哈工大 工程热力学第3章.ppt

第三章 热力学第一定律 本章重点 本章基本要求 深刻理解热量、储存能、功的概念，深刻理解内能、焓的物理意义 理解膨胀（压缩）功、轴功、技术功、流动功的联系与区别 本章重点 熟练应用热力学第一定律解决具体问题 §3-1系统的储存能 二。外储存能 系统总能 ?3．2 系统与外界传递的能量 热量 功 随物质传递的能量 焓 理想气体内能变化计算 §3-3闭口系能量方程 闭口系能量方程的通式 准静态和可逆闭口系能量方程 § 3-4 开口系能量方程 推进功的引入 推进功的表达式 对推进功的说明 开口系能量方程的推导 开口系能量方程微分式 开口系能量方程微分式 §3-5开口系统稳定流动能量方程 稳定流动能量方程的推导 稳定流动能量方程的推导 稳定流动能量方程 几种功的关系 准静态下的技术功 技术功在示功图上的表示 机械能守恒 理想气体焓的计算 * * 分子动能（移动、转动、振动） 分子位能（相互作用） 核能 化学能 一。内能 内能是状态量 ? U : 广延参数 [ kJ ] u : 比参数 [kJ/kg] ? 内能总以变化量出现，内能零点人为定 说明： 注意： 对理想气体u=f (T) 系统工质与外力场的相互作用 所具有的能量 如：重力位能 以外界为参考坐标的系统宏观运动所具有的能量 如：宏观动能 组成 外部储存能 宏观动能 Ek= mc2/2 宏观位能 Ep= mgz 机械能 系统总能 E = U + Ek + Ep e = u + ek + ep 一般与系统同坐标，常用U, dU, u, du 功 随物质传递的能量 热量 外界热源 外界功源 外界质源 系 统 kJ 或 kcal 且l kcal=4.1868kJ ? 定义： 在温差作用下,系统与外界通过界面传递的能量。 规定: 特点: 是传递过程中能量的一种形式，与热力过程有关 系统吸热热量为正，系统放热热量为负 单位： 除温差以外的其它不平衡势差所引起的系统与外界传递的能量. 1．膨胀功W： 2 轴功W: 在力差作用下，通过系统容积变化与外界传递的能量。 规定: 系统对外作功为正，外界对系统作功为负。 通过轴系统与外界传递的机械功 定义: 单位：l J=l Nm 膨胀功是热变功的源泉 刚性闭口系统轴功不可能为正，轴功来源于能量转换 种类: 注意: 1． 流动工质 本身具有的能量 2． 流动功(或推动功) 为推动流体通过控制体界面而传递的机械功. 推动1kg工质进、 出控制体时需功 注意: 取决于控制体进出口界面工质的热力状态 由泵风机等提供 思考：与其它功区别 对于m千克工质： 焓的定义式： 焓=内能+流动功 焓的物理意义： 1．对流动工质(开口系统)，表示沿流动方向传递 的总能量中，取决于热力状态的那部分能量. 思考：特别的对理想气体 h= f (T) 对于1千克工质： h=u+ p v 2 对不流动工质(闭口系统)，焓只是一个复合状态参数 适用于理想气体一切过程或者实际气体定容过程 用定值比热计算: 用平均比热计算 : 理想气体组成的混合气体的内能： 经验公式 代入 功 （? w） 是广义功 ? 闭口系与外界交换的功量 ?q = du + ?w 准静态容积变化功 pdv 拉伸功 ?w拉伸= - ?dl 表面张力功 ?w表面张力= - ? dA ?w = pdv - ?dl - ? dA +…... ?q = du + ?w 若在地球上研究飞行器 ?q = de + ?w = du + dek + dep + ?w 简单可压缩系准静态过程 ?w = pdv 简单可压缩系可逆过程 ? q = Tds ?q = du + pdv q = ? u + ? pdv 热一律解析式之一 Tds = du + pdv ? Tds = ? u + ? pdv 热力学恒等式 推导 ?Wnet ?Q ?min ?mout uin uout gzin gzout 能量守恒原则 进入系统的能量 - 离开系统的能量 = 系统储存能量的变化 ?Wnet ?Q ?min ?mout uin uout gzin gzout ?Q + ?min(u + c2/2 + gz)in - ?mout(u + c2/2 + gz)out - ?Wnet = dEcv 这个结果与实验不符 少了推进功 推进功（流动功、推动功） p A p V dl W推 = p A dl = pV w推= pv 注意：