热工基础电子教案(2).ppt

第二章:热力学基本定律
热力学第一定律说明了功热变换的数量关系.
第二定律说明了能量不但有数量关系还有品质关系.
热力学第一定律
. 第一定律的实质
蒸汽机发明之后,功与热如何转换,转换的数量关系如何,吸引了许多科学家研究。
最有名的焦耳-汤母逊实验。
做功使系统温度升高,散热使系统平衡,发现在热力过程中,热功总量是不变的,热可以变成功,功可以变为热。
热力学第一定律的实质即能量守恒定律。是能量守恒定律在热力学过程中的具体应用。可表述为:热力学过程中,功与热可以互相转换,但能量总和守恒。
第一类永动机是造不成的。
(热力学能)
能量守恒一般可写成:
进入系统的能量—流出系统的能量= 系统内部能量的增量
对于一个封闭系统闭循环过程
称为系统的内能,也称系统的热力学能。
内能(热力学能)——工质微观粒子所具有的能量,包括:内动能,内位能。
对简单可压缩系统:
内动能——与温度T有关
内位能——与分子间距有关(d)
因此:U=U(T,v) 单位: kJ, J
内能是状态参数;单位质量工质的内能称比内能(强度量)
(kJ/kg)
有了内能这个状态参数之后,就或写出闭系的能量守恒定律表达式:
(第一定律的表达式)
一个气缸活塞系统是一个典型的闭口系统
如果给气缸供热:dQ
活塞移动对外做功:dW
活塞内气体增加的内能为:dU
由能量守恒定律得:
dx
p
pb
A
对于可逆过程dw=pAdx=p dV
∴ dQ = dU + p dV
系统总能量
在参考坐标系中,热力系作为一个整体,由于宏观运动速度不同,或在重力场中高度变化,而储有外部能量。
外部能量包括宏观动能:
重力位能:
系统总能量是内部能量与外部能量之和
对单位工质:
一般情况下,只有内能,但在高速(如喷管)和高位情况下要考虑内外能。
考虑了外能及内能作为总能之后,第一定律表达式为:
上式对任意系统都成立,是能量守恒定律的具体运用。
稳定流动系统的能量方程
稳定流动系统是指热力系内各点参数不随时间变化的系统。
特征:①进出口工质状态不随时间变化;
②进出口工质流量相等;
③与外界交换能量的速率不随时间
变化。
(1)推动功、流动功
考察如下图的一个稳定流动系统
(外界对系统作功为负)
m1 V1 p1
m2 V2 p2
F1
F2
Q
开口系
A1,L1
A2,L2
把V1m1的流体压入系统,外界要做功(推动功)
同理,系统要将V2m2这段气体推出系统,要做功
进出口推动功(推功流体流动外界所需要的做的功)之和为流动功,是维持流动所需的。