第三講閉口開口系統(tǒng)能量方程及例題名師優(yōu)質(zhì)課賽課一等獎(jiǎng)市公開課獲獎(jiǎng)?wù)n件_第1頁
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2.3熱力學(xué)第一定律普通表示式

當(dāng)系統(tǒng)由狀態(tài)1經(jīng)歷一系列狀態(tài)改變到達(dá)終狀態(tài)2時(shí),系統(tǒng)總能量改變?yōu)棣sys=Ein-Eout=(minein+Q)-(mouteout+W)當(dāng)系統(tǒng)處于宏觀上靜止時(shí)

ΔU=(minein+Q)-(mouteout+W)看問題角度:進(jìn)入系統(tǒng)能量為正,離開為負(fù)

moutminQWΔEsys能量守恒第1頁2.4閉口系統(tǒng)能量方程

AConservationof

EnergyPrincipleforClosedSystemsAclosedsystemundergoingaprocessbetweenstate1andstate2,theenergyequationwillbe:

ΔU=Q

-W

or

Q=ΔU+W

orfor1kgofmass

q=Δu+wforadifferentialbasis

δQ=dU+δWorδq=du+δw

第2頁這里功數(shù)量并不等于能夠利用功Forareversibleprocess,theworkcanbecalculatedas:

Foraclosedsystem,heattransferandworktransferaretheonlymechanismsbywhichenergycanbetransferredacrosstheboundary.Ifweneedtoexpressthegeneralenergybalanceonaratebasisbyafinitetimeinterval.Thisyields:Then,inthelimitasΔtapproacheszero第3頁例題2.1氣缸內(nèi)儲(chǔ)有定量CO2氣體,初態(tài)p1=300kPa,T1=200℃,V1=0.2m3。經(jīng)歷一可逆過程后溫度下降至T2=100℃。假如過程中壓力和比容間關(guān)系滿足pv1.2=常數(shù),試確定該過程中CO2氣體所作功、比功、熱力學(xué)能改變量,氣體與外界之間熱量交換。Solution:Given:initialandendstates,process,CO2inacylinderFind:W,w,ΔU,QModel:closedsystemStrategy:applythebasicclosedsystemenergybalancetosolvefortheQandΔU,applythedefinitionofworktocalculationWandw

State1State2第4頁Analysis:1)work:可逆δw=pdvW=mw=0.671×94500=63425J

因氣體體積改變,故此功稱為膨脹功。W>0,為氣體對(duì)外做功。在終態(tài),氣體體積為V2=0.656m32)系統(tǒng)內(nèi)熱力學(xué)能改變:(ΔE)sys=ΔU=mcV(T2-T1)查表取cv=0.656kJ/kg·K第5頁所以ΔU=0.671×103×(100-200)=-44018J

(說明系統(tǒng)熱力學(xué)能是降低)3)Q計(jì)算:Q=ΔU+W=63425+(-44018)=19407JComment:該例題中氣體對(duì)外作出功量大于氣體熱力學(xué)能降低許,降低部分由外界對(duì)氣體加熱量所補(bǔ)充。另外此處能量單位用焦耳顯得不方便,用kJ則好些。第6頁2.5開口系統(tǒng)能量方程

ConservationofEnergyPrincipleforAOpenSystemorControlVolumeTwostepsofanalysis1st

ConservationofMassPrincipleforAOpenSystemorControlVolume2ndConservationofEnergyPrincipleforAnOpenSystemorControlVolume1st:ConservationofMassPrincipleforAOpenSystemorControlVolumeIsdefinedasthemassflowratekg/s第7頁Case3forbothsteadystateandone-dimensionalflow:Steadystate:anysysteminsteadystateifthesystempropertiesareconstantwithtimeateverypositionwithinandontheboundariesofthesystems.One-dimensionalflow:

ifthepropertiesataflowboundaryareuniformoverthecross-sectionalarea.Case1Forsteadystate:Case2Forone-dimensionalflow:第8頁2ndConservationofEnergyPrincipleforAOpenSystemorControlVolumeIt’sclearwhenregardlessthekineticandpotentialenergyofasystem,we’llhave:Ifwetaketheassumption-Steadystate:

Ifwetaketheassumption-One-dimensionalflow:

Ifwetakeboththeassumptions-Steadystate

andOne-dimensionalflow:

第9頁Theenergyinoroutofthecontrolvolume:Whenmassgetsinthesystem,itwillcarrytheseveralitemsofenergyintothesystem1)internalenergyofthemass;2)?3)kineticenergyofthemass;4)andpotentialenergyofthemass.1)internalenergyofthemass(ifmkgmassenters)2)howtoletthemassacrosstheboundaryintoasystem?第10頁Accordingtothefig.shownbelow:Forone-dimensionalassumption,Workshouldbedoneas:Wegivethisworkthenameofflowworkorpushwork.As1)and2)discussion,wehave:Whenmkgofmassentersinacontrolvolume

:第11頁Adefinition:orWegivehthenameofenthalpy.Thisisapropertyofmatter.(Combinedproperty)3)kineticenergyofthemass(Whenmkgofmassentersinacontrolvolume

)4)andpotentialenergyofthemass(Whenmkgofmassentersinacontrolvolume)第12頁Fromabovediscussing,foreachmkgmassentersinthesystem,thetotalenergyentersthecontrolvolumeshouldbe:thetotalenergyleavesthecontrolvolumeshouldbe:Thecontrolvolumeenergyequationononedimensionalassumption:Formassrate:

第13頁Ifwetakeanotherassumptionofsteadystate:Therearenumerousapplicationsofthesteadyflowandsteadystateconservationofenergyprincipleforwhichthereisonlyoneinlet(position1)andoneoutlet(position2).Inthiscircumstanceaboveequationwillbeexpressedas:Onaunitmassbasis,itisconvenienttoexpressas:第14頁例題2.2已知汽輪機(jī)進(jìn)口水蒸氣參數(shù)為p1=9MPa,t1=500℃,流速cf1=50m/s;出口水蒸氣參數(shù)為p2=0.5MPa,t2=180℃,流速cf2=120m/s。蒸氣質(zhì)量流量qm=330t/h。蒸氣在汽輪機(jī)中進(jìn)行穩(wěn)定絕熱流動(dòng),求汽輪機(jī)功率。解:取系統(tǒng)以下列圖所表示(穩(wěn)態(tài)穩(wěn)流)分析:Q=0ΔU=0ein=u1+p1v1+c12/2+gz1ein=u2+p2v2+c22/2+gz2

系統(tǒng)對(duì)外作功:Wt=m[(u1-u2)+(p1v1-p2v2)+(c12/2-c22/2)+(gz1-gz2)]=m[(h1-h(huán)2)+(c12-c22)/2

+g(z1-z2)]例題2.2附圖moutminws第15頁續(xù)解:對(duì)每kg工質(zhì),功能夠表示為:wt=(h1-h(huán)2)+(c12-c22)/2+g(z1-z2)略去其中位能差,可計(jì)算得:wt=(h1-h(huán)2)+(c12-c22)/2=(3386.4-2812.1)×103+(502-1202)/2

=568.4×104J/kgP=mwt=330×103×568.4×104/3600=52.1×103kW

第16頁特殊情況忽略動(dòng)能差和位能差時(shí)q=(h2-h(huán)1)+wtQ=(H2-H1)+Wt絕熱時(shí)能量方程Wt=H1-H2絕熱節(jié)流過程H2=H1

技術(shù)功Wt=W-(p2V2-p1V1)

圖2.6技術(shù)功在p-v圖上表示第17頁習(xí)題:閱讀:第二章內(nèi)容思索題:P4.7.習(xí)題:p462-32-4p472-92-10第18頁SummaryMechanicalworkisdefinedas:Expansionorcompressi

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