工程热力学：第二章 热力学第一定律_2.ppt

The First Law Of Thermodynamics第二章 热力学第一定律单进出口稳定开口系可逆过程能量方程技术功状态与达到状态路径无关可逆第二章 热力学第一定律2-1. 第一定律的建立2-2. 闭口系的能量方程2-3. 开口系的质量守恒方程2-4. 开口系的能量方程2-5. 能量方程的应用稳定流能量方程工程应用举例(1) 喷管与扩压管 (2) 涡轮与压气机 (4) 换热器(3) 节流阀 长时间运转于相同工况的装置可视为稳定流装置 喷管与扩压管喷管扩压管超音流截面面积变化方向相反喷管(nozzle) 为一种消耗压力而增加流体速度的装置扩压管(diffuser) 为一种将流体减速而增加压力的装置喷管和扩压管与外界的热传极小(因流体速度极快), 作功为零, 且位能改变可忽略 例空气在10C与80 kPa以200 m/s的速度稳定地流入扩压管,扩压管进口面积0.4 m2，比体积1.015m3/kg，比焓283.14kJ/kg与进口速度比较, 出口速度极小, 试求:(a) 空气的质量流量, (b) 空气离开扩压管的比焓解1.取扩压管空气为系统2.假设：例(a)(b)3.解题：涡轮与压气机压气机涡轮涡轮 (turbine)是流体对叶片作功压气机 (compressor), 泵(液体)及风扇(气体)等是叶片对流体作功, 热传量可以忽略; 而相对于焓变, 流体之动能与位能变化通常相对地很小, 故经常也不予考虑涡轮与压气机压气机水泵汽轮机例一絶热的蒸汽轮机之功率输出为5 MW, 若水蒸汽进口与出口情况如下图, 其中z1, z2 分别为进出口的高度, 求 (a) , (b) 单位质量水蒸汽对涡轮机所作的功（c) 水蒸汽的质量流率解1.取汽轮机蒸汽为系统2.假设：蒸汽：例蒸汽：(a)3.解题：(b)例蒸汽：(c)由换热器（锅炉、加热器等）(heat exchanger: boiler、heater etc.)换热器换热器 (heat exchanger)为两股流体进行非混合的热交换装置。

热交换器无功作用(wi =0), 每一流体动能与位能改变可忽略动势差,而热传递只在两流体间进行热流体：冷流体：例制冷剂R-134a在冷凝器内以水冷却, 进入冷凝器时制冷剂温度70C, 质量流量6 kg/min, 离开时温度35C冷却水进入冷凝器时温度15C, 离开时温度25C求:水的质量流量=? 解1.取整个冷凝器为系统2.假设：水制冷剂h1 = 62.99 kJ/gh2 = 104.89 kJ/gh3 = 302.34 kJ/gh4 = 98.78 kJ/g例水制冷剂h1 = 62.99 kJ/gh2 = 104.89 kJ/gh3 = 302.34 kJ/gh4 = 98.78 kJ/g3.解题：节流阀可调阀多孔塞毛细管节流孔板节流阀节流阀 (throttling vale) 为造成流体明显压力降的装置, 节流过程中, 位能与动能的改变及传热通常可忽略 ，则 由于流体分子之间有作用力, 压力降使分子间平均距离增加, 因而造成温度下降或上升的现象, 称为焦耳-汤姆逊效应(Joule-Thomson effect) 焦耳-汤姆逊节流实验(1852)(P257)焦耳-汤姆逊系数 0 降温保持状态1不变，改变流体的流量得出一组节流后状态点2a,2b,2c,2d非稳定流质量守恒方程方程(积分型)非稳定流能量方程(积分型)非稳定流能量方程应用举例(P128)控制体内的物质特性随时间而发生改变, 称为非稳定流或瞬态流过程例: 对刚性容器填充气体, 从压力容器排放流体, 汽球泄气储气罐充气与放气输气管储气罐物理模型：1.进口附近管道状态量均匀，稳定。

2.罐内气体的变化过程为准静态过程3.忽略管道气体动、势能，传热4.储气罐静止罐内强度量均布储气罐充气与放气已知储气罐中原有的空气质量m1，热力学能u1，压力p1，温度T1充气后，储气罐内气体质量为m2，热力学能u2，忽略动能与位能，且容器为刚性绝热导出u2与hin的关系式 例解11.取气罐为系统考虑一股流体流入，无流出2.假设：例3.解题：解2取终态时气罐内全部（m2）空气为封闭系假想初态终态解2涡扇发动机28制冷机冰箱29作业 习题 29 , 210 ， 216 , 218 。