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第二章 热力学第一定律 关于永动机问题的思考 大气机 某人的永动机构思 课后作业（小论文，两个题目选一） 思 考 题 * * 第二章 热力学第一定律 2-1 热力学第一定律 能量守恒和转换定律在工程热力学中的应用。 能量守恒和转换定律—能量是可以相互转换的，且转换前后的总量保持不变。 热力学第一定律—热能与机械能是可以相互转换的，且转换前后的总量保持不变。 不消耗能量而能对外连续作功的第一类永动机是不可能实现的。 系统经历一个热力循环后，它所接受的净热量转换为对外所作的净功。即： Chapter 2 The first Law of Thermodynamics 各种永动机问题长期困扰着科技界与社会 第一类永动机—不消耗能量而能对外连续作功的机器。 第二类永动机—从单一热源取热，并将其全部转变机械功的机器（或：热效率等于100%的机器）[有关问题在第五章中将详细讨论]。 长期以来一直有人在追求、研究各种形式的永动机，无一有所收获。 希望同学们树立正确的思想方法，不要误入歧途。 几个永动机的例子： 压力容器 压气机 从大气中取气 取回部分功量驱动压气机 w p ？？机 氢气发动机 水分解装置 取回部分功量驱动水分解装置 w H2 水 ①收集一个或两个永动机例子，说明其“设计思想和原理”，分析其错误所在，谈谈它所造成影响和危害。 ②在阅读有关永动机文献的基础上，写出一篇关于永动机问题的小综述报告。 通过这样一个活动，深刻理解永动机的危害，进一步树立正确的、科学的思想方法。 2-2 闭口系统能量方程式 能量方程式—热力过程中，系统与外界交换的能量及系统本身总能量之间的关系式。 热力学能U/J：系统内部各种形式能量的总和。包括： 内部动能—包括分子的移动动能、转动动能，分子中原子的振动动能，温度越高，内部动能越大。 内部位能—由分子间相互作用力形成。大小取决于分子件的距离。 化学能、原子能等。 在没有化学反应、核反应的物理过程中，热力学能的变化只包括内部动能和内部位能的变化。 热力学能是个状态参数。 The energy equation for Control Mass 比热力学能u/(J/kg)： 系统的总能量E/J： 比热力学能可由任意两个独立参数确定： 宏观动能 宏观位能 闭口系统与外界间可能发生的能量交换：热量和功量 一般不作整体位移，Ek与Ep的变化均为零，因此与外界交换能量（功量W、热量Q）的结果只是导致热力学能U 的变化。 对于热力过程1-2,有： 对1kg工质，有： 式中各项的正负号规定为：系统吸热为正，放热为负；系统对外作功为正，外界对系统作功为负。 上式既适用于准静态过程，也适用于非准静态过程。 对于微元过程，有： 即： 对于无耗散的准静态过程， 因此上述诸式可写为： 对1kg工质，有： 2-3 开口系统能量方程 物理模型 physics model The energy equation for Control Volumes Time τ0 Time τ0 ＋dτ 引起系统内部能量变化的原因：质量交换和能量交换。 经历dτ时间后，系统内的质量变化： 由此可得： 该式称为连续性方程式，它说明单位时间内开口系统中工质质量增加的数量等于流入和流出系统的流量之差。 能量交换的情况：①加入系统的热量： ②系统对外所作的轴功： 推动功—推动工质流入、流出系统所消耗的功量 出口截面处，系统为推动微元工质流出系统消耗的推动功为： ③于是开口系统对外界输出的净推动功为： ④过程中流入、流出系统的工质所带入系统的净能量为 ： 入口截面处，外界推动工质流入系统所消耗的推动功： （外界对系统作功） （系统对外界作功） 由上述各项能量，可以得到开口系统的能量转换关系为 ： 因： 而: 以及： 将其代入上述开口系统能量方程式，即有： （2-6a） 2-4 稳定状态稳定流动能量方程式 The energy equation for steady and uniform flow 一般情况下，能量转换装置都是在稳定条件下工作的。 稳定状态：各点的状态不随时间变化； 稳定流动：系统内各处及进出口截面，工质的流量和流速不变。 系统与外界交换的热量和功量稳定不变。 过程特点： Characteristic: 将其