热工基础与发动机原理,第1章 热工基础 1.3 热力学第一定律,北京建筑工程学院,2,学习目标 深入理解热力学第一定律的实质 熟练掌握热力学第一定律的闭口系统和稳定流动系统的能量方程，以解决工程实际的有关问题,3,重点 热力学第一定律的实质 难点 学会应用稳定流动能量方程分析典型热工没备,1.3.1热力学第一定律及其实质,表述1：热可以转变为功，功也可以转变为热；一定量的热消失时，必然伴随产生相应量的功；消耗一定的功时，必然出现与之对应量的热。 表述2：“第一类永动机是不可能造成的”。,1.3.2热力学能,单位质量工质的热力学能称为比热力学能 u,1.3.3闭口系统能量方程,热力第一定律一般表达式 : 进入系统的能量-流出系统的能量=系统能量的增量,1.3.3闭口系统能量方程,闭口热力系统 闭口系能量方程 Q = U+ W,图1-8 闭口系统热力过程,闭口系统的可逆过程,例1-2：空气在一活塞式压气机中被压缩。在压缩过程中每千克空气的热力学能增加150kJ，同时向外放热50kJ，求压缩过程中对每千克空气所作的功？,例1-3：闭口系从状态1沿l23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1-9所示。,图1-9 例1-3,1.3.4 稳定流动能量方程及其应用,稳定流动是指热力系统在流动空间任意一点上工质的状态都不随时间而变化的流动过程。,1.3.4 稳定流动能量方程及其应用,一 推动功和流动功 开口系统与外界之间，因工质流动而传递的机械功称为推动功。 图1-10所示为工质流经管道的过程。设工质压力为p、质量为dm，在外力的推动下移动距离dx，并通过面积为A的截面进入系统时，则外界所做的推动功为,图1-10 流动功推导示意图,1.3.4 稳定流动能量方程及其应用,流动功 开口系统在出口处付出的推动功与入口处获得的推动功之差称为流动动，是维持系统流动所需的功。,1.3.4 稳定流动能量方程及其应用,二 焓,1.3.4 稳定流动能量方程及其应用,三 稳定流动能量方程,图1-11开口系统示意图,四 技术功 在稳定流动能量方程式中的动能变化，位能变化及内部轴功都属于机械能，是工程技术上可直接利用的功，工程热力学中，将这三项之和称为技术功。,技术功、膨胀功及流动功之间的关系,图1-12技术功在p-v图上的表示,例1-4 某气体在压气机中被压缩，压缩前气体的参数是 ，压缩后的参数是 ，设在压缩过程中每公斤气体的内能增加150kJ,同时向外界放出热量50kJ，压气机每分钟生产压缩气体10kg。求： （1）压缩过程中对每公斤气体所作的压缩功； （2）每生产1kg压缩气体所需的轴功； （3）带动此压气机要用多大功率的电动机； （4）压缩前后气体焓的变化。,五 稳定流动能量方程的应用 1热交换器,图1-13 锅炉,2热力发动机,图1-14 汽轮机或燃气轮机示意图,例1-5 汽轮机做功 一台一股进汽多股抽汽的汽轮机，如图1-15所示，lkg状态为l的蒸汽进入汽轮机内膨胀做功，分别抽出 状态为2和 状态为3的蒸汽，最后 的蒸汽以状态4排出汽轮机，求蒸汽在汽轮机内做的功。,图1-15 一股进汽多股抽汽的汽轮机,3压缩机械,图1-16 压缩机械 a)轴流式压气机 b)活塞式压缩机,4喷管 喷管是一种使气流加速的设备,图1-17 喷管,5绝热节流 稳态稳流的流体快速流过狭窄截面来不及与外界换热也没有功量的传递，可理想化称为绝热节流。,图1-18 绝热节流过程,谢谢大家!,