工程熱力學(xué)第三章-熱力學(xué)第一定律

第三章熱力學(xué)第一定律引入：能量守恒與轉(zhuǎn)換定律

能量既不能被創(chuàng)造，也不能被消滅，它只能從一種形式轉(zhuǎn)換成另一種形式，或從一個系統(tǒng)轉(zhuǎn)移到另一個系統(tǒng)，而其總量保持恒定

－第一類永動機(jī)不可能實現(xiàn)的原因第一節(jié)系統(tǒng)儲存能內(nèi)能（內(nèi)儲存能）：取決于系統(tǒng)本身（內(nèi)部）的狀態(tài)，它與系統(tǒng)內(nèi)工質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)及微觀運動形式有關(guān)外儲存能：取決于系統(tǒng)工質(zhì)與外力場的相互作用（如重力位能）及以外界為參考坐標(biāo)的系統(tǒng)宏觀運動所具有的能量（宏觀動能）

氣體的內(nèi)能是其溫度和比容的函數(shù)理想氣體內(nèi)能只是溫度的單值函數(shù)因為p、v、T存在一定關(guān)系二、外儲存能1、宏觀動能2、重力位能三、系統(tǒng)總儲存能E為內(nèi)儲存能與外儲存能之和。對1kg質(zhì)量物體總儲存能為：特例：無宏觀運動且高度為零第二節(jié)系統(tǒng)與外界傳遞的能量一、熱量熱力學(xué)定義：對于沒有物質(zhì)流的系統(tǒng)，系統(tǒng)與外界之間只有熱和功的交換，熱量是除功以外另一種形式的能量傳遞熱量學(xué)定義：在溫差作用下系統(tǒng)與外界傳遞的能量熱量與內(nèi)能原則的區(qū)別：熱量只是與過程特性有關(guān)的過程量，不能說系統(tǒng)具有多少熱量二、功量熱力學(xué)定義：系統(tǒng)除溫差以外的其它不平衡勢差所引起的系統(tǒng)與外界之間傳遞的能量形式：多種多樣如膨脹功、軸功等1、膨脹功熱轉(zhuǎn)換為功的必要途徑定義：在壓力差作用下，由于系統(tǒng)工質(zhì)容積發(fā)生變化而傳遞的機(jī)械功閉口系統(tǒng)膨脹功通過系統(tǒng)界面?zhèn)鬟f開口系統(tǒng)的膨脹功是技術(shù)功的一部分，通過其它形式（如軸）傳遞容積變化是作膨脹功的必要條件非充要條件2、軸功定義：系統(tǒng)通過機(jī)械軸與外界傳遞的機(jī)械功

b圖為開口系統(tǒng)與外界傳遞的軸功W，內(nèi)燃機(jī)就是靠機(jī)械軸傳遞機(jī)械功的。軸功符號w：單位質(zhì)量工質(zhì)的軸功正功與負(fù)功規(guī)定：系統(tǒng)輸出軸功為正功系統(tǒng)輸入軸功為負(fù)功三、隨物質(zhì)流傳遞的能量開口系統(tǒng)與外界隨物質(zhì)流傳遞的能量包括兩部分：1、流動工質(zhì)本身具有的內(nèi)能、宏觀動能和重力位能2、流動功（或推動功）定義：為推動流體通過控制體界面而傳遞的機(jī)械功，是維持流體正常流動正常流動所必須傳遞的能量。

流動功是一種特殊的功，其數(shù)值取決于控制體進(jìn)出口界面工質(zhì)的熱力狀態(tài)四、焓及其物理意義是工質(zhì)的狀態(tài)參數(shù)對于理想氣體理想氣體的焓和內(nèi)能僅是溫度的單值函數(shù)焓的物理意義對于流動工質(zhì)，焓=內(nèi)能+流動功，即焓具有能量意義，表示流動工質(zhì)向流動前方傳遞的總能量（共四項）中取決于熱力狀態(tài)的那部分能量對于不流動工質(zhì)，焓僅是一個復(fù)合狀態(tài)參數(shù)第三節(jié)閉口系統(tǒng)能量方程一、閉口系統(tǒng)能量方程表達(dá)式系統(tǒng)儲存能中的宏觀動能和重力位能均不發(fā)生變化，熱力過程中系統(tǒng)總儲存能的變化等于系統(tǒng)內(nèi)能的變化根據(jù)熱力學(xué)第一定律建立能量方程能量方程適用與閉口系統(tǒng)任何工質(zhì)各種熱力過程可逆過程能量方程可逆過程能量方程以下二式僅適用可逆過程：閉口系統(tǒng)能量方程反映了熱功轉(zhuǎn)換的實質(zhì)，是熱力學(xué)第一定律的基本方程式，其熱量、內(nèi)能和膨脹功三者之間的關(guān)系也適用于開口系統(tǒng)二、熱力學(xué)第一定律在循環(huán)過程中的應(yīng)用工質(zhì)經(jīng)歷一個循環(huán)回復(fù)到初始狀態(tài)后，它在整個循環(huán)中從外界得到凈熱量等于對外作的凈功。循環(huán)工作的熱力發(fā)動機(jī)向外界不斷輸出機(jī)械功必須要消耗一定的熱能。三、理想氣體內(nèi)能變化計算定容比熱定義式理想氣體內(nèi)能計算式采用定值比熱計算時：采用平均比熱計算時：采用真實比熱計算時：第四節(jié)開口系統(tǒng)能量方程質(zhì)量守恒：進(jìn)入控制體的質(zhì)量－離開控制體的質(zhì)量＝控制體中質(zhì)量的增量能量守恒原理：進(jìn)入控制體的增量－控制體輸出的能量＝控制體中儲存能的增量進(jìn)入控制體的能量離開控制體的能量控制體儲存能變化：根據(jù)熱力學(xué)第一定律建立能量方程對不穩(wěn)定流動和穩(wěn)態(tài)穩(wěn)流，可逆與不可逆過程都適用，也能適用于閉口系統(tǒng)（m1=m2=0）閉口系統(tǒng)工質(zhì)的動能和位能沒有變化dE＝dU，故得：第五節(jié)開口系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)穩(wěn)流能量方程一、穩(wěn)態(tài)穩(wěn)流能量方程表達(dá)式穩(wěn)態(tài)穩(wěn)流工況：系統(tǒng)內(nèi)部及界面上各點工質(zhì)的狀態(tài)參數(shù)和宏觀運動參數(shù)都保持一定，不隨時間變化。穩(wěn)態(tài)穩(wěn)流工況特征：1、同一時間內(nèi)進(jìn)、出控制體界面及流過系統(tǒng)內(nèi)任何斷面的質(zhì)量均相等

2、同一時間內(nèi)進(jìn)入控制體的能量和離開控制體的能量相等，控制體內(nèi)能量保持一定開口系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)穩(wěn)流能量方程表達(dá)式：二、技術(shù)功定義：熱力過程中可被直接利用來做功的能量穩(wěn)態(tài)穩(wěn)流能量方程可寫成穩(wěn)態(tài)穩(wěn)流可逆過程技術(shù)功是過程量，其值取決于初、終態(tài)及過程特征若不考慮工質(zhì)動能和位能的變化，技術(shù)功等于軸功三、理想氣體的焓變計算對于定壓過程對理想氣體對實際氣體只適用于計算定壓過程焓的變化實際工程中求焓的方法按定值定壓比熱計算：按平均定壓比熱計算：按真實定壓比熱計算：理想氣體組成的混合氣體焓值的計算

只有當(dāng)混合氣體的組成成分一定時，混合氣體單位質(zhì)量的焓才是溫度的單值函數(shù)第六節(jié)穩(wěn)態(tài)穩(wěn)流能量方程的應(yīng)用一、動力機(jī)利用工質(zhì)在機(jī)器中膨脹獲