工程熱力學(xué)第3章熱力學(xué)第一定律

1、熟練應(yīng)用熱力學(xué)第一定律解決具體問(wèn)題分子動(dòng)能（移動(dòng)、轉(zhuǎn)動(dòng)、振動(dòng)）分子動(dòng)能（移動(dòng)、轉(zhuǎn)動(dòng)、振動(dòng)）分子位能（相互作用）分子位能（相互作用）核能核能 化學(xué)能化學(xué)能一。內(nèi)能一。內(nèi)能內(nèi)能內(nèi)能是狀態(tài)量是狀態(tài)量 u : 廣延參數(shù)廣延參數(shù) kj u : 比參數(shù)比參數(shù) kj/kg 內(nèi)能內(nèi)能總以變化量出現(xiàn)，總以變化量出現(xiàn)，內(nèi)能內(nèi)能零點(diǎn)人為定零點(diǎn)人為定說(shuō)明：說(shuō)明：注意：注意：對(duì)理想氣體對(duì)理想氣體u=f (t)u=f (t) 系統(tǒng)工質(zhì)與外力場(chǎng)外力場(chǎng)的相互作用相互作用 所具有的能量如：重力位能以外界外界為參考坐標(biāo)參考坐標(biāo)的系統(tǒng)宏觀運(yùn)動(dòng)宏觀運(yùn)動(dòng)所具有的能量 如：宏觀動(dòng)能 221mcekmgzep組組成成外部?jī)?chǔ)存能外部?jī)?chǔ)存能宏

2、觀動(dòng)能宏觀動(dòng)能 ek= mc2/2宏觀位能宏觀位能 ep= mgz機(jī)械能機(jī)械能系統(tǒng)總能系統(tǒng)總能e = u + ek + epe = u + ek + ep一般與系統(tǒng)同坐標(biāo)，常用一般與系統(tǒng)同坐標(biāo)，常用u, du, u, du 功隨物質(zhì)傳遞的能量隨物質(zhì)傳遞的能量 熱量熱量外界熱源外界熱源外界功源外界功源外界質(zhì)源外界質(zhì)源系系統(tǒng)統(tǒng) kj 或 kcal 且l kcal=4.1868kj 定義定義：在溫差溫差作用下,系統(tǒng)與外界通過(guò)界面?zhèn)鬟f的能量。規(guī)定規(guī)定:特點(diǎn)特點(diǎn):是傳遞過(guò)程傳遞過(guò)程中能量的一種形式，與熱力過(guò)程熱力過(guò)程有關(guān)系統(tǒng)吸熱吸熱熱量為正正，系統(tǒng)放熱放熱熱量為負(fù)負(fù)單位：?jiǎn)挝唬汗Τ郎夭钜酝獬郎夭钜酝獾钠?/p>

3、它不平衡勢(shì)差不平衡勢(shì)差所引起的系統(tǒng)與外界傳遞的能量.1膨脹功w：2 軸功w:在力差力差作用下，通過(guò)系統(tǒng)容積變化容積變化與外界傳遞的能量。規(guī)定規(guī)定: 系統(tǒng)對(duì)外作功對(duì)外作功為正正，外界對(duì)系統(tǒng)作功對(duì)系統(tǒng)作功為負(fù)負(fù)。通過(guò)軸系統(tǒng)軸系統(tǒng)與外界傳遞的機(jī)械功機(jī)械功定義定義:單位單位：l j=l nm膨脹功是熱變功熱變功的源泉?jiǎng)傂蚤]口系統(tǒng)剛性閉口系統(tǒng)軸功不可能為正，軸功來(lái)源于能量轉(zhuǎn)換種類種類:注意注意:隨物質(zhì)傳遞的能量mgzmcue2211122vpvpwf1 流動(dòng)工質(zhì)流動(dòng)工質(zhì) 本身具有的能量本身具有的能量2 流動(dòng)功流動(dòng)功(或推動(dòng)功或推動(dòng)功)為推動(dòng)流體推動(dòng)流體通過(guò)控制體界面而傳遞的機(jī)械功機(jī)械功.推動(dòng)1kg工質(zhì)進(jìn)

4、、出控制體時(shí)需功 注意注意: 取決于取決于控制體進(jìn)出口界面工質(zhì)的熱力狀態(tài)工質(zhì)的熱力狀態(tài)由泵風(fēng)機(jī)等提供思考思考：與其它功區(qū)別 對(duì)于m千克工質(zhì)： pvuhv焓的定義式焓的定義式：焓焓=內(nèi)能內(nèi)能+流動(dòng)功流動(dòng)功 v焓的物理意義：焓的物理意義：1對(duì)流動(dòng)流動(dòng)工質(zhì)(開(kāi)口開(kāi)口系統(tǒng))，表示沿流動(dòng)方向傳遞的總能量中，取決于取決于熱力狀態(tài)熱力狀態(tài)的那部分能量.思考：思考：特別的對(duì)理想氣體 h= f (t) 對(duì)于1千克工質(zhì)： h=u+ p v 2 對(duì)不流動(dòng)不流動(dòng)工質(zhì)(閉口閉口系統(tǒng))，焓只是一個(gè)復(fù)合復(fù)合狀態(tài)參數(shù)狀態(tài)參數(shù) dtcduqvvv適用于理想氣體理想氣體一切一切過(guò)程或者實(shí)際氣體實(shí)際氣體定容定容過(guò)程 用定值比用定值

5、比熱計(jì)算熱計(jì)算:102000121221tctcdtcdtcdtcutvmtvmtvtvttv用 平 均 比用 平 均 比熱計(jì)算熱計(jì)算 : tfcv 21dtcuv理想氣體組成的理想氣體組成的混合氣體的內(nèi)能混合氣體的內(nèi)能： niiiniinumuuuuu112121dtcuv經(jīng)驗(yàn)公式代入功功 （ w） 是廣義功是廣義功 閉口系與外界交換的功量閉口系與外界交換的功量 q = du + w準(zhǔn)靜態(tài)容積變化功準(zhǔn)靜態(tài)容積變化功 pdv拉伸功拉伸功 w拉伸拉伸= - dl表面張力功表面張力功 w表面張力表面張力= - da w = pdv - dl - da +. q = du + w若在地球上研究飛行器

6、若在地球上研究飛行器 q = de + w = du + dek + dep + w 簡(jiǎn)單可壓縮系簡(jiǎn)單可壓縮系準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程 w = pdv簡(jiǎn)單可壓縮系簡(jiǎn)單可壓縮系可逆過(guò)程可逆過(guò)程 q = tds q = du + pdv q = u + pdv熱一律解析式之一熱一律解析式之一tds = du + pdv tds = u + pdv熱力學(xué)恒等式熱力學(xué)恒等式推導(dǎo)推導(dǎo) wnet q min moutuinuoutgzingzout212inc212outc能量守恒原則能量守恒原則進(jìn)入進(jìn)入系統(tǒng)的系統(tǒng)的能量能量 - -離開(kāi)離開(kāi)系統(tǒng)的系統(tǒng)的能量能量 = =系統(tǒng)系統(tǒng)儲(chǔ)存能量?jī)?chǔ)存能量的的變化變化 wn

7、et q min moutuinuoutgzingzout212inc212outc q + min(u + c2/2 + gz)in- mout(u + c2/2 + gz)out - wnet = decv這個(gè)結(jié)果與實(shí)驗(yàn)這個(gè)結(jié)果與實(shí)驗(yàn)不符不符少了少了推進(jìn)功推進(jìn)功推進(jìn)功推進(jìn)功（流動(dòng)功、推動(dòng)功）（流動(dòng)功、推動(dòng)功）papvdl w推推 = p a dl = pv w推推= pv注意：注意： 不是不是 pdv v 沒(méi)有變化沒(méi)有變化1 1、與宏觀與宏觀流動(dòng)流動(dòng)有關(guān)，流動(dòng)停止，推進(jìn)功不存在有關(guān)，流動(dòng)停止，推進(jìn)功不存在2 2、作用過(guò)程中，工質(zhì)僅發(fā)生作用過(guò)程中，工質(zhì)僅發(fā)生位置位置變化，無(wú)狀態(tài)變化變化，無(wú)狀

8、態(tài)變化3 3、w推推pv與所處狀態(tài)有關(guān)，是與所處狀態(tài)有關(guān)，是狀態(tài)量狀態(tài)量4 4、并非工質(zhì)本身的能量（動(dòng)能、位能）變化引起，并非工質(zhì)本身的能量（動(dòng)能、位能）變化引起， 而由外界做出，流動(dòng)工質(zhì)所而由外界做出，流動(dòng)工質(zhì)所攜帶的能量攜帶的能量可理解為可理解為：由于工質(zhì)的進(jìn)出，外界與系統(tǒng)之由于工質(zhì)的進(jìn)出，外界與系統(tǒng)之間所傳遞的一種間所傳遞的一種機(jī)械功機(jī)械功，表現(xiàn)為流動(dòng)工質(zhì)進(jìn)，表現(xiàn)為流動(dòng)工質(zhì)進(jìn)出系統(tǒng)使所出系統(tǒng)使所攜帶攜帶和所和所傳遞傳遞的一種的一種能量能量 wnet qpvin moutuinuoutgzingzout212inc212outc q + min(u + c2/2 + gz)in- mout

9、(u + c2/2 + gz)out - wnet = decv minpvout q + min(u + pv+c2/2 + gz)in - wnet - mout(u + pv+c2/2 + gz)out = decv工程上常用工程上常用流率流率0limqq0limmm0limww2cvout2innetind/ 2/ 2outqeupvcgzmupvcgzmw當(dāng)有多條進(jìn)出口：當(dāng)有多條進(jìn)出口：netcv2outout2inind/ 2/ 2qewupvcgzmupvcgzm流動(dòng)時(shí)，總一起存在流動(dòng)時(shí)，總一起存在 wnet q min moutuinuoutgzingzout212inc212

10、outc穩(wěn)定流動(dòng)條件穩(wěn)定流動(dòng)條件steady state steady flow(sssf)1、outinmmm2、qconst3、netswconstw軸功軸功shaft work每截面狀態(tài)不變每截面狀態(tài)不變4、,/0c vdeoutinmmmqconstnetswconstw,/0c vdenetcv2outout2inind/ 2/ 2qewhcgzmhcgzm穩(wěn)定流動(dòng)條件穩(wěn)定流動(dòng)條件0mmsw22soutin22ccqmhgzhgzwqm qsswm w1kg工質(zhì)工質(zhì)22soutin22ccqhgzhgzw2s12qhcgzw 2s12qhcgzw 適用條件：適用條件：任何流動(dòng)工質(zhì)任何

11、流動(dòng)工質(zhì)任何穩(wěn)定流動(dòng)過(guò)程任何穩(wěn)定流動(dòng)過(guò)程2t12swcgzwt()tqhwupvw quw ()twpvwwwt(pv) c2/2wsgz做功的根源做功的根源ws()tpdvd pvw()twpvw()twd pvw準(zhǔn)靜態(tài)準(zhǔn)靜態(tài)()()twpdv d pvpdvpdv vdpvdptwvdp準(zhǔn)靜態(tài)準(zhǔn)靜態(tài)qdupdvqdh vdp熱一律解析式之一熱一律解析式之一熱一律解析式之二熱一律解析式之二twvdp1 12 2vdppdvpvp v1 12 2twwpvp v()twwpv12 1ba12341 140a 230b()twpvws2t2/wgdzdcvdpw對(duì)于流體流過(guò)管道，對(duì)于流體流過(guò)管道，0sw2102vdpdcgdz 壓力能壓力能 動(dòng)能動(dòng)能 位能位能機(jī)