1、熱力學第一定律熱力學第一定律 1-1 熱力學第一定律的實質 1-2 熱力學能（內能）和總能1-3 熱力學第一定律的基本表達式1-4 閉口系基本能量方程式1-5 開口系能量方程式1111 熱力學第一定律的實質熱力學第一定律的實質 一、第一定律的實質一、第一定律的實質 能量守恒與轉換定律能量守恒與轉換定律在熱現象中的應用在熱現象中的應用。 自然界中的一切物質都 具有能量，能量不可能被創造也不可能被消滅，但可以從一種形態轉變為另一種形態，在轉化過程中能量的總量保持不變。12 12 熱力學能（內能）和總能熱力學能（內能）和總能一、熱力學能一、熱力學能UU UchchU UnunuU UththU Uk

2、 k平移動能平移動能轉動動能轉動動能振動動能振動動能 Tf1U Up p（分子間相互作用力）（分子間相互作用力）vTf,2),(vTUU 二、總（儲存）能二、總（儲存）能kpkpE U E Ee u e e 總能總能熱力學能，內部儲存能熱力學能，內部儲存能外部儲存能外部儲存能宏觀動能宏觀動能宏觀位能宏觀位能（維持一定分子結構的化學能）（維持一定分子結構的化學能）原子核內部的原子能）原子核內部的原子能）氣體分子運動說氣體分子運動說 測量測量 p p、V V、T T 可求出可求出d0dddddVVTVUUUpUTVcTTpVTVTU四、熱力學能單位四、熱力學能單位 JkJ五、工程中關心五、工程中關

3、心U宏觀動能與內動能的區別宏觀動能與內動能的區別三、熱力學能是狀態參數三、熱力學能是狀態參數13 13 熱力學第一定律基本表達式熱力學第一定律基本表達式 加入系統的能量總和加入系統的能量總和離開系統的能量總和離開系統的能量總和= = 熱力系總儲存能的增量熱力系總儲存能的增量E EE E+d+dE Ei imeQWjjm ed流入：流入：i iQme流出：流出：jjWm e總能的增量總能的增量：dEtotdjjiiQEe me mW 或21totjjiiQEe me mW totddjmjimiEe qeqP EE+dEi imeQWjjm ed14 14 閉口系基本能量方程式閉口系基本能量方程

4、式21totjjiiQEe me mW 閉口系閉口系00ijmm忽略宏觀動能忽略宏觀動能U Uk k和位能和位能U Up pEU ddQUWQUWquwquw 第一定律第一解析式第一定律第一解析式熱熱 功的基本表達式功的基本表達式討論：討論：1 1）對于可逆過程）對于可逆過程ddQUp V2 2）對于循環）對于循環netnetdQUWQW3 3）對于定量工質吸熱與升溫關系，還取決于）對于定量工質吸熱與升溫關系，還取決于W W 的的 “ “+”+”、“”、數值大小。、數值大小。ddQUWQUWquwquw 例例1 1 自由膨脹自由膨脹如圖，如圖，U解：取氣體為熱力系解：取氣體為熱力系 閉口系閉口

5、系？開口系開口系？QUW120UUU即抽去隔板，求抽去隔板，求0W?0Q 例例2 2：門窗緊閉房間用電冰箱降溫：門窗緊閉房間用電冰箱降溫以房間為系統 絕熱閉口系閉口系能量方程QU W0Q0UW0W T電冰箱例例3 3：門窗緊閉房間用空調降溫：門窗緊閉房間用空調降溫以房間為系統 閉口系閉口系能量方程QU W0QUQ W0W T空調 QQW15 15 開口系能量方程開口系能量方程一、推動功和流動功一、推動功和流動功 推動功推動功：系統引進或排除工質：系統引進或排除工質傳遞傳遞的功量。的功量。pA Hpvpvp1v11o流動功：系統維持流動流動功：系統維持流動 所花費的代價。所花費的代價。 )(11

6、22pvvpvp流動功在流動功在p-vp-v圖上：圖上：二、焓二、焓定義：定義：H=U+pVH=U+pV h=u+pvh=u+pv單位：單位：J J（kJkJ） J J/kg/kg（kJ/kgkJ/kg）焓是狀態參數。焓是狀態參數。物理意義：物理意義：引進或排出工質而輸入或排出系統的能量。引進或排出工質而輸入或排出系統的能量。dddppVHcTVTpT三、穩定流動能量方程三、穩定流動能量方程穩定流動特征穩定流動特征：注意：區分各截面間參數可不同。注意：區分各截面間參數可不同。1）各截面上參數不隨時間變化。各截面上參數不隨時間變化。2）E ECV CV = 0= 0， S SCV CV = 0=

7、 0， m mCV CV = 0= 0? 流入系統的能量流入系統的能量: :2f1111 112Qmcqqup vgz流出系統的能量流出系統的能量: :22222f2212smPqup vcgz系統內部儲能增量系統內部儲能增量: : E ECVCV= =考慮到穩流特征：考慮到穩流特征： E ECVCV=0 =0 q qm m1 1= =q qm m2 2= =q qm m; ; 及及h=u+pvh=u+pv 22f2f12121S( )22QmmccqHHqq g zzPA2221f2f121s1( )2qhhccg zzwB討論：1 1）改寫式（）改寫式（B B）為式（）為式（C C）222

8、 21 1f 2f12112squwp vp vccg zz 熱能轉變熱能轉變成功部分成功部分輸出軸功輸出軸功流動功流動功機械能增量機械能增量22f 2f12121S2221f 2f121s( )221( )2QmmccqHHqq g zzPAqhhccg zzwB（C）2f12tswwcg z t2 21 1( )quwp vpvD dddtwp vpvv p 2）技術功技術功) )技術上可資利用的功技術上可資利用的功 w wt t22221 1f 2f12112squwp vp vccg zz由式（由式（C C）1122vpvpwwtdtwwpv可逆過程可逆過程3)3)第一定律第二解析式第

9、一定律第二解析式ttdqhwqhw 21dddqhv pqhv p dddddddqhv pupvv pup vuw膨 1) 1)通過膨脹，由熱能通過膨脹，由熱能 2) 2)第一定律兩解析式可相互導出，但只有在開系中第一定律兩解析式可相互導出，但只有在開系中 能量方程才用焓。能量方程才用焓。2221f 2f1211( )2sqhhccg zzwB4 4）兩個解析式的關系）兩個解析式的關系功，功，w = q w = q u u總之：總之：2tsf12wwcg z可逆可逆穩流開口與閉口的能量方程穩流開口與閉口的能量方程tqhw 容積變化功w技術功wtquw 閉口穩流開口等價軸功ws流動功(pv)幾

10、種功的關系？幾種功的關系幾種功的關系2t12swcgzw t()tqhwupvw quw ()twpvwwwt(pv)c2/2wsgz做功的根源ws四、穩定流動能量方程式的應用四、穩定流動能量方程式的應用簡化原則：滿足工程需要，略去次要因素。簡化原則：滿足工程需要，略去次要因素。1.1.葉輪機械、噴管、節流閥等，作絕熱處理。葉輪機械、噴管、節流閥等，作絕熱處理。q=0q=0 a. a.表面經絕熱化處理、有效傳熱面積小表面經絕熱化處理、有效傳熱面積小; ; b. b.工質流速快來不及換熱。工質流速快來不及換熱。2.2.除去噴管、擴壓管這類使氣流速度改變比較劇烈的除去噴管、擴壓管這類使氣流速度改變

11、比較劇烈的 設備外，一般設備中氣流進出口設備外，一般設備中氣流進出口3.3.對于簡單可壓縮系，設備中若無活塞、軸類這些做對于簡單可壓縮系，設備中若無活塞、軸類這些做 功部件，則閉口系中功部件，則閉口系中W=0W=0，開口系中，開口系中Ws=0, Ws=0, 如鍋爐換如鍋爐換 熱器等。熱器等。 透平機械（蒸汽輪機、透平機械（蒸汽輪機、氣輪機等）氣輪機等）壓縮機械（壓氣機，水泵類）壓縮機械（壓氣機，水泵類）換熱器類（鍋爐、加熱器等）換熱器類（鍋爐、加熱器等）熱流體冷流體h1h2h1h2絕熱節流管道閥門、毛細管膨脹閥絕熱節流管道閥門、毛細管膨脹閥絕熱節流過程，前后h不變，但h不是處處相等h1h2例題4：典型充氣問題典型充氣問題儲氣罐原有氣體m0,u0輸氣管狀態不變，h經時間充氣，關閥儲氣罐中氣體m求：儲氣罐中氣體內能u忽略儲氣罐、閥門均絕熱m0,u0h四種可取系統四種可取系統1）取儲氣罐為系統開口系2）取最終罐中氣體為系統閉口系3）取將進入儲氣罐的氣體為系統m0,u0h閉口系4）取儲氣罐原有氣體為系統閉口系 利用熱一律的文字表達式利用熱一律的文字表達式1)1)取取儲氣罐為儲氣罐為系統系統( (開口系開口系) )忽略動位能變化hcvnet2outout2inind/2/2QEWhcgzmhcgzm絕熱無作功部件無離開氣體cvin0dEh