《工程热力学》教案（第二章） 热力学第一定律 .doc

《工程热力学》：第二章热力学第一定律

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课程名称《工程热力学》任课教师吴建

第二章热力学第一定律计划学时4

教学目的和要求：

深刻认识热力学第一定律的实质—能量首恒；

掌握热力学第一定律能量方程的基本表达式及稳定流动能量方程，对非稳定流动能量方程有初步了解；

能灵活运用热力学第一定律对实际工程中的能量转换过程进行分析、计算和研究。

重点：

热力学第一定律的实质及内容表述

各种形式的能量方程及适用条件

能量方程的应用

4热力学能、焓及计算

难点：

能量方程的灵活应用

思考题：

P54：2-1、2-2、2-3、2-4、

第二章热力学第一定律

§2－1热力学第一定律

一热力学第一定律的内容及实质

§2－3开口系统能量方程

举例：开口系统能量转换过程分析

一质量方程

根据质量守恒定律：开口系统内质量的增加等于流入系统和流出系统的质量差：

用流量表示：

二能量方程

根据热力学第一定律：

加入系统的能量－输出系统的能量=系统总能量的增加

加入系统的能量：

1）加入的热量：

2）随工质流入系统而带入的能量：

①流体微团所具有的能量

流体微团很小，其状态可以取为进口截面状态。

②外界将流体微团推入系统而对流体微团作的功（推动功）：

推动功=

输出系统的能量：

系统对外做的轴功：

轴功：开口系统不是以容积变化功的形式对外输出功，而是通过机器轴对外输出功，称为轴功。

2）随工质流出系统而带走的能量：

①流体微团所具有的能量

②外界将流体微团推出系统作的推动功：

系统总能量的增加：

单位时间的能量转换：

：单位时间中系统的吸热量；：系统作的轴功率。

以上两式即为开口系统的能量方程式，适用任何过程任何工质。

§2－4稳定状态稳定流动能量方程

一稳定状态稳定流动

热力装置在正常工作时的工况通常是稳定的。

如：动力装置－保持稳定的功率输出

压气机－保持稳定的流量和状态

制冷机－保持稳定的功率消耗和制冷量

因此，在稳定工况下，系统进行的能量转换过程是稳定的。

特点：①系统与外界之间热量和功的传递保持稳定；

②系统内各处及进出口截面处，工质的状态和流量保持不变

二稳定状态稳定流动能量方程

流量稳定：各处的稳定不变，即

说明：在稳定流动中，工质始终以一定的流量流过系统的任意截面。

系统状态及流动稳定：

说明：系统的总能量保持稳定。

将稳定流动条件代入开口系统能量方程，得

取单位质量流量的传热量；

单位质量流量的轴功率

则：

说明：1）加入系统的热量一部分用于使流过系统的工质的热力学能、动能、位能增加；一部分用于作净推动功；其余部分才以轴功的形式对外输出。

2）稳流能量方程适用于任何稳定流动能量方程。对于在周期性变化的装置，只要周期性变化规律不随时间而变化，仍可以用稳流能量方程进行计算分析。

三状态参数－焓

定义：J/kg或kJ/kg

J或kJ

说明：1）焓是一个导出的状态参数，没有物理意义；

2）对于流动工质来说，可以理解为随工质流动而转移的能量。不能看成工质贮存的能量。热力学能是工质内部贮存能量的唯一形式（举例说明）。

四可逆过程的能量方程

热力学第一定律能量方程式的主要形式且

热力学第一定律能量方程式的主要形式

上式普遍适用于任何系统的各种可逆过程。

§2－5轴功

一轴功

由能量方程可得：

在闭口系统中，热能转变为机械能是通过容积变化来实现的，并以容积变化功的形式对外输出。

在开口系统稳定流动中，热能转变为机械能仍然是通过容积变化来实现的，但不是以容积变化功的形式对外输出的。所以仍然可以用来分析开口流动系统的能量转换过程。

因此对于可逆过程：

说明：工质吸热而通过容积变化所获得的机械能扣除了用于净推动功、动能变化、位能变化部分后，剩余部分以轴功的形式对外输出。

二技术功

轴功、动能变化、位能变化三项在工程上是可以直接利用的机械能，故称这三项之和为技术功。记为

对于可逆过程，有

在p－v图上，技术功的大小可以用过程曲线与纵坐标之间的面积表示，dp0时，技术功为正；dp0时，技术功为负。

在多数情况下，装置的进出口处工质的流速变化和高度差不大，在能量分析中可以忽略不计。故