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工程热力学第三章62969-33页PPT资料

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工程热力学幻灯片(3、4、5章上) (2)

工程热力学幻灯片(3、4、5章上) (2)
2
第二节
系统储存能
一、内能：储存于系统内部的能量
内能
说明：
分子动能（直线移动、 转动、振动） （温度的函数） 分子位能（内位能）（比容的函数） 核能 u f (T , v) 化学能
理气 u f (T )
内能是状态量。理气的内能是温度的单值函数 U : 广延参数 [ kJ ] u : 比参数 [kJ/kg] 内能总以变化量出现，内能零点人为定
第三章 热力学第一定律
1
第一节 热力学第一定律的实质
本质：能量转换及ห้องสมุดไป่ตู้恒定律在热过程中的应用
能量既不可能创造，也不可能消灭， 只能从一种形式转换成另一种形式。在转 换中，能的总量不变。
第一类永动机是不可能制成的。它是 一种不供给能量而能永远对外作功的机器。 基本能量方程式： 进入系统的能量 - 离开系统的能量 = 系统储存能的变化量
36
2、动、位 能变化量 0
三、换热设备
h1
热流体 冷流体
蒸发器、冷凝器 锅炉、凝汽器
h2 没有作功部件：
h1’
h2’
热流体放热量：
焓变
冷流体吸热量：
37
四、绝热节流
管道阀门
膨胀阀、毛细管
没有作功部件： 绝热：
h1
h2
绝热节流过程前后h不变，但h不是处处相等 38
蒸汽轮机静叶 五、喷管和扩压管 压气机静叶 喷管目的： 压力降低，速度提高 扩压管目的： 速度降低，压力升高
q = du + pdv q = u + pdv
Q = dU + pdV Q = U + pdV
11
二、循环过程
T
2

工程热力学课件-3

工程热力学课件-3

• 6、绝热节流 h2 h1
• 例3-5、3-7
- mout(u + c2/2 + gz)out - Wnet = dEcv
推动功的表达式
推进功（流动功、推动功）
W推 = p A dl = pV p w推= pv
注意： 不是 pdv v 没有变化
A p V
dl
对推动功的说明
1、与宏观流动有关，流动停止，推进功不存在 2、作用过程中，工质仅发生位置变化，无状态变化 3、w推＝pv 与所处状态有关，是状态量 4、并非工质本身的能量（动能、位能）变化引起， 而由外界做出，是流动工质所携带的能量
qv dvucvdT
2
u cv dT
1
理想气体：u=f(T) cv du/dT
适用于理想气体一切过程或者实际气体定容过程 用定值比热计算:
ucV(T2T1)ຫໍສະໝຸດ 用平均比热计算 :t2
t2
t1
ucvd tcvd tcvd tcvm t0 2t2cvm t0 1t1
kJ 或 kcal 且l kcal=4.1868kJ 特点:
是传递过程中能量的一种形式，与热力过程有关
功
定义: 种类:
除温差以外的其它不平衡势差所引起 的系统与外界传递的能量.
1．膨胀功W： 在力差作用下，通过系统容积变化与外界传递的能量。
膨胀功是热变功的源泉 单位：l J=l N.m
规定: 系统对外作功为正，外界对系统作功为负。
2． 流动功(或推动功)
为推动流体通过控制体界面而传递的机械功.
流动功计算公式的推导：
Wf pfds fdsVvdm
Wf pvdmpvmpV wf pv
m

工程热力学第三章

工程热力学第三章
A B
作业题、 作业题、例题
q = dw + du q = vdp + ∆u
Q = ∫ pdv + ∆H
1 2 Q = ∆h + ∆c + gdz + w 2 1 2 q = ∆h + (c2 − c1 ) + g ∆z + wt 2
Байду номын сангаас
2.说明下列公式的适用条件 2.说明下列公式的适用条件
δ q = du + pdv δ q = dh − vdp
1 2 1 2 δ Q = (h2 + c2 + gz2 )δ m2 − (h1 + c1 + gz1 )δ m1 + δ Ws + dEcV 2 2
五、开口系统稳态稳流能量方程
Q = Wt + ∆H q = wt + ∆h
δ Q = δ Wt + dH δ q = δ wt + dh
各方程的适用条件 1 2 技术功 wt = ∆c + g ∆z + ws
第三章 热力学第一定律 一、热力学能和总能 1.热力学能 1.热力学能 掌握热力学能是状态参数、单位、符号、 掌握热力学能是状态参数、单位、符号、 2.总能 2.总能 1
E = U + mc 2 + mgz 2 1 2 e = u + c + gz 2
二、系统与外界传递的能量 1.热量 1.热量 2.功量 2.功量
• •
5.流体的混合 5.流体的混合 m1 h1 + m2 h2 = (m1 + m2 )h3 6.绝热节流 6.绝热节流
h1 = h2

工程热力学第三章_第7节剖析

工程热力学第三章_第7节剖析
系统体积变化完成的膨胀功或压缩功，是热变功的源泉 体积变化功与其它能量形式间关系—机械能转换
系统对外作功， Ws >0 对系统作功， Ws <0
功量
3. 推动功和流动功Wf 开口系因工质流动而传递的功---推动功
相当于一假想活塞为把前方的工质推进或退出系统
所作的功，大小为 pV。只在工质流动时才有。
显能，显热 潜能，潜热
储存能——系统储存的能量=内部储存能+外部储存能
热力学能
状态参数
Q
W
一般的，对于气体，热力学能包括显能与潜能
比热力学能
外部储存能（macroscopic forms of energy）
1.宏观动能
Ek
1 2
mc2
2.重力位能
Ep mgz
外部存储能 机械能
系统的总能
系统的总能＝内部储存能+外部储存能
Wu =W- p0ΔV
p
如果过程为可逆过程：
在进行热二律分析时非常有用
焓及其物理意义
流动工质传递的能量：
e u 1 c2 gz pv u pv 1 c2 gz
2
2
定义为焓h
h＝u+pv H＝U+pV
取决于物质的热力状 态，与是否流动无关
焓是流动工质传递的总能量中取决于热力状态的部分， 如果动能和位能可以忽略，则焓代表随流动工质传递的 总能量
H
例题2
解： （1）确定空气的初始状态参数，p，v，T （2）拿去重物后，空气的终止状态参数 充分与外界进行热交换 内外压力温度相等
（3）闭口系统能量方程
例题3
一闭口系统从状态1沿1-2-3途径到状态3，传递给外界的热 量为47.5kJ，而系统对外作功为30kJ，如图示。

工程热力学第三章气体和蒸汽的性质ppt课件

工程热力学第三章气体和蒸汽的性质ppt课件

标准状态下的体积流量：
qV 0 Vm0qn 22.4103 288876 6474.98m3 / h
☆注意：不同状态下的体积不同。
3-2 理想气体的比热容
1、比热容的定义 ■比热容 c（质量热容）(specific heat)
1kg物质温度升高1K所需的热量， c q / dT J / (kg K)
(T 1000
)2
C3
(T 1000
)3
见附表4（温度单位为K）。
qp
T2 T1
cpdT
qV
T2 T1
cV
dT
说明：此种方法结果比较精确。
（2）平均比热容表
c
t2 t1
q t2 t1
q
t2 cdt
t1
t2 cdt
0℃
t1 cdt
0℃
c
t2 0℃
t2
c
t t1
0℃ 1
平均比热容 c t0℃的起始温度为0℃，见附表5（温
3-1 理想气体的概念
1、理想气体模型(perfect gas, ideal gas) ■理想气体的两点假设
理想气体是实际上并不存在的假想气体。 假设： （1）分子是弹性的、不占体积的质点（与空间相比） （2）分子间没有作用力。（分子间的距离很大） ■作为理想气体的条件
气体 p 0 ，v ，即要沸点较低、远离液态。
■比定压热容c p 和比定容热容 cV 比定压热容(specific heat at constant pressure)：定压
过程的比热容。
比定容热容(specific heat at constant volume)：定容过
程的比热容。
●可逆过程

工程热力学第三章lm——工程热力学课件PPT

工程热力学第三章lm——工程热力学课件PPT

a c
Q w
Q w 0
2
V
状态参数的积 分特征
积分是否与路径无关
热力学能是状态参数
对循环1-a-2-c-1，有：
( Q W ) ( Q W ) 0
1a 2
2 c1
对循环1-b-2-c-1，有：
( Q W ) ( Q W ) 0
1b 2
2 c1
( Q W ) ( Q W )
理想气体热力学能变化计算
定容过程 理想气体
qv
u
duv
f T
cv dTv
cv
du dT
cv
uu cvdT 或 u 1 cvdT
Cv 平均比热 真实比热
混合气体
n
U Ui i 1
n
mu miui i 1
n
u giui i 1
例题
门窗紧闭的房间内有一台运行的电冰 箱，若敞开冰箱门就有一股凉气扑面， 有人就想通过敞开冰箱大门达到降低 室温的目的，请用热力学第一定律分 析此方法是否可行？
Wf = p A dl = pV wf= pv
流动功是一种特殊的功，大小取 决于控制体进出口界面的热力状 态，与热力过程无关。
对流动功的理解
1.与宏观流动有关，流动停止，流动功不存在 2.作用过程中，工质仅发生位置变化，无状态变化
3.Wf＝pv与所处状态有关，是状态量
4.并非工质本身的能量（动能、位能）变化引起，而 由外界（泵与风机）做出，流动工质所携带的能量
1.宏观动能
Ek
1 mc2 2
2.重力位能
Ep mgz
外部存储能 机械能
系统的总能
系统的总能＝内部储存能+外部储存能
E U Ek E p

工程热力学第3章课件

生
沸腾：液体表面和内部的汽化过程，只能在达到沸
点温度时才发生
汽化速度的大小取决于液体温度的高低
液化 物质从气态变为液态的相变过程，也称为凝结，液
化与汽化是物质相变的两种相反过程 凝结速度的大小取决于蒸汽的压力
饱和状态
水蒸气在密闭容器中，汽、液两相平衡共存的状 态．此时的平衡共存其实是一种汽化速度和凝结速度相 等的动态平衡．处于饱和状态的蒸汽为饱和蒸汽，液态 水为饱和水．
定容比热容(cv)：在定容情况下，单位质量的气体，温 度升高1K所吸收的热量
q du pdv,q dh vdp dv 0
cV
q dT v
du pdv dT v
u T v
cv
du dT
理想 气体
定压比热容（cp）：在定压情况下，单位质量的气体,温
度升高1K所吸收的热量
工质处于饱和状态时的压力和温度分别称为饱和压 力与饱和温度.饱和温度和饱和压力是一一对应的关 系，饱和压力愈高，对应的饱和温度也愈高．
➢ 水蒸气的定压产生过程
工程上所用的水蒸气是由锅炉在压力不变的情况下 产生的，水蒸气的发生过程，即是水的定压汽化过程． 在此过程中，工质会经过三个阶段、五种状态的变化．
➢ 理想气体的比热容
一．热容的定义及单位
物体温度升高1K所吸收的热量，用C表示,单位
J/K
C Q dT
分类：
质量比热：单位质量物质的热容量，用c表示，单位为 J/(kg·K)；
摩尔比热：单位mol物质的热容量，用cm表示，单位为 J/(mol·K)；
体积比热：标准状态下1m3物质的热容量，用c’表示， 单
t1
t2
q cdT
q c t2 t1
t2

《工程热力学》第三章-工质的热力性质(分析“温度”文档)共131张PPT


3.3.2 理想气体的比热容
一般工质：
cv
u T
v
cp
h T
p
理想气体： ducvdT dhcpdT
cv
du dT
cp
dh dT
c p d d T h d u d T p v d u d T R T c v R
所以 cp cv R
相应 cp,mcv,mRm
——迈耶公式
所以
各组分分容积Vi与总容积V的比值称为该组分的容积成分ri ，即
R——气体常数 ● Z－(pr，Tr)图
★ 湿蒸汽区——等温线 汽-液共存区的湿蒸汽实际上是饱和液体和干饱和蒸汽的混合物。
◆ 摩尔成分（摩尔分数）yi 从纯物质的热力学面可以看出，纯物质有：
RR kJ/kg K 以第二个式子为例，取基准温度mT0
热容见224、225页的附表4和5。
若已知 c p
、c t 1
0
p
t2 0
而 t t1,t2
，则用插入法
cp
t 0
cp
t1 0
cp
t2 0
cp
t2t1
t1 0
•
tt1
◆ 利用气体热力性质表中的h，u计算
若已知气体在各温度下的内能和焓值，即可方 便地算出△u、△h 。
uu(T 2)u(T 1) hh(T 2)h(T 1)
223页附表3常用气体的临界状态参数值372临界状态是各物质的共性每种物质的临界参数不同以临界点作为描述物质热力状态的一个基准点从而构造出无因次状态参数对比参数对比压力对比温度对比比体积以对比参数表示状态方程对比态方程凡是遵循同一对比态方程的任何物质如果其中有两个对应相等则另一个也对应相等这些物质也就处于相同的对应状态这就是对比态定律

工程热力学第三章课件


四、焓（ Enthalpy ）及其物理意义
1 2 流动工质传递的总能量为：U mc mgz pV ( J ) 2 1 2 或 u c gz pv （J/kg） 2
焓的定义：h = u + pv H = U + pV
对理想气体：
( J/kg ) (J)
h = u + pv = u + RT＝f(T)
表面张力功、膨胀功和轴功等。 1.膨胀功（容积功）
无论是开口系统还是闭口系统，都有膨胀功；
闭口系统膨胀功通过系统界面传递，开口系统的膨胀 功是技术功的一部分，可通过其它形式（如轴）传递。 系统容积变化是做膨胀功的必要条件，但容积变化不 一定有膨胀功的输出。
2.轴功
系统通过机械轴与外界传递的机械功称为轴功。
第三节 闭口系统能量方程
一、闭口系统能量方程表达式 Q = dU + W (J)
Q = U + W (J)
Q W
q = du + w (J/kg)
q = u + w (J/kg)
对闭口系统而言，系统储存 能中的宏观动能和宏观位能 均不发生变化，因此系统总 储存能的变化就等于系统内 能的变化。即 ΔE= ΔU=U2-U1
p
3 4
2
1
v
对整个循环：∑∆u=0 或
du 0
因而q12 ＋ q23 ＋ q34 ＋ q41 ＝ w12 ＋ w23 ＋ w34 ＋ w41
即
q w
三、理想气体热力学能变化计算
对于定容过程， w = 0，于是能量方程为：
q v = duv=cvdTv
u cV ( )V T
1 2 1 2 Q (h2 c2 gz 2 )m2 (h1 c1 gz1 )m1 Ws dECV 2 2

工程热力学第五版(第三章)


q
dp 0
dh vdp dh 稳流开口系统： c p dT dT dT
若为理想气体： h u
q
pv u Rg T f h T
cp、h都是温度的函数
14
dh 故 cp dT
c p f T
dh c p dT
4. cp- cV
dh du d u pv du c p cV dT dT d u RgT du Rg dT
u u T , v
( A)
u u du dT dv T v v T
代入式（A）得
dv u u c p T v v T dT
比热容的一般表达式
12
2. cV
0
定压
b与c温度相同，均为(T+1)K
uab uac vc va
而
p vc va 0
即q p qv
q p c p Tc Ta c p T 1 T c p qv cV Tb Ta cV T 1 T cV c p cV
定容过程 dv=0 若为理想气体:
u cV T v
u u (T )
du u cv T v dT
且：
cv f (T )
温度的函数
du cv T fu (T )
温度的函数
13
3. cp
定压过程 p=常数 或 dp=0
du pdv d (u pv ) dh cp dT dT dT dT
i CV ,m R (i 自由度） 2 i2 C p ,m R 2 i2 i
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3.稳定流动过程
qh1 2c2 f gzwS
QH1 2m c2 f mzgW S
qd h1 2d2 fcgdzwS
QdH 1 2m2 fdm c gdW S z
引入技术功概念 :
qhwt QHWt qdhwt qdhwt
对于可逆过程 :
q
2
h1 vdp
QdHVdpqdhvdp
2
QH1 Vdp
复杂的工程实际问题抽象成热力学模型
第一节 热力学第一定律的实质
一、实质：能量守恒与转换定律在热力学中的应用
二、第一定律的表述 当热能与其他形式的能量相互转化时，能的总量保持不变。
第一类永动机是不可能制造成功的。 三、系统的能量平衡关系 输入系统的能量—系统输出的能量=系统储存能量的变化
能量： 传递中的能量---功和热量----过程量 储存的能量----内部和外部状态参数决定---状态量
qh2h11 2(c2 f2c2 f1)ws
1.换热器：如锅炉、冷凝器等
2.喷管和扩压管
3.产生功的装置：如蒸汽轮机、燃气轮机
4.消耗功的装置：如泵、压缩机
5.节流装置：如膨胀阀
有用功为：
Wu WP0V
可逆过程，则：
2
Wu 1 pdvP0V
二、热量 1.定义：热量是除功以外，通过边界系统与外界之间传
递的能量。 热量是过程量；热能是状态量。
2.符号规定：系统从外界吸热为正；Q>0
系统向外界放热为负。Q<0
3.单位：J、kJ
4.热源：与系统只发生热的相互作用的外界，称为热源
热量是不规则运动的能量传递方式； 功是规则运动的能量传递方式。
三、焓
1.定义：H=U+pV 2.单位：J 3.比焓：1kg工质的焓称为比焓，用h表示。
h＝ u ＋ pv 比焓＝ 热力学能＋推动功
第四节 热力学第一定律的能量方程式
进入系统的能量－离开系统的能量＝系统储存能的增加 1.闭口系统
QUW QdUWquw qduw
流动过程中，系统与外界由于物质的进出而传递的机械功。
5.技术功 技术上可以利用的功称为技术功，用WS表示。
Wt 1 2mc2f＋ m gzWS
wt 12c2f＋gzwS
若动能、位能变化很小
wt wS
6.有用功和无用功
凡是可以用来提升重物、驱动机器的功统称为有用功， 用Wu表示，反之，则称无用功。
1
1
可逆过程膨胀功可以用p-v图上过程
p
曲线与v轴所围面积表示。
可逆过程对外做的膨胀功最大。
功是过程量
dv 0时 ,w0 dv 0时 ,w0
dv 0时 ,w0
Ff
p
pout
1 A
dx
c
B
p
2
4
dv 3 v
图 1 封闭系统的膨胀功
2. 体积功：工质体积改变时所做的功
膨胀功 压缩功
❖ 系统容积变化是作膨胀功的必要条件 。
可逆过程
2
QU1
pdV
QdUpdVq
2
u1
pdvqdupdv
循环
QW
2.开口系统
Q dC E V
j
(h c 2 2 f g )oz u m o t uit
(h c 2 2 f g )i z n m i nW S
❖ 开口系统能量方程的一般形式，适用于任何工 质、任何过程，可以简化成各种不同的形式。
Adx dv为比体积变化。
wv pAdxpdv
wpAdF xfdx
p
w P dF fv d xw v F fd x
p
1 A
Ff pout
dx
若Ff 0，即可逆过程
则w pdv
p
2
4
dv 3 v
图 1 封闭系统的膨胀功
2
w Pdv
1
P f (v)
2
2
wPdvf(v)dv面1积 A2341
❖ 外表面被很好的绝热 ❖ 有效传热面积很小 ❖ 系统与外界温差很小 ❖ 工质流过开口系非常迅速
作绝热处理ｑ＝0
❖除气流速度改变比较剧烈的设备，动、位能差取零。 ❖简单可压缩系，设备中无活塞、转轴类作功部件，
闭口系能量方程中的功项取零 开口系能量方程中的轴功项取零
第五节 稳定流动能量方程的应用
qh1 2c2 f gzwS 开口系统的典型设备:
第二节 系统的储存能量
储存能量：
内部储存能---系统本身(内部)的状态
外部储存能---重力场和系统整体运动
一、内部储存能—热力学能
内能：是气体内部所具有的分子动能与分子位能的总和。
包括：1.分子直线运动的动能； 2.分子旋转运动的动能；
内动能
3.分子内部原子和电子的振动能；
4.分子间的势能；
内势能
稳定流动：开口系内任意一点的工质状态参数不随时间 变化的流动过程。
❖ 实现的必要条件： ▪ 进出口截面的参数不随时间而变； ▪ 系统于外界交换的功量和热量不随时间变化； ▪ 工质的质量流量不随时间而变，且进出口处的质量流
量相等，即qm1=qm2=qm=const
系统与外界进行的物质和能量的交换不随时间而变。
一、功
2
力学中功的定义： w Fdx
1. 热力学定义：
1
wFdx
当封闭系统通过边界，和外界之间发生相互作
用时，如外界的唯一效果是升起重物，则系统
对外界作了功，如外界的唯一效果是降低重物，
则外界对系统作了功。
w>0 系统对外作功 w<0 外界对系统作功
功是过程量 单位：J、kJ
wpouAt dx
分子运动的平均动能和分子间势能称为“热力学能”
符号：U(mkg质量气体的内能) u (1kg质量气体的内能)
单位：kJ
kJ/kg
u=U/m
u=f(T,v) u=f(T,v) 或 u=f(p,v)
热力学能也是气体的状态参数
二、外部储存能
1.宏观动能
系统作为一个整体，相对于系统以外的参考坐标，因
宏观运动二具有的能量，称为宏观动能，简称动能，
用Ek表示。 2.重力势能
Ek
1 mcf 2 2
Байду номын сангаас
系统由于重力场的作用而具有的能量称为重力势能，简
称势能，用Ep表示。.
Ep mgz
三、系统的总储存能（总能）
单位质量
E=U+ Ek+Ep e=u+ ek+ep
对于没有宏观运动，并且高度为零的系统
E＝U或e＝u
第三节 系统与外界传递的能量
封闭系统，传递的能量有两种：功和热量
隔板
图4 自由膨胀
3. 轴功：系统通过机械轴与外界传递的机械功。用Ws表 示
刚性闭口系统不能向外界输出膨胀功
4.推动功和流动功 开口系统因工质流动而传递的功称为推动功。其值为pv。
pA lpVmpv
注意：推动功只有在工质移动位置时才起作用。
流动功： Wf＝p2V2－p1V1 或 wf＝p2v2－p1v1 ⊿(pv)= p2v2-p1v1