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(gè)系統(tǒng)轉(zhuǎn)移到另一個(gè)系統(tǒng)，而其總量保持恒定

－第一類永動(dòng)機(jī)不可能實(shí)現(xiàn)的原因第一節(jié)系統(tǒng)儲(chǔ)存能內(nèi)能（內(nèi)儲(chǔ)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(yùn)動(dòng)形式有關(guān)外儲(chǔ)存能：取決于系統(tǒng)工質(zhì)與外力場(chǎng)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(yùn)動(dòng)所具有的能量（宏觀動(dòng)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?yàn)閜、v、T存在一定關(guān)系二、外儲(chǔ)存能1、宏觀動(dòng)能2、重力位能三、系統(tǒng)總儲(chǔ)存能E為內(nèi)儲(chǔ)存能與外儲(chǔ)存能之和。對(duì)1kg質(zhì)量物體總儲(chǔ)存能為：特例：無(wú)宏觀運(yùn)動(dòng)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(duì)于沒(méi)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(guò)程特性有關(guān)的過(guò)程量，不能說(shuō)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(shì)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(guò)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(guò)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(guò)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(hào)w：?jiǎn)挝毁|(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(dòng)工質(zhì)本身具有的內(nèi)能、宏觀動(dòng)能和重力位能2、流動(dòng)功（或推動(dòng)功）定義：為推動(dòng)流體通過(guò)控制體界面而傳遞的機(jī)械功，是維持流體正常流動(dòng)正常流動(dòng)所必須傳遞的能量。

流動(dòng)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(duì)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(duì)于流動(dòng)工質(zhì)，焓=內(nèi)能+流動(dòng)功，即焓具有能量意義，表示流動(dòng)工質(zhì)向流動(dòng)前方傳遞的總能量（共四項(xiàng)）中取決于熱力狀態(tài)的那部分能量對(duì)于不流動(dòng)工質(zhì)，焓僅是一個(gè)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(chǔ)存能中的宏觀動(dòng)能和重力位能均不發(fā)生變化，熱力過(guò)程中系統(tǒng)總儲(chǔ)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(guò)程可逆過(guò)程能量方程可逆過(guò)程能量方程以下二式僅適用可逆過(guò)程：閉口系統(tǒng)能量方程反映了熱功轉(zhuǎn)換的實(shí)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(guò)程中的應(yīng)用工質(zhì)經(jīng)歷一個(gè)循環(huán)回復(fù)到初始狀態(tài)后，它在整個(gè)循環(huán)中從外界得到凈熱量等于對(duì)外作的凈功。循環(huán)工作的熱力發(fā)動(dòng)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(jì)算定容比熱定義式理想氣體內(nèi)能計(jì)算式采用定值比熱計(jì)算時(shí)：采用平均比熱計(jì)算時(shí)：采用真實(shí)比熱計(jì)算時(shí)：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(chǔ)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(chǔ)存能變化：根據(jù)熱力學(xué)第一定律建立能量方程對(duì)不穩(wěn)定流動(dòng)和穩(wěn)態(tài)穩(wěn)流，可逆與不可逆過(guò)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(dòng)能和位能沒(méi)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(diǎn)工質(zhì)的狀態(tài)參數(shù)和宏觀運(yùn)動(dòng)參數(shù)都保持一定，不隨時(shí)間變化。穩(wěn)態(tài)穩(wěn)流工況特征：1、同一時(shí)間內(nèi)進(jìn)、出控制體界面及流過(guò)系統(tǒng)內(nèi)任何斷面的質(zhì)量均相等

2、同一時(shí)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(guò)程中可被直接利用來(lái)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(guò)程技術(shù)功是過(guò)程量，其值取決于初、終態(tài)及過(guò)程特征若不考慮工質(zhì)動(dòng)能和位能的變化，技術(shù)功等于軸功三、理想氣體的焓變計(jì)算對(duì)于定壓過(guò)程對(duì)理想氣體對(duì)實(shí)際氣體只適用于計(jì)算定壓過(guò)程焓的變化實(shí)際工程中求焓的方法按定值定壓比熱計(jì)算：按平均定壓比熱計(jì)算：按真實(shí)定壓比熱計(jì)算：理想氣體組成的混合氣體焓值的計(jì)算

只有當(dāng)混合氣體的組成成分一定時(shí)，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(dòng)力機(jī)利用工質(zhì)在機(jī)器中膨脹獲