文档介绍：第6章热力学第一定律及其工程应用
内容概要
能量守恒定律
能量既不能被创造,也不能被消灭,只能在一定条件下从一种形式的能量转变为另一种形式。转换中,能量的总量保持不变。
不消耗任何能量而不断作功的第一类永动机是造不成的。
热机的热效率不可能大于1
热力学第一定律的实质就是能量在数量上是守恒的
基本形式为:
Δ(体系的能量)+Δ(环境的能量)=0
或Δ(体系的能量)=-Δ(环境的能量)
体系的能量的增加等于环境的能量的减少。
热力学第一定律的实质
能量具有各种不同的形式
机械能热能电能化学能核能等
各种不同形式的能量相互转化
热能
机械能
重点内容
敞开系统热力学第一定律
稳定流动与可逆过程
可逆轴功与实际轴功的计算
气体压缩及膨胀过程热力学分析
节流与等熵膨胀过程中的温度效应
§6—1、封闭系统的能量平衡
体系能量的变化=体系与环境能量交换的净能量。
即:
封闭体系非流动过程的热力学第一定律:
内能:物质内部所有微观粒子所具有的能量的总和。
(仅与微观粒子的数目和温度有关)
§6—2、敞开系统的能量平衡
开系的特点:
①体系与环境有物质的交换。
除有热功交换外,还包括物流输入和
输出(携带能量) 。
开系的划分:
可以是化工生产中的一台或几台设备。
可以是一个过程或几个过程。
可以是一个化工厂。
把划定的开放体系那部分称为控制体,用σ表示。
开放体系热力学第一定律:
控制体如图所示:
图6—1 开系的平衡
(a)质量平衡
(b)能量平衡
控制体σ
控制体σ
单位质量流体携带的能量e为:
z——位高
g——重力加速度
u——流体的平均流速
控制体中能量变化:
两端对时间积分得:
和分别为内开系与外界交换的热和功
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p1 A1
系统与环境交换功W,实际上由两部分组成:
轴功:通过泵、压缩机等机械设备的转动轴,使系统与环境交换的轴功Ws;
流动功:单位质量物质被推入系统时,接受环境所给与的功,以及
离开系统时推动前面物质对环境所作的功。
假设系统入口处截面面积为Al ,流体的比容为V1 ,压力为p1 ,则推动力为p1A1 ,使单位质量流体进入系统,需要移动的距离为V1/A1,推动单位质量流体进入系统所需要的功为:
即单位质量流体进入系统时,接受后面流体(环境)所给予的功;同样单位质量流体离开系统时,必须推动前面的流体(环境),即对环境作-p2V2的功。
这种流体内部相互推动所交换的功,称为流动功,只有在连续流动过程中才存在。
再结合
将代入,得:
将
时,将上式写成微分式:
此式是开系通用的能量平衡方程(开系热力学第一定律)