第二章 热力学第一定律 First law of thermodynamics

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1 第二章 热力学第一定律 First law of thermodynamics
2–1 热力学第一定律的实质 2-2 热力学能（内能）和总能 2–3 热力学第一定律基本表达式 2–4 闭口系基本能量方程式 2–5 开口系能量方程

2 热是能的一种，机械能变热能，或热能变机械能的时候，他们之间的比值是一定的。
2–1 热力学第一定律的实质 一、第一定律的实质 能量守恒与转换定律在热现象中的应用。 二、第一定律的表述 热是能的一种，机械能变热能，或热能变机械能的时候，他们之间的比值是一定的。 或： 热可以变为功，功也可以变为热；一定量的热消失时必定产生相应量的功；消耗一定量的功时，必出现与之相应量的热。

3 2–2 热力学能（内能）和总能 一、热力学能(internal energy)
2–2 热力学能（内能）和总能 一、热力学能(internal energy) Uch Unu Uth 平移动能 转动动能 振动动能 Uk Up— 二、总（储存）能(total stored energy of system) 热力学能，内部储存能 宏观动能 宏观位能 总能 外部储存能

4 宏观动能与内动能的区别 三、热力学能是状态参数 测量 p、V、T 可求出 四、热力学能单位 五、工程中关心

5 加入系统的能量总和－热力系统输出的能量总和= 热力系总储存能的增量
2–3 热力学第一定律基本表达式 加入系统的能量总和－热力系统输出的能量总和= 热力系总储存能的增量 E E+dE 流入： 流出： 内部贮能的增量：dE

6 E E+dE 或

7 2–4 闭口系基本能量方程式 闭口系， 忽略宏观动能Uk和位能Up， 第一定律第一解析式— 热 功的基本表达式

8 讨论： 1）对于可逆过程 2）对于循环 3）对于定量工质吸热与升温关系，还取决于W 的 “+”、“–”、数值大小。

9 例 自由膨胀 如图， 抽去隔板，求 解：取气体为热力系 —闭口系？开口系？ ? 强调：功是通过边界传递的能量。 例A 例A

10 归纳热力学解题思路 1）取好热力系; 2）计算初、终态; 3）两种解题思路 从已知条件逐步推向目标 从目标反过来缺什么补什么
4）不可逆过程的功可尝试从外部参数着手。

11 2–5 开口系能量方程 一、推动功(flow work; flow energy)和 流动功(flow work; flow energy)
2–5 开口系能量方程 一、推动功(flow work; flow energy)和 流动功(flow work; flow energy) p 1 p1 o v1 v 推动功：系统引进或排除工质传递的功量。

12 流动功：系统维持流动 所花费的代价。 推动功在p-v图上：

13 二、焓 (enthalpy) 定义：H=U+pV h=u+pv 单位：J（kJ） J/kg（kJ/kg） 焓是状态参数。 物理意义：
引进或排出工质而输入或排出系统的总能量。

14 三、稳定流动能量方程(steady-flow energy equation)
稳定流动特征： 1）各截面上参数不随时间变化。 2）ΔECV = 0， ΔSCV = 0， ΔmCV = 0ּ··· 注意：区分各截面间参数可不同。

15 流入系统的能量: – 流出系统的能量: = 系统内部储能增量: ΔECV 考虑到稳流特征： ΔECV=0 qm1=qm2=qm; 及h=u+pv

16 讨论： 1）改写式（B）为式（C） 输出轴功 （C） 流动功 热能转变 成功部分 机械能增量

17 2）技术功(technical work)—
技术上可资利用的功 wt 由式（C） 可逆过程

18 3)第一定律第二解析式 可逆 4）两个解析式的关系 总之： 1)通过膨胀，由热能 功，w = q –Δu 2)第一定律两解析式可相互导出，但只有在开系中 能量方程才用焓。

19 四、稳定流动能量方程式的应用 流进系统： 流出系统： 1.蒸汽轮机、气轮机 (steam turbine、gas turbine)
内部储能增量： 0

20 2.压气机，水泵类 (compressor，pump)
流入 流出 内部贮能增量 0

21 3.换热器（锅炉、加热器等） (heat exchanger: boiler、heater etc.)

22 流入： 流出： 内增： 0 若忽略动能差、位能差

23 4. 管内流动 流入： 内增： 0 流出：

24 例A 例A 例A 例A

25 如何？ 归纳： 1）开口系问题也可用闭口系方法求解。 2）注意闭口系边界面上热、功交换；尤其是边界面 变形时需考虑功的交换。
3）例A 中若有无摩擦及充分导热的活塞，结果如何？ ——解法三即可认为是这种情况，故无影响。 4）若A 活塞为绝热材料制造， 若活塞下有弹簧， 若··· ··· 如何？ 下一章