kāi)口系統(tǒng)熱力學(xué)第一定律的表達(dá)式質(zhì)量守恒方程力學(xué)定律三個(gè)定律能量守恒方程一元穩(wěn)定流動(dòng)一元流動(dòng)：與流動(dòng)方向垂直的同一截面上各點(diǎn)工質(zhì)的狀態(tài)參數(shù)和流速都是相同的，工質(zhì)的狀態(tài)參數(shù)和流速僅沿流動(dòng)方向做一元變化。穩(wěn)定流動(dòng)：開(kāi)口系統(tǒng)內(nèi)任一點(diǎn)的狀態(tài)參數(shù)和流速均不隨時(shí)間而變化。第五節(jié)

開(kāi)口系統(tǒng)熱力學(xué)第一定律的表達(dá)式質(zhì)量守恒方程一元穩(wěn)定流151kg工質(zhì)：進(jìn)入系統(tǒng)帶入能量：流出系統(tǒng)帶出能量：吸熱：q作功：ws（軸功）1kg工質(zhì)：進(jìn)入系統(tǒng)帶入能量：流出系統(tǒng)帶出能量：吸熱：q作161.技術(shù)功若動(dòng)能、位能變化很小，可以忽略，則（軸功）（膨脹功）1.技術(shù)功若動(dòng)能、位能變化很小，可以忽略，則（軸功）（膨脹功17（技術(shù)功）Wt（軸功）Ws（膨脹功）W（流動(dòng)功或推進(jìn)功）PV（技術(shù)功）Wt（軸功）Ws（膨脹功）W（流動(dòng)功或推進(jìn)功）PV18可逆過(guò)程2.焓—狀態(tài)參數(shù)比焓J/kg總焓J可逆過(guò)程2.焓—狀態(tài)參數(shù)比焓J/kg總焓J19穩(wěn)定流動(dòng)能量方程微元過(guò)程可逆過(guò)程積分形式穩(wěn)定流動(dòng)能量方程微元過(guò)程可逆過(guò)程積分形式20第六節(jié)穩(wěn)定流動(dòng)能量方程的應(yīng)用開(kāi)口系統(tǒng)的典型設(shè)備:1.換熱器：如鍋爐、冷凝器等2.噴管和擴(kuò)壓管3.產(chǎn)生功的裝置：如蒸汽輪機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)4.消耗功的裝置：如泵、壓縮機(jī)5.節(jié)流裝置：如膨脹閥第六節(jié)穩(wěn)定流動(dòng)能量方程的應(yīng)用開(kāi)口系統(tǒng)的典型設(shè)備:21一、換熱器適用于任意工質(zhì)、任意過(guò)程可逆過(guò)程為可逆流動(dòng)條件12流入流出Q工質(zhì)流經(jīng)換熱器時(shí)所吸收的熱量全部用來(lái)增加工質(zhì)的焓值；反之，亦反。特點(diǎn)：與外界沒(méi)有軸功交換、工質(zhì)流速變化不大一、換熱器適用于任意工質(zhì)、任意過(guò)程可逆過(guò)程為可逆流動(dòng)條件1222二、噴管和擴(kuò)壓管Wg2Wg111112222流入流出噴管擴(kuò)壓管Wg1流入噴管擴(kuò)壓管可逆流動(dòng)噴管工質(zhì)在噴管中所增加的動(dòng)能全部由工質(zhì)焓值的減少來(lái)補(bǔ)償；在擴(kuò)壓管中相反。特點(diǎn)：來(lái)不及與外界進(jìn)行熱交換無(wú)軸功交換二、噴管和擴(kuò)壓管Wg2Wg111112222流入流出噴管擴(kuò)壓23三、汽輪機(jī)流入流出12wsq=0wt=wS四、泵和壓縮機(jī)氣輪機(jī)輸出的軸功是由流動(dòng)工質(zhì)的焓值轉(zhuǎn)換而來(lái)的特點(diǎn)：來(lái)不及與外界進(jìn)行熱交換流速變化不大特點(diǎn)：是汽輪機(jī)的逆過(guò)程三、汽輪機(jī)流入流出12wsq=0wt=wS四、泵24五、節(jié)流裝置特點(diǎn)：來(lái)不及與外界進(jìn)行熱交換，無(wú)軸功交換，工質(zhì)動(dòng)能變化與焓的數(shù)值相比可忽略。五、節(jié)流裝置特點(diǎn)：來(lái)不及與外界進(jìn)行熱交換，25換熱器噴管和擴(kuò)壓管汽輪機(jī)和壓縮機(jī)節(jié)流裝置略去入口流速例3-2已知：解：換熱器噴管和擴(kuò)壓管汽輪機(jī)和壓縮機(jī)節(jié)流裝置略去入口流速例3-226膨脹閥蒸發(fā)器12‘2解：例3-5已知：膨脹閥蒸發(fā)器12‘2解：例3-5已知：27（技術(shù)功）Wt、（軸功）Ws（膨脹功）W、（流動(dòng)功或推進(jìn)功）PV符號(hào)關(guān)系：（開(kāi)）（閉）討論：（技術(shù)功）Wt、（軸功）Ws（膨脹功）W、（流動(dòng)功或推進(jìn)功）28本章小結(jié)：1?；靖拍睿?/p>

熱力學(xué)第一定律的實(shí)質(zhì)：

-------

能量守恒與轉(zhuǎn)換定律在熱力學(xué)中的應(yīng)用

內(nèi)能U、功W、熱量Q（符號(hào)關(guān)系：+、-）技術(shù)功Wt、軸功Ws、膨脹功W、流動(dòng)功PV２?；竟?/p>

封閉系統(tǒng)熱力學(xué)第一定律：Q=ΔU+W開(kāi)口系統(tǒng)熱力學(xué)第一定律：Q=ΔH+Wt（焓H）3?；緫?yīng)用換熱器、噴管和擴(kuò)壓管、汽輪機(jī)（泵）、節(jié)流裝置等本章小結(jié)：1?；靖拍睿?9舉例1：一閉口系統(tǒng)從狀態(tài)1沿1-2-3途徑到狀態(tài)3，傳遞給外界的熱量為47.5kJ，而系統(tǒng)對(duì)外作功為30kJ，如圖。（1）若沿1-4-3途徑變化時(shí)，系統(tǒng)對(duì)外作功15kJ，求過(guò)程中系統(tǒng)與外界傳遞的熱量。（2）若系統(tǒng)從狀態(tài)3沿圖示曲線(xiàn)途徑到達(dá)狀態(tài)1，外界對(duì)系統(tǒng)作功6kJ，求該過(guò)程中系統(tǒng)與外界傳遞的熱量。（3）若U2=175kJ，U3=87.5kJ，求過(guò)程2-3傳遞的熱量及狀態(tài)1的熱力學(xué)能。舉例2：空氣在某壓氣機(jī)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