文档介绍：第二章热力学第一定律
描述热力系能量收支平衡关系的定律
能量收入-能量支出= 系统储存能量的变化
描述为
(2-1)
回顾能量守恒定律:
一切物质具有能量,能量有各种不同的形式,它既不能被创造,也不能被消灭,只能从一种形式转化为另一种形式,或从一个系统转移到另外一个系统。在能量转化和转移过程中,其总量保持不变。
热力学第一定律是能量守恒定律在热工上的应用,是描述热能与机械能相互转换之守恒关系的定律。
热力学第一定律可表述为:“第一类永动机是不可能造成的。”
2-1 状态参数内能
定义:以一定方式储存于热力系内部的各种微观能量。包括大量分子热运动的内动能和分子间相互作用形成的分子位能。用符号“U”表示;单位是“J”
(1) 内动能:工质内部粒子的热运动所具有的动能称为内动能,它包括分子的移动动能、转动动能和分子内部原子的振动动能,用符号“UKE”表示。内动能只是温度T的函数,
(2) 内位能:分子间由于相互作用力的存在而具有的能量,称为内位能。用符号“UPE”表示,内位能与工质的比容有关;
热力系的内能是其工质分子动能和位能的总和,
(2-2)
上式表明:系统(气体工质)的内能是其温度和比容的函数;
内能是尺度量,具有可加性。单位质量工质的内能称为比内能(简称内能),用符号“u”表示,单位是J/kg。
2-1-2 热力系统总能
包括内部储存能(内能)和外部储存能(宏观动能和势能),用符号“E”表示。E可记为
单位质量的总能称为比总能,用符号“e”表示。
(2-3)
(2-4)
2-2 能量的传递和转化
系统与外界交换的能量形式包括有热量、功
量和伴随物质流传递的能量等。
热能转化为机械能的过程包括(1)能量转换
的热力学过程和(2)单纯的机械能过程。
2-2-1 功量
热力系与外界发生功的作用有多种形式,包
括容积功、轴功、推挤功、流动功等。
容积功。通过工质的容积变化而传递的机
械能,包括膨胀功和压缩功。
注意:膨胀过程中,dv>0,w>0,系统对外
作功;但 dv>0 仅是w>0的必要条件,而非充
要条件。
(b) 轴功。通过轴与外界交换的机械能。一般用
符号“ Wsh ”表示。
注意:刚性闭口系统无法向外输出轴功,仅
可有轴功的输入(通过能量转换或机械能的
直接传递)。
(c) 推挤功。推动流体通过控制体界面而传递
的机械功(为把工质移入具有一定压力的热
力系所需克服和消耗的能量)。(例:考察垂直
气缸中活塞移动 z 距离的做功)
的工质,在压力的作用下,移动了距离,则外界对工质的推动功为
1
1
式中的代表管道的截面积
(d) 流动功。流动过程中,系统与外界由于物质的进出而传递的机械功,为推挤功之差,用 Wf 表示。
或
2-2-2 焓
定义: 或
可见,焓是一个表示能量的状态参数。对于
开口系统,焓表示了随物质一起转移的能量。
(2-5)