工程熱力學(xué)與傳熱學(xué)熱力學(xué)第一定律實質(zhì)

1、工程熱力學(xué)與傳熱學(xué)熱力學(xué)第一定律實質(zhì)1第1頁，共28頁，2022年，5月20日，4點21分，星期三2-1 熱力學(xué)第一定律的實質(zhì)、內(nèi)能一、熱力學(xué)第一定律的實質(zhì)（一）能量守恒定律 能量無處不在，能量轉(zhuǎn)化無時不有。那么：常見的能量有那些形式呢？能量的轉(zhuǎn)化是如何實現(xiàn)的？能量轉(zhuǎn)化遵循什么規(guī)律呢？2第2頁，共28頁，2022年，5月20日，4點21分，星期三能量形式實 例機械能流動的河水、被拉開的弓、聲音等電能電器設(shè)備所消耗的的能量都是電能熱能熱源廠、廚房、火電廠等化學(xué)能巧克力、燃料等都儲存有化學(xué)能1.各種各樣的能量3第3頁，共28頁，2022年，5月20日，4點21分，星期三1.汽艇在海上行駛化學(xué)能轉(zhuǎn)化

2、為機械能2.用電照明電能轉(zhuǎn)化為光能（電磁能）3.篝火燃燒化學(xué)能轉(zhuǎn)化為熱能4.原子彈爆炸核能轉(zhuǎn)化為機械能2.能量之間的轉(zhuǎn)化4第4頁，共28頁，2022年，5月20日，4點21分，星期三3.能量轉(zhuǎn)化與守恒定律能量轉(zhuǎn)化與守恒定律 自然界一切物質(zhì)都具有能量。能量既不可能被創(chuàng)造，也不可能被消滅，但能夠從一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形式，或者從一個（一些）物體轉(zhuǎn)移到另一個（一些）物體，在轉(zhuǎn)化或傳遞的過程中能量的總和始終保持不變。【注意】1.分析物理過程、求解實際問題時，對減少的某種能量，要追蹤它的去向；對增加的能量，要能查尋它的來源?？梢园凑铡翱偟臏p少量=總的增加量”列出數(shù)學(xué)方程。2.能源利用實際就是不同形式能量

3、之間的轉(zhuǎn)換，把不便于人們利用的能量形式轉(zhuǎn)變成便于利用的形式。5第5頁，共28頁，2022年，5月20日，4點21分，星期三（二）熱力學(xué)第一定律 熱力學(xué)第一定律實質(zhì)就是能量守恒和轉(zhuǎn)換定律在熱現(xiàn)象上的應(yīng)用。 表述1：熱可以變?yōu)楣?，功也可以變?yōu)闊幔灰欢康臒嵯麥?，必產(chǎn)生一定量的功；消耗一定量的功時，必出現(xiàn)與之相應(yīng)數(shù)量的熱。6第6頁，共28頁，2022年，5月20日，4點21分，星期三First Law of Thermodynamics7第7頁，共28頁，2022年，5月20日，4點21分，星期三 表述2：第一類永動機是造不成的8第8頁，共28頁，2022年，5月20日，4點21分，星期三熱一定律在

4、熱力循環(huán)中的應(yīng)用熱力循環(huán)中工質(zhì)接受的凈熱量應(yīng)該等于工質(zhì)對外界所做的凈功：對于1kg工質(zhì)而言9第9頁，共28頁，2022年，5月20日，4點21分，星期三例2-1一臺柴油發(fā)動機，功率7.35kW，燃油消耗率為272.1g/(kW.h)，試求它的廢氣每小時所排出的熱量。（柴油的發(fā)熱量為43961.4kJ/kg）10第10頁，共28頁，2022年，5月20日，4點21分，星期三從這個例題我們可以學(xué)到什么？功率燃油消耗量（率）發(fā)熱量單位統(tǒng)一采用國際單位，注意不同單位制的換算11第11頁，共28頁，2022年，5月20日，4點21分，星期三二、內(nèi)能（internal energy）定義：工質(zhì)內(nèi)部所具有的

5、各種微觀能量實質(zhì)：組成物質(zhì)的微觀粒子所具有的能量符號：U，單位：J 或kJ12第12頁，共28頁，2022年，5月20日，4點21分，星期三主要包括：（1）內(nèi)動能： 物質(zhì)內(nèi)部的分子，原子等微觀粒子不停地作熱 運動的熱運動動能。 是溫度的函數(shù)。（2）內(nèi)位能： 由于分子間相互作用力的存在所具有的位能， 與氣體的比體積有關(guān)。13第13頁，共28頁，2022年，5月20日，4點21分，星期三不考慮內(nèi)動能+內(nèi)位能+化學(xué)能+原子核能+電磁能內(nèi)動能+內(nèi)位能內(nèi)能（3）化學(xué)能，原子核能，電磁能。14第14頁，共28頁，2022年，5月20日，4點21分，星期三15第15頁，共28頁，2022年，5月20日，4點

6、21分，星期三 比內(nèi)能： 單位質(zhì)量工質(zhì)的能 。符號：u；單位：J/kg 或kJ/kg。 內(nèi)能是溫度和比體積的函數(shù)，即取決于工質(zhì)所處的狀態(tài)，是狀態(tài)參數(shù)。16第16頁，共28頁，2022年，5月20日，4點21分，星期三 熱力學(xué)能的大小是相對的。氣體工質(zhì)的比內(nèi)能可表示為 任何狀態(tài)下系統(tǒng)內(nèi)能的數(shù)值不可能為零。由于在工程內(nèi)中只計算工質(zhì)在狀態(tài)變化中的內(nèi)能的變化量，因此內(nèi)能的零點可以人為地規(guī)定，例如，通常取0K時氣體的內(nèi)能為零。17第17頁，共28頁，2022年，5月20日，4點21分，星期三三、熱力系統(tǒng)的儲存能熱力系統(tǒng)的儲存能： 儲存于熱力系統(tǒng)的能量。 （1）內(nèi)部儲存能熱力學(xué)能 （2）外部儲存能宏觀動能

7、，宏觀位能。18第18頁，共28頁，2022年，5月20日，4點21分，星期三2. 宏觀位能：Ep ，單位為 J 或 kJ 3. 儲存能：E ，單位為 J 或 kJ 比儲存能：e ，單位為 J/kg 或 kJ /kg1. 宏觀動能 ：Ek ，單位為J或kJ 19第19頁，共28頁，2022年，5月20日，4點21分，星期三2-2 熱力學(xué)第一定律的數(shù)學(xué)表達式能量平衡方程式討論閉口系統(tǒng)、穩(wěn)定流動、開口系統(tǒng)三種系統(tǒng)的能量方程20第20頁，共28頁，2022年，5月20日，4點21分，星期三一、 閉口系統(tǒng)的能量方程（energy equation）熱力系統(tǒng)：取封閉在汽缸活塞系統(tǒng)中的工質(zhì)假設(shè)： 氣缸內(nèi)有

8、1kg工質(zhì) 從外界吸熱 q 工質(zhì)由平衡態(tài)1變化到平衡態(tài)2， 對外作功 w， 忽略工質(zhì)宏觀動能，位能的變化21第21頁，共28頁，2022年，5月20日，4點21分，星期三推導(dǎo) q w = u= u2 - u1 或 q = w + u對于m工質(zhì)，可寫為： Q = U+ W 對于微元過程，可寫為： 以上三式都可以稱為閉口系統(tǒng)熱力學(xué)第一定律解析式22第22頁，共28頁，2022年，5月20日，4點21分，星期三意義：工質(zhì)吸收的熱量 a: 一部分用于改變工質(zhì)的內(nèi)能 b: 另一部分以機械能的形式傳遞給外界。適用條件：a: 可逆過程，不可逆過程 b: 理想氣體，實際氣體 c: 工質(zhì)初，終態(tài)為平衡狀態(tài)23第23頁，共28頁，2022年，5月20日，4點21分，星期三膨脹功的概念在狀態(tài)變化過程中，由熱轉(zhuǎn)化為機械功的部分始終是q-u。閉口系統(tǒng)工質(zhì)所做的機械功也稱為容積變化功或膨脹功24第24頁，共28頁，2022年，5月20日，4點21分，星期三注意能量方程中的熱量、功量、內(nèi)能的變化量都是代數(shù)值，根據(jù)熱工轉(zhuǎn)化的實際情況，可為正值、零、負值。工程上統(tǒng)一規(guī)定： 吸熱為正、作膨脹功為正、內(nèi)能增加為正 放熱為負、作壓縮功為負、內(nèi)能減少為負25第25頁，共28頁，2022年，5月20日，4點21分，星期三對于單位質(zhì)量工質(zhì), 對于單位質(zhì)量工質(zhì)的可逆過程 , 26第26頁，共2