第四章熱力學(xué)第一定律

第四章

熱力學(xué)第一定律和氣體的熱力過(guò)程§4-1熱力學(xué)第一定律一、功量與熱量Q＝ALQ－轉(zhuǎn)換成機(jī)械能的熱量，或由機(jī)械能轉(zhuǎn)變而來(lái)的熱量，kcalL－由熱能轉(zhuǎn)變成的機(jī)械能，或轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮艿臋C(jī)械能

A＝kcal／kg.m本質(zhì)：能量轉(zhuǎn)換及守恒定律在熱過(guò)程中的應(yīng)用焦耳實(shí)驗(yàn)1、重物下降，輸入功，絕熱容器內(nèi)氣體T

2、絕熱去掉，氣體T

，放出熱給水，T恢復(fù)原溫。焦耳實(shí)驗(yàn)水溫升高可測(cè)得熱量，重物下降可測(cè)得功熱功當(dāng)量1kcal=4.1868kJ熱力學(xué)第一定律表達(dá)式熱能可以從一個(gè)物體傳遞給另一個(gè)物體，也可以與機(jī)械能或其他能量相互轉(zhuǎn)換，在傳遞和轉(zhuǎn)換過(guò)程中，能量的總值不變熱可以變?yōu)楣Γσ部梢宰優(yōu)闊?。消失一定量的熱時(shí)，必產(chǎn)生數(shù)量相當(dāng)?shù)墓?；消耗一定量的功時(shí)，亦必出現(xiàn)相應(yīng)數(shù)量的熱。熱力學(xué)第一定律是對(duì)能量守恒和轉(zhuǎn)換定律的一種表述方式。閉口系循環(huán)的熱一律表達(dá)式要想得到功，必須化費(fèi)熱能或其它能量熱力學(xué)第一定律又可表述為“第一類(lèi)永動(dòng)機(jī)是不可能制成的?！毖h(huán)中工質(zhì)吸收的凈熱量應(yīng)等于工質(zhì)對(duì)外作的凈功二、氣體的內(nèi)能

氣體的內(nèi)能是氣體中所有分子熱運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能和分子間相互作用的勢(shì)能的總和，而分子熱運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能與氣體的溫度有關(guān)，分子間相互作用的勢(shì)能與氣體的體積有關(guān)，所以氣體的內(nèi)能是溫度和體積的函數(shù)。u－表示1kg工質(zhì)的內(nèi)能U－表示Gkg工質(zhì)的內(nèi)能實(shí)際氣體u＝f（t，v）kcal／kg（KJ／kg）理想氣體u＝f（t）kcal／kg（KJ／kg）

氣體的內(nèi)能是氣體的狀態(tài)參數(shù)u

=

f(p,v)u

=

f(T,v)u

=

f(p,T)∮du=0三、氣體的膨脹功與壓縮功示功圖pV.12.pp外21mkg工質(zhì)：W=pdV1kg工質(zhì)：w=pdvW壓縮功w=∫pdv2134dv四、熱力學(xué)第一定律解析式Q=

dU

+

WQ=

U

+

W閉口系熱一律表達(dá)式?。?！兩種特例

絕功系

Q

=

dU

絕熱系

W=-

dU外界加給氣體的熱量應(yīng)等于氣體內(nèi)能的變化量和對(duì)外作出的膨脹功之和。即能量平衡方程?！?-2穩(wěn)定流動(dòng)能量方程式及工質(zhì)的焓穩(wěn)定流動(dòng)熱工設(shè)備示意（開(kāi)口系）QWjxp1v1t1ω1u1p2v2t2ω2u2Z1Z2穩(wěn)定流動(dòng)能量方程式

（開(kāi)口系熱力學(xué)第一定律能量方程式）u1＋Ap1v1＋Aω12／2g＋AZ1＋Q=u2＋Ap2v2＋Aω22／2g＋AZ2＋wjx

令i＝u＋Apu

焓q=(i2－i1）＋A（ω22－ω12）／2g＋A(Z2－Z1）＋wjxq=i2－i1wjx＝i1－i2穩(wěn)定流動(dòng)能量方程的推導(dǎo)1kg工質(zhì)穩(wěn)定流動(dòng)能量方程適用條件：任何流動(dòng)工質(zhì)任何穩(wěn)定流動(dòng)過(guò)程§4-3氣體的熱力過(guò)程一、定容過(guò)程v＝c12’2vP1P2PvP1P2=T1T1qv＝Δu＋AL＝Δu＋0＝Δuqv＝Δu＝cu(T2-T1)kcal/kgqv＝Δu＝cu(t2-t1)kcal/kg二、定壓過(guò)程p=cPv2v1v2=T1T2qp＝△u+ALP

＝（u2－u1）＋Ap（v2－v1）

＝（u2＋Apv2）－（u1＋Apv1）

＝i2－i1(kcal/kg或kJ/kg)∫LP＝Pdv＝pv1v2∫v1v2dv=p(v2-v1)=R(T2-T1)Pv1v22’1v2’qp＝△i＝cp△tμcp-μcv≈2kcal／mol.℃三、等溫過(guò)程T＝Cp1p2v2v1＝p1p12v1vv2p2∫LT＝Pdv＝v1v2∫v1v2RTdvv＝RTlnv2v1p1p2＝RTlnqt＝Δu＋AL＝0＋Alt＝ALt四、絕熱過(guò)程q＝0Pvk＝Cp1v1k＝p2v2k1絕熱指數(shù)k＝＝cpcvcpμcpcpcpcpμcvcp單原子氣體k＝5／3＝1.67單雙子氣體k＝7／5＝1.40多原子氣體k＝9／7＝1.292’絕熱過(guò)程pp12v1vv2p2等溫過(guò)程lk=∫pdv=(p1v1-p2v2)=(T1-T2)12K-11K-1Rlk=［1－（）k-1］kg.m/kgK-1RT1v2v1lk=［1－（）k］kg.m/kgK-1RT1p1p2k-1五多變過(guò)程pvn＝c(1)當(dāng)n=0

(2)當(dāng)n=1多變過(guò)程與基本過(guò)程的關(guān)系(3)當(dāng)n=k

(4)當(dāng)n=

pTsvnpTsv理想氣體多變過(guò)程的p-v,T-s圖sTvpppvvTTss習(xí)題四1）某蒸汽鍋爐的蒸發(fā)量G＝4000kg／h，水進(jìn)入鍋爐時(shí)的溫度為50℃，其焓值為50kcal／kg，蒸汽流出鍋爐時(shí)的焓為650kcal／kg。試求（1）鍋爐中加熱水所需的熱量；（2）若鍋爐的熱效率η＝70％，所用煤的發(fā)熱量為7000kcal／kg，試計(jì)算每小時(shí)的煤耗量。（p43）2）某制冷裝置的氨壓縮機(jī)每小時(shí)消耗的理論功為16×106kgm,設(shè)電動(dòng)機(jī)及機(jī)械傳動(dòng)效率η＝0.75.問(wèn)需要配置多少千瓦的電動(dòng)機(jī)？損失的功量相當(dāng)于多少千卡的熱量？（題3）3）某水－水加熱器（換熱器），已知熱水流量G1＝1000kg／h，熱水的進(jìn)口溫度t1＝90℃，出口溫度t2＝40℃，而冷水的流量G2＝5000kg／h，冷水進(jìn)口溫度t1’＝15℃，設(shè)水在100℃以下的重量比熱c＝1.0kcal／kg.℃，不考慮散熱損失，試求冷水離開(kāi)加熱器時(shí)的溫度t2’為多少？（按熱平衡方程式求解）（題5）4）氧氣瓶放在倉(cāng)庫(kù)內(nèi)時(shí)的溫度為15℃，壓力為90表壓。如果將它放在太陽(yáng)下，其溫度升高到50℃，試問(wèn)瓶?jī)?nèi)壓力為多少？（題11）5）鍋爐的煙氣流經(jīng)空氣預(yù)熱器后從煙囪排出，已知煙氣的初溫度t1’=300℃終溫度t2’=160℃,煙氣的流量為1000kg/h.空氣進(jìn)入預(yù)熱器的初溫度t1=15℃,空氣的流量為910kg/h,設(shè)空氣預(yù)熱器的熱損失為4%,試求空氣被加熱后的終溫度t2(已知煙氣的定壓重量比熱cp=0.25kcal/kg℃)（題21）6)1kg空氣在p1=10ata及t1=300℃時(shí)進(jìn)行等溫壓縮,并抽出了120kcal的熱量,試求終態(tài)參數(shù).（題27）7)將