大学物理化学授课课件热力学第一定律(本科专业).ppt

2023年5月26日,第二章 热力学第一定律,1,第二章 热力学第一定律,2-1 热力学第一定律的实质,2-2 闭口系统能量方程式,2-3 开口系统能量方程式,2-4 稳定状态稳定流动能量方程式,2-5 轴功,2-6 稳定流动能量方程式应用举例,2023年5月26日,第二章 热力学第一定律,2,2-1 热力学第一定律的实质,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：能量可以相互转换，且转换前后的总量保持不变。热力学第一定律：热能与机械能可以相互转换，且转换前后的总量保持不变。第一类永动机是不可实现的。,系统经历一个热力循环后，其所接受的净热量转换为对外所作的净功。即：,2023年5月26日,第二章 热力学第一定律,3,2-2 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。热力学能是状态参数。,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,，,，,2023年5月26日,第二章 热力学第一定律,4,闭口系统与外界间可能发生的能量交换：Q和W 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,正、负号规定：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,2023年5月26日,第二章 热力学第一定律,5,对可逆过程:,因此上述诸式可写为,对1kg工质，有,2023年5月26日,第二章 热力学第一定律,6,2-3 开口系统能量方程式,物理模型,2023年5月26日,第二章 热力学第一定律,7,经历时间 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质量流量之差。,能量交换的情况：加入系统的热量：系统对外所作的轴功：,2023年5月26日,第二章 热力学第一定律,8,推动功推动流体流入或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,于是，开口系统对外界输出的净推动功为,过程中流入、流出系统的工质所带入系统的净能量为,即入口处，外界推动工质流入系统所消耗的推动功,2023年5月26日,第二章 热力学第一定律,9,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转换关系式，即有,和,开口系统能量方程式,，,，,2023年5月26日,第二章 热力学第一定律,10,2-4 稳定状态稳定流动能量方程式,过程特点：,，qm1=qm2=qm=常量，,将其代入开口系统能量方程式，有,取,有,，,2023年5月26日,第二章 热力学第一定律,11,令,则有,将其称为焓，也是一个状态参数：,焓并不能看作是工质储存的能量，而是随工质流动跨越边界而转移的能量。热力学能是工质内部储存能量的唯一形式。,由,，有,即,热力学第一定律的另一主要形式。,稳定状态稳定流动能量方程式,，,，,，,，,2023年5月26日,第二章 热力学第一定律,12,2-5 轴功,由稳定流动能量方程式，可得轴功与其他形式能量间的关系为：,由,可得,上式说明：稳定流动过程中开口系统所作的轴功是工质的容积变化功，在扣除了净推动功以及增加的流动动能、重力位能之后，通过边界输出的功。,2023年5月26日,第二章 热力学第一定律,13,技术功wt工程上可以直接利用的机械能,将轴功的表达式代入上式，有,忽略宏观动能和位能，有,可见，可逆过程的技术功的大小可用过程线左边的面积来表示。,2023年5月26日,第二章 热力学第一定律,14,2-6 稳定流动能量方程式应用举例,一、加热器或冷却器,二、涡轮机或压气机,特点：ws=0，cf2cf1，z2 z1,所以有 q=h2-h1,特点：q=0，cf2cf1，z2 z1,所以有 ws=h1-h2,2023年5月26日,第二章 热力学第一定律,15,三、喷管和扩压管,四、绝热节流,所以有,特点：q=0，ws=0，z2 z1,特点：q=0，ws=0，cf2=cf1，z2 z1,所以有 h2=h1,