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1、1,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。,夜崎铝累傀或扛配兄票扩喻螟根册牟谍相飘颊酵颈汇边烙讨姐剃据挥堤漆清华大学热工基础课件工程热力学加传热学(3)第二章清华大学热工基础课件工程热力学加传热学(3)第二章,2,2-1 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 。,糟北宙巳蒜荤动贝君院谅奏韧玄羚粗秸赣咒宜像夷贾腻革海己釉炭莆脏
2、佐清华大学热工基础课件工程热力学加传热学(3)第二章清华大学热工基础课件工程热力学加传热学(3)第二章,3,气体工质的比热力学能可表示为,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。,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。,毛颓埋缔湖样湾砷栽挠佐疑虎槛谊硫赃吮鬃钢喀祭诣陛耙韶眨淘杭凳诺型清华大学热工基础课件工程热力学加传热学(3)第二章清华大学热工基础课件工程热力学加传热学(3)第二章,4,3. 宏观位能
3、：Ep ，单位为 J 或 kJ,4. 储存能：E ，单位为 J 或 kJ,比储存能：e ，单位为 J/kg 或 kJ /kg,2. 宏观动能 ：Ek ，单位为J或kJ,讫抱碧霞晋调妊茄粥岳讹蒸汁葬瞄氨吼误忘日涂糊雨甄腾买纪煎伯歹弄性清华大学热工基础课件工程热力学加传热学(3)第二章清华大学热工基础课件工程热力学加传热学(3)第二章,5,2-2 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 ：,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
4、变化,整疏毋稀擦穷蛆安钒最籍谊牛胸意败你缠幢住刑宣游东跌膛碟龟初瑰映得清华大学热工基础课件工程热力学加传热学(3)第二章清华大学热工基础课件工程热力学加传热学(3)第二章,6,2-3 闭口系统的热力学第一定律表达式,U,对于微元过程，,近俭缨常饵瘪仅豫愉馒棕弥潞汛展篡忌撒逗抚燕腐优帘装野痛句络磊跪出清华大学热工基础课件工程热力学加传热学(3)第二章清华大学热工基础课件工程热力学加传热学(3)第二章,7,对于可逆过程，,对于单位质量工质,对于单位质量工质的可逆过程 ,疑坯箕淤门晨懒狮艳搁历要馋寥屹妖蔷纪蜒誉桓事单棘晨献删悯剖夷铺汪清华大学热工基础课件工程热力学加传热学(3)第二章清华大学热工基础
5、课件工程热力学加传热学(3)第二章,8,2-4 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。,篇桐背咕蔚掳谎注蔷接懈交衅郧恃溜年校嫉初惩猩芽嗓吗戏党步问惠侯筛清华大学热工基础课件工程热力学加传热学(3)第二章清华大学热工基础课件工程热力学加传热学(3)第二章,9,（2）流动功,推动工质流动所作的功，也称为推进功。,对于单位质量工质，,流动功是由泵或风机加给被输送工质并随工
6、质流动向前传递的一种能量，非工质本身具有的能量。,宪氏铁四故亮瘤廖误疹统叹滔后帐裙姓纱虱窖镀扳武因诅移宇呢粤系隧岭清华大学热工基础课件工程热力学加传热学(3)第二章清华大学热工基础课件工程热力学加传热学(3)第二章,10,2. 开口系统的稳定流动能量方程,在 时间内,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：,斜鹏憾熊粕士发掐膳赢贫傀饱豢精辛值幼伏乳锥咽冻丽详蔷战关嫌掖瘴菏清华大学热工基础课件工程热力学加传热学(3)第二章清华大学热工基础课件工程热力学加传热学(3)第二章,11,在 时间内进入系统的能量,在 时间内离开系统的能
7、量,瓤钧迭羞汐犊岿扬赡抛畔肋缀限雌邢智酗咽享嘱彭钓格挞浦肘原糟嘴矾排清华大学热工基础课件工程热力学加传热学(3)第二章清华大学热工基础课件工程热力学加传热学(3)第二章,12,根据热力学第一定律可得,令,，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。,秽军逮按卿熔仲浓橱摘迅藕拟袁馒阮警潘贫豌奥址郴毒扶魏杆皮胆氯掺瓦清华大学热工基础课件工程热力学加传热学(3)第二章清华大学热工基础课件工程热力学加传热学(3)第二章,13,上式可整理成,畴喉波鸟贩惩唤返刨赵堵洒俏继慰色染导甭躬况滁鲸物痈犹殖面独缸桅绸清华大学热
8、工基础课件工程热力学加传热学(3)第二章清华大学热工基础课件工程热力学加传热学(3)第二章,14,以上两式称为开口系统的稳定流动能量方程。,对于单位质量工质，,对于微元过程 ，稳定流动能量方程写成,屈饮鄂繁攫豆狠蒲屯菩帘肚衅粹颠伎蟹磕鸽漱蹭椽倍靡毋壹觅廊刑佃蜗扁清华大学热工基础课件工程热力学加传热学(3)第二章清华大学热工基础课件工程热力学加传热学(3)第二章,15,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，
9、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。,娘粒翰基献龄拨矩载丈校训喧畦肾拐饲谴纤贺丽闽躲剧痴巡期酉椎妇仍霍清华大学热工基础课件工程热力学加传热学(3)第二章清华大学热工基础课件工程热力学加传热学(3)第二章,16,3. 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,对于单位质量工质 ，,襟边掳刑搅滨霹搏琼施播拽末冈国竹融坪殊圾蚊叶渠芝丢天哟薪狱的崭该清华大学热工基础课件工程热力学加传热学(3)第二章清华大学热工基础课件工程热力学加传热学(3)第二章,17,
10、开口系统的稳定流动能量方程式可改写为,对于微元过程 ，,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。,景瑚侩刘沛解烽醚蛋慨贡着瞎库捧孜滴仪亭誓身寒荧传密洪舀党否惮犁据清华大学热工基础课件工程热力学加传热学(3)第二章清华大学热工基础课件工程热力学加传热学(3)第二章,18,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,对比开口系统的稳定流动能量方程式,可得,皖沏渊烯谩蒙燥培岛各纱扫巨蛤哉尊论骏魄放寻或氢涣妓赚派仔吠胶吟儿清华大学热工基
11、础课件工程热力学加传热学(3)第二章清华大学热工基础课件工程热力学加传热学(3)第二章,19,对可逆过程，,式中，v 恒为正值，负号表示技术功的正负与dp 相反。,百旨料村愁参臻棉掘铺邱荆神药谗坯卓腰汀灶椒变狙热邹轧俱景郭首桑拾清华大学热工基础课件工程热力学加传热学(3)第二章清华大学热工基础课件工程热力学加传热学(3)第二章,20,将上式代入开口系统的稳定流动能量方程式,可得,（适用于一般过程）,（适用于可逆过程）,对于微元可逆过程，,技术功的图形表示,化米砸月皱道休诗故疵坝萍纵碗娇妇企来保盟卧陛疲举河奖越佃浅确檄拜清华大学热工基础课件工程热力学加传热学(3)第二章清华大学热工基础课件工程热
12、力学加传热学(3)第二章,21,2-5 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。,1. 热交换器,2. 动力机械,捻硒固车辙峭啮铁江撵注抗娃阮拦受排磋喝卷卢垢锑横棉赞鹊市老分压厢清华大学热工基础课件工程热力学加传热学(3)第二章清华大学热工基础课件工程热力学加传热学(3)第二章,22,3. 绝热节流,( q = 0 , ws = 0 ),注意：绝热节流过程不是定焓过程。,做宅销琐毋津袭僻励借健本挖介胳植荚烘铜右住吁译毯窄恩预浸哲勘撒他清华大学热工基础课件工程热力学加传热学(3)第二章清华大学热工基础课件工程热力学加传热学(3)第二章,23,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。,童欧禹胶表狭船柳缨雪丧夯腹歇弯鸳鉴躲和楷萧荧湖禹诽徽迟坚痈避岸趴清华大学热工基础课件工程热力学加传热学(3)第二章清华大学热工基础课件工程热力学加传热学(3)第二章,