文档介绍：第一节能量平衡方程一、能量守恒与转换一切物质都具有能量,能量是物质固有的特性。通常,能量可分为两大类:一类是系统蓄积的能量,如动能、势能和热力学能,它们都是系统状态的函数。另一类是过程中系统和环境传递的能量,常见有功和热,它们就不是状态函数,而与过程有关。热量是因为温度差别引起的能量传递,而做功是由势差引起的能量传递。因此,热和功是两种本质不同且与过程传递方式有关的能量形式。热力学第一定律即为能量守恒定律,它阐明了能量“量”的属性。人体的能量平衡热量平衡能量的形式不同,但是可以相互转化或传递,在转化或传递的过程中,能量的数量是守桓的,这就是热力学第一定律,即能量转化和守恒原理。体系在过程前后的能量变换ΔE应与体系在该过程中传递的热量Q与功W相等。体系吸热为正值,放热为负值;体系得功为正值,对环境做功为负值。二、封闭体系的能量平衡方程在闭系非流动过程中的热力学第一定律数学表达式为三、稳态流动体系的能量平衡方程稳态流动是指流体流动途径中所有各点的状况都不随时间而变化,系统中没有物料和能量的积累。稳态流动系统的能量平衡关系式为:图4-1稳定流动过程换热器透平机基准水平面III如图为一稳定流动过程:单位质量的流体带入、带出能量的形式为动能(u2/2),势能(gz)和热力学能(U)。流体从截面1通过设备流到截面2,在截面1处流体进入设备所具有的状况用下标1表示,此处距基准面的高度为z1,流动平均速度u1,比容V1,压力P1以及内能U1等。同样在截面2处流体流出所具有的状况用下标2表示。g为重力加速度。系统与环境交换功W,实际上由两部分组成。一部分是通过泵、压缩机等机械设备的转动轴,使系统与环境交换的轴功Ws;另一部分是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这是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有这种功。对于流动过程,系统与环境交换的功是轴功与流动功之和稳态流动系统的能量平衡关系可写为将焓的定义H=U+PV代入上式可得稳定流动系统的能量平衡方程稳定流动系统的热力学第一定律表达式为:使用上式时要注意单位必须一致。按照SI单位制,每一项的单位为J·kg-1。动能和位能的单位流动功包含在焓中轴功⊿H、⊿u2/2、g⊿z、Q和Ws分别为单位质量流体的焓变、动能变化、位能变化、与环境交换的热量和轴功。