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1、第一篇 工程熱力學(xué),第一章 基本概念和定義,1-1、熱力系統(tǒng)（系統(tǒng)）,1. 定義 系統(tǒng)：被人為分離出來，做為研究對(duì)象的物體 的總稱。 外界：系統(tǒng)以外的其它物質(zhì)。 邊界：系統(tǒng)與外界的分界面。,例：,邊界可以是固定或運(yùn)動(dòng)的, 也可以是真實(shí)或虛擬的, 因此系統(tǒng)也可以是固定或運(yùn)動(dòng)的。,2. 系統(tǒng)的分類 閉口系、開口系、絕熱系、孤立系等。,閉口系: 與外界無物質(zhì)交換的系統(tǒng)。 開口系: 與外界有物質(zhì)交換的系統(tǒng)。 絕熱系: 與外界無熱量交換的系統(tǒng)。 孤立系：與外界無功、熱、物質(zhì)交換的系統(tǒng)。,另外，也可按系統(tǒng)內(nèi)部狀況的不同，將系統(tǒng)分為均勻系（各部分化學(xué)成分和物理性質(zhì)均勻一致）與

2、非均勻系；單相系（單一物相）與復(fù)相系；單元系（純物質(zhì)，空氣可看作純物質(zhì)）與多元系等。,合理選擇系統(tǒng)是進(jìn)行正確的熱力學(xué)分析的前提。 在不涉及化學(xué)反應(yīng)時(shí)，工程熱力學(xué)所討論的大多數(shù)熱力系統(tǒng) 簡單可壓縮系： 由可壓縮流體構(gòu)成、沒有電、磁、重力、運(yùn)動(dòng)和表面張力等外力場(chǎng)作用、沒有化學(xué)反應(yīng)、系統(tǒng)與外界交換的功只有容積變化功一種。,系統(tǒng)選擇應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況，以解決問題方便為原則。 系統(tǒng)選取方法對(duì)研究問題的結(jié)果沒有影響，僅與解決 問題的繁復(fù)程度有關(guān)。,一、工質(zhì)的熱力狀態(tài) 工質(zhì)是實(shí)現(xiàn)熱、功轉(zhuǎn)換的工作物質(zhì)，簡稱工質(zhì)。 熱能與機(jī)械功的相互轉(zhuǎn)換是通過工質(zhì)一系列的狀態(tài)變化來實(shí)現(xiàn)的。工程熱力學(xué)中所研究的系統(tǒng)大多為簡單可壓縮

3、系，與外界交換功的模式只有容積變化功，由于氣態(tài)物質(zhì)具有良好的流動(dòng)性和膨脹性，體積最容易發(fā)生變化，因此，熱力學(xué)中的工質(zhì)基本是氣體以及有相變的液體。如空氣、燃?xì)?、水蒸氣、水、制冷劑等?1-2、工質(zhì)的熱力狀態(tài)及其基本狀態(tài)參數(shù),熱力狀態(tài)：系統(tǒng)中的工質(zhì)在某一瞬間所呈現(xiàn)的宏觀 物理狀況。 二、狀態(tài)參數(shù) 可定量描述工質(zhì)狀態(tài)特性的物理量稱為狀態(tài)參數(shù)。 如基本狀態(tài)參數(shù) p、、T、和導(dǎo)出狀態(tài)參數(shù) u、h、s 等。,狀態(tài)參數(shù)的性質(zhì)：是狀態(tài)的單值函數(shù)，只取決于工質(zhì)所處的狀態(tài)，與過程無關(guān)。,,,若,，,，則,,例：設(shè) x 為任意狀態(tài)參數(shù)，則,熱力學(xué)中常用的狀態(tài)參數(shù)有6個(gè)：壓力 p、溫度 T、容積V（比容）

4、、熱力學(xué)能U、焓 H 和熵 S。其中 p 和 T 為強(qiáng)度性參數(shù)，在熱力過程中起著推動(dòng)力的作用； V、U、H、和 S 為廣延性參數(shù)，反映過程進(jìn)行的尺度。,三、 基本狀態(tài)參數(shù)（p、、T） 通過儀表直接或間接測(cè)量得到的狀態(tài)參數(shù)稱為基本狀態(tài)參數(shù)，利用基本狀態(tài)參數(shù)計(jì)算得到的狀態(tài)參數(shù)為導(dǎo)出狀態(tài)參數(shù)。,強(qiáng)度性參數(shù)稱為廣義力或勢(shì)，與系統(tǒng)內(nèi)工質(zhì)的數(shù)量無關(guān)，沒有可加性； 廣延性參數(shù)稱為廣義位移，具有可加性。 單位質(zhì)量的廣延性參數(shù)稱為比參數(shù)，具有強(qiáng)度參數(shù)的性質(zhì)，沒有可加性，比參數(shù)可看作強(qiáng)度性參數(shù)。,（1）絕對(duì)壓力 p： 工質(zhì)的真實(shí)壓力，真空時(shí) p = 0, 只有絕對(duì)壓力為工質(zhì)的狀態(tài)參數(shù)。 （2）表壓力 pg：

5、 絕對(duì)壓力高出當(dāng)?shù)卮髿鈮旱臄?shù)值。,pb 大氣壓力（不恒定）,N/m2,可用絕對(duì)壓力、表壓力或真空度三種形式表示。,1、壓力,表壓力測(cè)量儀表 常用單位 壓力表 MPa U型管測(cè)壓計(jì)Pa 或 mmH2O(Hg)（pg g h） （3）真空度 pV： 絕對(duì)壓力低于當(dāng)?shù)卮髿鈮旱臄?shù)值。,,,p、pg、pV 關(guān)系圖：,2、溫度 表示物體冷熱的程度。 溫標(biāo)：溫度的數(shù)值表示方法。 常用: 熱力學(xué)溫標(biāo)、攝氏溫標(biāo)、華氏溫標(biāo)。 三種溫標(biāo)關(guān)系式：,,C,3、比容和密度（、）,,m3/kg,,kg/m3,平衡狀態(tài) 1、定義：系統(tǒng)中壓力、溫度處處相同、且不隨時(shí)間變化

6、的狀態(tài)，稱為平衡狀態(tài) 。 只有平衡狀態(tài)才能由一組具有確定數(shù)值的狀態(tài) 參數(shù)定量描述該狀態(tài)。 2. 保持平衡狀態(tài)不變的條件： 系統(tǒng)內(nèi)部以及系統(tǒng)與外界之間不存在任何不平衡勢(shì)差。系統(tǒng)內(nèi)外處于力的平衡和熱的平衡（溫度平衡）。,1-3、平衡狀態(tài)、狀態(tài)公理及狀態(tài)方程,二、狀態(tài)公理,狀態(tài)公理: 熱力系平衡狀態(tài)獨(dú)立狀態(tài)參數(shù)的個(gè)數(shù)等于系統(tǒng)與外界 交換能量的各種方式的總數(shù)。 對(duì)由氣體組成的簡單可壓縮系統(tǒng) ，獨(dú)立的狀態(tài)參數(shù) 只有兩個(gè) 。,三、狀態(tài)方程式 習(xí)慣上以反映基本狀態(tài)參數(shù) p、、T 之間關(guān)系的 公式稱為狀態(tài)方程式。,常用的氣體狀態(tài)參數(shù)圖為：,例 p圖,p圖和 T s 圖,狀態(tài)方程式的具體形式取決于工

7、質(zhì)的性質(zhì)。,氣體狀態(tài)方程式：,或： p = f ( T, v ) ; T = f (p, v ) ; v = f (p, T),常用的氣態(tài)工質(zhì)可分為兩類：理想氣體和蒸氣（實(shí)際氣體）。 理想氣體是指遠(yuǎn)離液態(tài)點(diǎn)，不易液化的氣體； 而蒸氣則是指離液態(tài)點(diǎn)較近，比較容易液化的氣體。 理想氣體和蒸氣之間沒有絕對(duì)的界限，而且兩者可以相互轉(zhuǎn)化。如蒸氣在高過熱狀態(tài)時(shí)可看作理想氣體；而通常可看作理想氣體的氫氣、氧氣、氮?dú)?、及惰性氣體等，在低溫和高壓狀態(tài)時(shí)就應(yīng)將它們看作蒸氣。不同的氣體具有不同的液態(tài)點(diǎn)。,理想氣體的狀態(tài)方程式最簡單。,一. 準(zhǔn)平衡過程 1、定義 過程：工質(zhì)從一個(gè)狀態(tài)變化到另一個(gè)狀態(tài)的 全

8、部經(jīng)歷。 準(zhǔn)平衡過程：由一系列的平衡狀態(tài)（實(shí)際上 是無限接近平衡狀態(tài)）所構(gòu)成的過程。,1-4、 準(zhǔn)平衡（準(zhǔn)靜態(tài)）過程和可逆過程,2、 實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)平衡過程的條件 無勢(shì)差損失（破壞平衡狀態(tài)存在的壓力差、溫差無窮?。? 弛豫時(shí)間短（恢復(fù)平衡快。即系統(tǒng)內(nèi)外處于連續(xù)的動(dòng)平衡狀態(tài)）。 舉例: 氣缸中貯有氣體，裝有細(xì)砂的 砂箱放在活塞上，設(shè)氣缸壁為良導(dǎo)熱 材料，氣缸內(nèi)外隨時(shí)保持溫度平衡。,二. 可逆過程 1、 定義：能逆向進(jìn)行，且系統(tǒng)與外界同時(shí)返回原 態(tài)而不留下任何變化的過程（舉例）。 2、耗散效應(yīng)與勢(shì)差損失 耗散效應(yīng)通過摩擦、電阻、磁阻等使功變 為熱的效應(yīng)。 勢(shì)差損失由于

9、壓差或溫差等勢(shì)差的存在而 造成的損失（分子無序運(yùn)動(dòng)）。,3、 可逆條件 例 氣體在氣缸中絕熱膨脹，推動(dòng)活塞向外移動(dòng)，到達(dá)頂點(diǎn)后反向運(yùn)動(dòng)壓縮氣體。,分析： 該系統(tǒng)能自動(dòng)滿足弛豫時(shí)間短的條件； 設(shè)過程進(jìn)行時(shí)： i）沒有摩擦（無耗散效應(yīng)） ii）沒有壓差（無勢(shì)差損失 ） 在此條件下，過程是可逆的。,可逆的條件為： 系統(tǒng)內(nèi)外隨時(shí)處于力的平衡和熱的平衡 （無勢(shì)差損失）； 弛豫時(shí)間短 ； 無耗散效應(yīng)。 結(jié)論：可逆過程沒有耗散效應(yīng)的準(zhǔn)靜態(tài)過程 。 4、實(shí)用意義 許多實(shí)際過程可以近似的作為可逆過程處理, 便于分析計(jì)算。,三. 準(zhǔn)靜態(tài)過程及可逆過程的圖

10、示,習(xí)題 ：1.3、1.5、1.10,2-1、熱力學(xué)第一定律的實(shí)質(zhì) 實(shí)質(zhì)：是能量守恒及轉(zhuǎn)換定律在熱現(xiàn)象上的應(yīng)用。 兩種表述：,表述： 熱量與其它形式的能量相互轉(zhuǎn)換時(shí),總量 保持不變。,表述：第一類永動(dòng)機(jī)是不可能制成的。,。,對(duì)于一個(gè)循環(huán)，則,第二章 熱力學(xué)第一定律,,,針對(duì)工程上形形色色的熱工設(shè)備和熱力過程，常常將它們抽象簡化為不同的系統(tǒng)，不同的系統(tǒng)與外界之間的能量關(guān)系不同，因此其相應(yīng)的熱力學(xué)第一定律表達(dá)式（能量方程）也不同，但其本質(zhì)都是相同的。 根據(jù)能量守恒原理，熱力學(xué)第一定律的一般表達(dá)式為： 系統(tǒng)收入能量系統(tǒng)支出能量 系統(tǒng)總儲(chǔ)存能的增量,儲(chǔ)存能包括內(nèi)部儲(chǔ)存能和外部儲(chǔ)存能

11、 。,,,,2-2、系統(tǒng)的儲(chǔ)存能,內(nèi)部儲(chǔ)存能是工質(zhì)內(nèi)部微觀粒子所具有的各種能量，取決于系統(tǒng)內(nèi)部的狀態(tài)，與系統(tǒng)內(nèi)工質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)及微觀運(yùn)動(dòng)形式等有關(guān)，簡稱內(nèi)能； 外部儲(chǔ)存能是系統(tǒng)作為宏觀整體所具有的宏觀能量，包括宏觀動(dòng)能和重力位能，又稱轉(zhuǎn)移能。,在簡單可壓縮系中，不涉及化學(xué)反應(yīng)和核反應(yīng)（無化學(xué)內(nèi)能和核內(nèi)能），所以可認(rèn)為工質(zhì)的內(nèi)能就是熱力學(xué)能，僅包括分子的內(nèi)動(dòng)能和內(nèi)位能（物理內(nèi)能）。,一、 熱力學(xué)能（ 內(nèi)動(dòng)能 + 內(nèi)位能）,UU（T、） J（kJ）,比熱力學(xué)能：,J/kg,內(nèi)動(dòng)能包括分子的直線運(yùn)動(dòng)動(dòng)能、旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)動(dòng)能以及分子內(nèi)部原子和電子的振動(dòng)能。由分子運(yùn)動(dòng)論，內(nèi)動(dòng)能與工質(zhì)的溫度有關(guān)，溫度越高，內(nèi)動(dòng)能

12、越大； 內(nèi)位能是氣體分子間相互作用力而形成的分子位能，分子位能的大小與分子間的距離有關(guān)，亦即與氣體的比容有關(guān)。因此簡單可壓縮系的內(nèi)能（熱力學(xué)能）是溫度和比容的函數(shù)，即,實(shí)驗(yàn)規(guī)律表明：,當(dāng)工質(zhì)由狀態(tài) 1,狀態(tài) 2 時(shí)，,結(jié)論：比熱力學(xué)能（簡稱熱力學(xué)能）是狀態(tài)參數(shù)。,u f（T，） 或 u f（p，）,對(duì)理想氣體：內(nèi)位能 0，熱力學(xué)能 內(nèi)動(dòng)能，即：,uf（T），,比熱力學(xué)能總是由u1 u2（只與狀態(tài)有關(guān)）。,二、 外部儲(chǔ)存能 （運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)）宏觀動(dòng)能重力位能,動(dòng)能：,,位能：,,三 、 總能（總儲(chǔ)存能）,,對(duì)1kg工質(zhì)：,,功量與熱量是系統(tǒng)與外界交換能量的2種方式（宏 觀和微觀），只有在過程進(jìn)行時(shí)

13、才有能量遷移，所以 功量和熱量均為過程量。 一、功量 1、定義：功是在力的推動(dòng)下，通過宏觀有序運(yùn)動(dòng)的方式傳遞的能量。 常見形式：機(jī)械功、電磁功、化學(xué)功、表面張力功等。 容積功機(jī)械功的一種形式，包括膨脹功和壓縮 功（熱力學(xué)重點(diǎn)研究）。,2-3、功量與熱量,2、可逆過程容積功及圖示 WFdxpAdxp dV,由12時(shí),,,，,對(duì)1kg工質(zhì)：,規(guī)定：膨脹功為正，壓縮功為負(fù)。 顯然 w1-a-2 w1-b-2 結(jié)論： 1）可逆過程的容積功可由 p圖上過程線下的面積表示； 2）功是過程函數(shù)，不是狀態(tài)參數(shù) ，微量 記作 w 或 W。,二、熱量 1、定義：由于系統(tǒng)內(nèi)

14、外存在溫差而通過系統(tǒng)邊界傳遞的能量。 規(guī)定：系統(tǒng)工質(zhì)吸熱為正、放熱為負(fù)。 結(jié)論：熱量是過程函數(shù)，微量記作 q 或 Q。 熱量在溫熵（T- s）圖中的表示 1）功、熱類比： 在可逆過程中： 過程推動(dòng)力 衡量能量交換的尺度 功量 p d 熱量 T,,ds,熵符號(hào)：s,由,2）s 的定義式,,J/(kgk),可逆過程適用,式中 s1kg工質(zhì)的熵，稱為比熵。,q1kg工質(zhì)的吸（放）熱量。,對(duì) mkg工質(zhì)：,T工質(zhì)的絕對(duì)溫度。,,J/k,,* 注意：在不可逆過程中，,3）Ts 圖,qTds（微元面積）,,（過程線下面積）,結(jié)論：對(duì)可逆過程，熱量可由T-s

15、 圖中過程線下的 面積表示。,對(duì)mkg工質(zhì)：,,顯然過程中：ds0q0，吸熱,ds<0q<0，放熱,ds0q0，絕熱,結(jié)論：對(duì)可逆過程，熵變是判斷系統(tǒng)工質(zhì)與外界有無熱量交換及熱流方向的判據(jù)。,注意：熱量與熱能不同。熱量是指在熱力過程中傳遞的一種能量，而熱能則是指物體內(nèi)部分子熱運(yùn)動(dòng)所具有的能量，熱能可儲(chǔ)存于系統(tǒng)內(nèi)部，即所謂的熱力學(xué)能。熱量是過程量，而熱能是狀態(tài)量。,3、通過比熱容計(jì)算熱量,,式中 c 比熱容，J /(單位物理量 K) 以質(zhì)量作為物量單位時(shí)：,,，,,c 質(zhì)量比熱容，J /(kg K),,熱力學(xué)第一定律是人類從長期實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)中總結(jié)得到的自然界最重要、最普遍的基本定律，適用于一

16、切工質(zhì)和一切熱力過程。對(duì)于不同的具體問題，可以表達(dá)為不同的數(shù)學(xué)表達(dá)式。,2-4、熱力學(xué)第一定律及其解析式,一、閉口系能量方程,對(duì)如圖所示的閉口系：,根據(jù)能量守恒原理：,加入系統(tǒng)的熱量系統(tǒng)對(duì)外做的功系統(tǒng)總儲(chǔ)能增量,即,,或,因此，對(duì)靜止的閉口系：,上述各量均為代數(shù)量.,在工程上，比較常見的情況是閉口系工質(zhì)在狀態(tài)變化過程中，系統(tǒng)宏觀動(dòng)能和宏觀位能為零或變化量近似為零，這種情況可看作靜止的閉口系，系統(tǒng)總儲(chǔ)能的變化就是熱力學(xué)能的變化。,對(duì)1kg工質(zhì)：,,靜止閉口系能量方程式,對(duì)微元過程：,,或,,適用于任何工質(zhì)、任何過程,對(duì)可逆過程：,由,,，,,,,，,靜止閉口系能量方程式為：,,如前所述，由于工程

17、上大多數(shù)情況下的閉口系都可看作靜止的閉口系，所以常將靜止閉口系的能量方程簡稱為閉口系能量方程，反而對(duì)運(yùn)動(dòng)的閉口系要特別說明。由閉口系能量方程，可以看到，包括工質(zhì)內(nèi)熱能（熱力學(xué)能）和外熱能（從外界獲得的熱量）的熱能與機(jī)械能的相互轉(zhuǎn)換必須依靠工質(zhì)的容積變化，因此閉口系能量方程清晰地反映了熱能與機(jī)械能相互轉(zhuǎn)換的基本原理和關(guān)系，因而稱之為熱力學(xué)第一定律基本表達(dá)式。,例： 空氣向真空絕熱膨脹，求 t2。,解：選整個(gè)容器為閉口系, 由熱, q0，w0,由 ucV t,,t0， t2t1, u0,,計(jì)算時(shí)應(yīng)注意公式的使用條件和單位,以及功量、熱量的正負(fù)號(hào)。,1） 穩(wěn)定流動(dòng)系統(tǒng)條件：,氣輪機(jī),,,,,或,,c

18、onst,,const,Wsconst,二、穩(wěn)定流動(dòng)系統(tǒng)能量方程,工程上許多熱力裝置在工作過程中常伴隨著工質(zhì)的流進(jìn)流出，如：氣輪機(jī)、壓氣機(jī)、鍋爐、換熱器及空調(diào)機(jī)等，當(dāng)設(shè)備處于正常穩(wěn)定工況運(yùn)行時(shí)，這些熱力系統(tǒng)都可視為穩(wěn)定流動(dòng)系統(tǒng)（穩(wěn)流系）。,2）軸功、流動(dòng)功 軸功：通過機(jī)軸對(duì)外界輸出的機(jī)械功，記作Ws 。 流動(dòng)功：,,,,對(duì)mkg工質(zhì)：,,對(duì)1kg工質(zhì)：,,（注意此處dV與W中不同 ）,在進(jìn)口處，為使工質(zhì)流入系統(tǒng)，外界必須對(duì)流入的工 質(zhì)作功,以克服系統(tǒng)的內(nèi)阻力,此功稱為推動(dòng)（進(jìn)）功。,同理，出口處系統(tǒng)對(duì)1kg工質(zhì)所作的推動(dòng)功為：,進(jìn)出口處推動(dòng)功的代數(shù)和稱為流動(dòng)功，記作Wf。流 動(dòng)功是維持工質(zhì)流動(dòng)

19、所必需的，通常是由泵或風(fēng)機(jī)等 加給被輸送工質(zhì)的，是隨工質(zhì)的流動(dòng)而向前方移動(dòng)的 機(jī)械能，它不是工質(zhì)本身具有的儲(chǔ)存能，只有在工質(zhì) 流動(dòng)時(shí)才出現(xiàn)。,所以，流動(dòng)功可表示為：,3、 穩(wěn)定流動(dòng)系統(tǒng)能量方程（熱 I 解析式）,設(shè),,,,根據(jù)能量守恒原理：,進(jìn)入系統(tǒng)的能量流出系統(tǒng)的能量,即,系統(tǒng)總儲(chǔ)能的增量,(適用于一般開口系),對(duì)穩(wěn)流系：,,令 HUpV，稱為焓。,對(duì)1kg工質(zhì)，,，稱比焓。,則,或,,,穩(wěn)流能量方程式 （普遍適用）,對(duì)微元過程：,,或,各式使用條件：穩(wěn)定流動(dòng)、任何過程、任何工質(zhì)。,式中:,技術(shù)功wt 技術(shù)上可利用的功 (宏觀機(jī)械能),當(dāng),，,,引入技術(shù)功后，穩(wěn)流能量方程可表達(dá)為,,,時(shí)：,

20、在穩(wěn)定流動(dòng)系統(tǒng)能量方程中，工質(zhì)宏觀動(dòng)能、宏觀位能的變化及軸功都是機(jī)械能，在技術(shù)上都可被用于對(duì)外界作功，因此稱之為技術(shù)功Wt （wt） 。,閉口系和穩(wěn)流系能量方程的形式不同，但本質(zhì)是相同的或等價(jià)的。都描述的是一定量的工質(zhì)在熱力過程中的能量轉(zhuǎn)換關(guān)系。 工質(zhì)在穩(wěn)定流動(dòng)過程中同樣是一個(gè)膨脹過程。雖然開口系的邊界為剛性邊界，過程中系統(tǒng)的總?cè)莘e不發(fā)生變化，但是，沿工質(zhì)流程的流通截面是遞增的。因此，系統(tǒng)與外界交換功的方式和閉口系不同，工質(zhì)所作的膨脹功是隱含的。,三、各種功量的關(guān)系,由,,,,或,,對(duì)可逆過程：,,,,對(duì) mkg 工質(zhì)：,,可逆過程中技術(shù)功圖示：,2）可逆過程穩(wěn)流能量方程式,,,或,使用條件：

21、穩(wěn)流、可逆。,因此，在穩(wěn)流系中，隱含的膨脹功等于流動(dòng)功和技術(shù) 功之和。即一部分膨脹功用于提供工質(zhì)流動(dòng)所需的流 動(dòng)功，一部分用于增加工質(zhì)的宏觀動(dòng)能和宏觀位能， 其余部分才對(duì)外輸出軸功。 所以膨脹功是簡單可壓縮系熱變功的源泉，穩(wěn)流系中 所有機(jī)械能的總和等于膨脹功。即,,四、焓,1. 定義式,J,比焓 ：,,J/kg ，,簡稱焓。,h也是狀態(tài)參數(shù)。,h 可表示為任意兩個(gè)獨(dú)立的狀態(tài)參數(shù)的函數(shù)。,如：hf（p.T） ,對(duì)于理想氣體：,2. 焓的物理意義,1）不論對(duì)非流動(dòng)工質(zhì)還是流動(dòng)工質(zhì)，焓都是狀態(tài) 參數(shù)； 2）對(duì)流動(dòng)工質(zhì)，h 是隨工質(zhì)流動(dòng)時(shí)攜帶的取決于熱 力狀態(tài)的那部分能量（或基本能量）。,在開口系

22、中，隨工質(zhì)流動(dòng)而攜帶的總能量包括工質(zhì)的總儲(chǔ)能 e 和推動(dòng)功 p。在有些流動(dòng)情況下，工質(zhì)的宏觀動(dòng)能和重力位能為零或忽略不計(jì)，但熱力學(xué)能和推動(dòng)功是必定存在的，所以說焓是流動(dòng)工質(zhì)攜帶的基本能量。而宏觀動(dòng)能和重力位能是外部儲(chǔ)存能，與工質(zhì)的狀態(tài)無關(guān)，因此也可將 h 看作流動(dòng)工質(zhì)所攜帶的總能量中取決于熱力狀態(tài)的那部分能量。,1、簡化工程實(shí)際問題的幾點(diǎn)原則,2-5、穩(wěn)流能量方程式應(yīng)用舉例,1）對(duì)葉輪式機(jī)械、噴管、節(jié)流閥等通常作絕熱處理。 葉輪式機(jī)械的外表面通常絕熱較好； 熱交換面積較小、或工質(zhì)迅速流過系統(tǒng)； 系統(tǒng)與外界的溫差很小等。 2）除如噴管、擴(kuò)壓管等設(shè)備外，一般設(shè)備的進(jìn)出口動(dòng)、位能差都可以忽略不計(jì)。

23、3）如果閉口系中工質(zhì)的容積沒有變化，則容積功為零；如果開口系中沒有葉片、轉(zhuǎn)軸類的作功部件，其軸功為零。,1）燃燒室,簡化：, 燃燒過程等壓、穩(wěn)流。, 將燃燒過程視為外部熱源加熱，忽略化學(xué)變化。, 忽略燃料質(zhì)量，將燃?xì)庖暈榭諝狻?由,,,,,2、應(yīng)用舉例,2）氣輪機(jī)、壓氣機(jī),簡化：, 近似視為絕熱。 忽略動(dòng)位能變化。,,,,例1 絕熱封閉的氣缸中裝有不可壓縮流體, 對(duì)活塞加壓, 使流體壓力從0.2MPa提高到3MPa,試問: 活塞是否對(duì)流體作功? 流體的內(nèi)能和焓變化多少?,解: 選閉口系 V0 W0，活塞對(duì)流體未做功 ,由,W0，Q0 ,HU（pV）,例2 某活塞式氮?dú)鈮嚎s機(jī),

24、壓縮前氮?dú)獾膮?shù)分別 為: p1=0.1 MPa, v1=0.88 m3/kg; 壓縮后 p2=1.0 MPa , v2=0.16 m3/kg. 壓縮過程中比內(nèi)能增加180 kJ/kg, 同時(shí)向外放熱60kJ/kg, 壓氣機(jī)每分鐘 生產(chǎn)氮?dú)?8 kg , 試求: 壓縮過程對(duì)每千克氮?dú)馑鞯墓? 生產(chǎn)每千克壓縮氮?dú)馑璧墓? 帶動(dòng)此壓氣機(jī)至少要多大的電動(dòng)機(jī)?,解 活塞式壓氣機(jī)的工作過程包括進(jìn)氣、壓縮和排氣三個(gè)過程，壓縮過程中，進(jìn)排氣閥均關(guān)閉，所以應(yīng)選閉口系 ，能量方程為,,,,,,q=u+w,kJ/kg, 要生產(chǎn)出壓縮空氣，壓氣機(jī)的進(jìn)排氣閥必須周期性地開閉，可近似看作穩(wěn)流系，則能量方程為,,,312 kJ/kg （負(fù)號(hào)表示壓縮機(jī)耗功）,帶動(dòng)此壓縮機(jī)所需的電動(dòng)機(jī)理論耗功率為 Nmws18312/6093.6 kW 實(shí)際情況應(yīng)考慮不可逆壓縮過程耗功（相對(duì)效率）、電機(jī)帶動(dòng)壓縮機(jī)時(shí)的傳動(dòng)損失（傳動(dòng)效率）、以及機(jī)械結(jié)構(gòu)本身相對(duì)運(yùn)動(dòng)的摩擦損失（機(jī)械效率），最后還要考慮可能發(fā)生超負(fù)荷情況，選配電機(jī)時(shí)再增加10-12%.,討論： 本題求解過程說明了正確確定系統(tǒng)的重要性，分析問題不同, 系統(tǒng)選取不同, 能量方程不同; 在使用能量方程分析計(jì)算時(shí), 注意單位的統(tǒng)一和功量、熱量的正負(fù)號(hào)。 作業(yè): 2.2、2.9、2.12,