02第二章 热一律2-1热力学第一定律的实质及表达式

6
δWtot
δmi ei
δQ
E
δm j e j
E+dE
δQ = dE + ⎡Σ ( ej δmj ) −Σ ( eiδmi ) ⎤ + δWtot ⎣ ⎦
或
τ
τ + dτ
Q = ΔE + ∫ ⎡Σ( ej δmj ) −Σ( eiδmi ) ⎤ +Wtot ⎦ τ1 ⎣
τ2
dE Φ= + ⎡Σ ( ej qmj ) −Σ ( ei qmi ) ⎤ + P ⎣ ⎦ tot dτ
二、总（储存）能(total stored energy of system) 热力学能，内部储存能
E =U+Ek +Ep
宏观动能 宏观位能 总能 外部储存能
e =u+ek +ep
3
外部储存能 宏观动能：质量为m的物体以速度cf运动时，该物 体具有的宏观运动动能为：
1 2 Ek = mc f 2
重力位能：在重力场中质量为m的物体相对于系统 外的参数坐标系的高度为z时，具有的重力位能为：
1 2 q − Δu = Δc f + gΔz + Δ( pv ) + wi 2
维持工质流动所需的流动功
21
稳定能量方程的物理意义：工质在状态变化过程 中，从热能转变而来的机械能总和等于膨胀功。 技术功：技术上可资用的功，其数学表达式为：
由
1 2 wt = wi + Δc f + gΔz 2 q − Δu = w
E p = mgz
4
宏观动能与内动能的区别
三、热力学能是状态参数∂U ⎞ ⎛ ∂U ⎞ dU = ⎜ ⎟ dT + ⎜ ⎟ dV = cV dT + ⎢T ⎜ ⎟ − p ⎥ dV ⎝ ∂T ⎠V ⎝ ∂V ⎠T ⎣ ⎝ ∂T ⎠V ⎦

33
流入： 流出：
qm1

h1

1 2
cf21

gz1


qm2

h3

1 2
cf23

gz3

qm1

h2

1 2
cf22

gz2


qm2

h4

1 2
cf24

gz4

与外界无功和热量交换
系统内增加： 0
若忽略动能差、位能差，方程为：
h4
不花费能量就可以产生功的第一类永动机是 不可能制造成功的。
3
2–2 热力学能和总能
一、热力学能(internal energy)
Uch－化学能
U
Unu－原子核能 平移动能
Uth
Uk
转动动能 振动动能
f1 T
U U (T, v)
Up— 内位能 f 2 T , v
在无化学反应及原子核反应的过程中，化学能和原子 核能都不变化，可以不考虑，热力学能的变化只是内位能 和内动能的变化。
12
二、开口系统能量方程
工质流进（出）开口系统时，必将其本身所具有的各种 形式的能量，带入（出）开口系统。因此，开口系统除了 通过作功与传热的方式传递能量外，还可以借助物质的流 动来转移能量。 分析开口系统时，除了能量平衡外，还必须考虑质量平衡：
13
1. 推动功（Flow work）
因工质出、入开口系统 而传递的功，叫推动功（推 进功） 。
36
外部储存能包括宏观动能和重力位能，它们的大 小要借助在系统外的参考坐标系测得的参数来表示。

13
对于单位质量工质, 对于单位质量工质,
1 2 q = h + cf + g z + ws 2
以上两式称为开口系统的稳定流动能量方程. 以上两式称为开口系统的稳定流动能量方程. 开口系统的稳定流动能量方程 对于微元过程 ,稳定流动能量方程写成
1 2 δQ = dH + mdcf + mgdz + δWs 2 1 2 δq = dh + dcf + gdz + δws 2
2
热力学能 宏观动能, 宏观动能,宏观位能
比热力学能: 比热力学能: 符号: 单位质量工质的热力学能 .符号:u;单 kJ/kg.比热力学能是状态参数. 位:J/kg 或kJ/kg.比热力学能是状态参数. 气体工质的比热力学能可表示为
u = f (T , v)
任何状态下系统热力学能的数值不可能为 零.由于在工程热力学中只计算工质在状态变 化中的热力学能的变化量, 化中的热力学能的变化量,因此热力学能的零 点可以人为地规定, 例如, 通常取0 点可以人为地规定 , 例如 , 通常取 0K 时气体 的热力学能为零. 的热力学能为零.
第二章 热力学第一定律
热力学第一定律就是一切热力过 程所必须遵循的能量转换与守衡定律. 程所必须遵循的能量转换与守衡定律 . 本章重点阐述热力学第一定律的实质 与数学描述, 与数学描述 , 为热力过程计算奠定理 论基础. 论基础.
1
2-1 热力系统的储存能
热力系统储存能 1. 热力学能 不涉及化学变化和核反应时的物质分子热 运动动能和分子之间的位能之和(热能) 运动动能和分子之间的位能之和(热能). 热力学能符号: 热力学能符号:U,单位:J 或kJ . 单位:

闭口系：能量传递只有传热 作功两种 对许多闭口系统而言， 传热和 两种； ●对闭口系：能量传递只有传热和作功两种；对许多闭口系统而言，动 均无变化，无流动功。 能 Ek 位能Ep均无变化，无流动功。 对开口系 传热、作功、流动功。 口系： ●对开口系：传热、作功、流动功。
●闭口热力系统总储存能的变化： △E=△U=U2-U1 闭口热力系统总储存能的变化：
热力学第一定律： 热力学第一定律： Q －W=△E=△U 或 Q =△U+ W
Q
W
一、闭口系统能量方程式
Q = U + W 一 δQ = dU + δW
般 式 q = u + w
Q
W
δq = du + δw δq = du + pdv
2
单位工质
适用条件： ） 适用条件：1）任何工质 2) 任何过程
●过程量
符号w ●符号
轴功
●定义 ●符号 ●实例
系统通过机械轴与外界传递的机械功 ws 规定系统输出轴功为正，输入为负 规定系统输出轴功为正， ws
…………… …………… …………… …………… ……………
ws
闭口系统
开口系统
2-4 焓enthalpy
流动工质传递的总能量 pV + U + 0.5mc2 + mgz h= u + pv 定义焓： 定义焓：H=U+ pV 单位： 单位： J（kJ） kJ） J/kg（kJ/kg） J/kg（kJ/kg） 对理想气体：h=u+pv=u+RT=f( ●H是状态参数 ，对理想气体：h=u+pv=u+RT=f(T) 是 H为广延参数 h为比参数 ● H为广延参数 H=U+pV= m(u+pv)= mh， h为比参数 物理意义： ●物理意义：