稳定流动能量方程的应用课件.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第三章 热力学第一定律,1,热力学,能和总能,分子动能（移动、转动、振动）,分子位能（相互作用）,核能 化学能,一、热力学能,U:,广延参数,kJ u :,比参数,kJ/kg,说明：,热力学能是状态量,注意：对理想气体,u=f(T),System,U,z,c,二、外部储存能,系统工质与外力场的相互作用 所具有的能量,如：重力位能,以外界为参考坐标的系统宏观运动所具有的能量,如：宏观动能,组成,三、系统的总能,外部储存能,宏观动能,Ek=mc,2,/2,宏观位能,Ep=mgz,机械能,系统总能,E,=,U,+,E,k+,E,p,e=u+ek+ep,一般与系统同坐标，常用,U,dU,u,du,2,系统与外界传递的能量,功,随物质传递的能量,热量,外界热源,外界功源,外界质源,系,统,一、热量,kJ,或,kcal,且,l kcal=4.1868kJ,定义：,在温差作用下,系统与外界通过界面传递的能量规定,:,特点,:,是传递过程中能量的一种形式，与热力过程有关,系统吸热热量为正，系统放热热量为负,单位：,二、功,除温差以外的其它不平衡势差所引起的系统与外界传递的能量,.,1,膨胀功,W,：,2.,轴功,Ws:,在力差作用下，通过系统容积变化与外界传递的能量。

规定,:,系统对外作功为正，外界对系统作功为负系统与外界通过转轴传递的机械功,定义,:,单位：,l J=l Nm,种类,:,膨胀功是热变功的源泉,三、随物质传递的能量,1,流动工质本身具有的能量,2,流动功,(,或推动功,),为推动流体通过控制体界面而传递的机械功,.,p,p,s,f,s1,p1,f1,p2,s2,f2,注意,:,取决于控制体进出口界面工质的热力状态,.,由泵、风机等提供,推动,1kg,工质进、出控制体时需流动净功,控制体,1,2,对流动功的说明,1、与宏观流动有关，流动停止，,流动,功不存在,2,、作用过程中，工质仅发生位置变化，无状态变化,3,、,wf,pv,与所处状态有关，是状态量,4,、并非工质本身的能量（动能、位能）变化引起，,而由外界做出，流动工质所携带的能量,四、焓及其物理意义,对于,m,千克工质：,焓的定义式：,焓,=,热力学能,+,流动功,焓的物理意义：,1,对流动工质,(,开口系统,),，表示沿流动方向传递的总能量中，取决于热力状态的那部分能量,.,思考：特别的对理想气体,h=f(T),对于,1,千克工质：,2.,对不流动工质,(,闭口系统,),，焓只是一个复合状态参数,进入系统的能量,-,离开系统的能量,=,系统中储存能量的增加,建立能量方程的基础：,3,闭口系能量方程,一、闭口系能量方程,E,Q,W,E,Q,W,对于可逆过程,对于微元过程：,对,1kg,工质：,二、循环中的热力学第一定律,1,3,4,2,v,p,三、理想气体热力学能变化量计算,适用于理想气体一切过程或者实际气体定容过程,用定值比热计算,:,用平均比热计算,:,理想气体组成的混合气体的热力学能：,用真实比热计算,:,例题,3-1,过程,W,Q,U,12,23,41,34,1390,0,0,0,-1000,-395,0,例题,3-2,有一绝热刚性容器，有隔板将其分为,A,、,B,两部分，开始时，,A,中盛有,TA=300K,，,pA=0.1Mpa,，,VA=0.5m,3,的空气；,B,中盛有,TB=350K,，,pB=0.5Mpa,，,VB=0.2m,3,的空气，求打开隔板后两容器达到平衡时的温度和压力。

思考题,有一绝热刚性容器，有隔板将其分为,A,、,B,两部分，开始时，,A,中盛有参数为,TA,，,pA,的空气；,B,中为真空，求打开隔板后容器达到平衡时的温度和压力定量空气在气缸内体积从,0.9m,3,可逆膨胀到,1.4m,3,，过程中压力保持不变,p=0.2MPa,，已知初始温度,25,求,：,(1),此过程中空气吸入或放出的热量，,(2),若活塞的质量为,20kg,，且初始时静止，求终态时活塞的速度已知环境压力,p0=0.1Mpa,补充练习,E,Q,W,4,开口系统能量方程,推导,能量守恒原则：,进入系统的能量,-,离开系统的能量,=,系统储存能量的变化,z1,z2,ws,u1,p1,v1,c1,Q,u2,p2,v2,c2,1,2,dEcv,m1,m2,到,+d,时刻内,进入控制体的能量,流出控制体的能量,控制体储存能的变化,由热力学第一定律,z1,z2,ws,u1,p1,v1,c1,Q,u2,p2,v2,c2,1,2,dEcv,m1,m2,例题,3-3,充气问题,:,充气前真空，罐壁绝热，充气总管参数恒定储气罐,阀门,P1=1Mpa,T1=300K,或 遵循基本原则,流入：,h,in,m,in,流出：,0,内增：,u,m,充气问题（延伸）,取气罐为系统。

考虑一股流体流入，无流出,已知储气罐中原有的空气质量,m,1,，热力学能,u,1,，压力,p,1,，温,度,T,1,充气后，储气罐内气体,质量为,m,2,，热力学能,u,2,，忽略,动能差与位能差，且容器为刚,性绝热导出,u,2,与,h,的关系式解：,方法一,忽略气体动能和位能,容器为刚性绝热,容器 静止,积分,取终态时气罐内全部（,m,2,）空气为封闭系,Q,：,容器刚性绝热充入气体与管内气体温度相等,Q,=0,闭口系能量方程,Q,=,U,+,W,方法二,讨论：,1,）非稳态流动问题可用一般能量方程式也可用基本原则在一些条件下，后者常更方便2,）能量方程中若流体流出、入系统，物质能量用,h,，若不流动用,u,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,4,）不可逆过程的功可尝试从外部参数着手从已知条件逐步推向目标,从目标反过来缺什么补什么,5,开口系统,稳态流动能量方程,稳定流动条件下,每截面状态不变：,一、稳态流动能量方程,微元过程,二、技术功,技术功,对微元过程,对可逆过程,技术功在示功图上的表示,三、理想气体焓变的计算,用定值比热计算,:,用平均比热计算,:,适用于理想气体的一切热力过程或者实际气体的定压过程,用真实比热计算,理想气体组成的混合气体的焓：,例题,3-4,某气体在压气机内被压缩，压缩前的参数：,p1=100Kpa,，,v1=0.845m,3,/kg,，压缩后：,p2=800Kpa,，,v2=0.175m,3,/kg,。

设压缩过程每千克气体热力学能增加,150kJ,，同时向外放热,50kJ,，压气机每分钟产生压缩气体,10kg,求：,（,1,）压缩过程对每,kg,气体所做的压缩功；,（,2,）每产生,1kg,压缩气体所需的轴功；,（,3,）带动此压气机要用多大功率的电动机；,（,4,）压缩前后气体的焓变一、汽轮机等动力机械,q=h+wt,q=h+c,2,/2+gz+ws,现,q=0;c,2,=0;z=0,故,ws=-h=h1-h2,c1,c2,6,稳定流动能量方程的应用,二、压气机、泵和风机,q=h+c,2,/2+gz+ws,现,q=0 c,2,=0 z=0,故,-,ws=h=h2-h1,三、锅炉和各种热交换器,q=h+ws,现,ws,=0,q=h=h2-h1,cf2,cf1,近似为,0,四、喷管,q=h+c,2,/2+gz+ws,现,q=0 z=0,ws=0,c1,c2,五、绝热节流,q=h+c,2,/2+gz+ws,现,q=0 wt=0,故,h=0,即,h1=h2,c1,c2,例题,3-5,流体以,c1=3m/s,的速度通过直径,7.62cm,的管路进入动力机，进口处,h1=2558.6kJ/kg,，热力学能,2326kJ/kg,，压力,p1=689.48kPa,，动力机出口,h2=1395.6kJ/kg,。

忽略流体动能和位能的变化，求动力机发出的功率，设过程绝热例题,3-6,空气流量用装在空气管道中的电加热器测量电加热器前后的空气温度用温度计测量加热器功率恒定为,750W,，通电后电加热器前后空气温度,t1=15,，,t2=18.1,空气加热器后压力,116kPa,，管径,d=0.09m,空气定压比热,1.01kJ/,（,kg.K,）求,：每小时空气质量流量，及空气加热器后的流速t1,t2,风机连同空气加热器，空气进入风机时的参数：,p1=100kPa,，,t1=0,，风量,V=2000m,3,/h,通过加热器后空气温度,t2=150,，压力保持不变风机功率,P=2kW,设空气比热容为定值，忽略系统散热损失风机,加热器,例题,3-7,本章重点,本章基本要求,深刻理解热量、储存能、功的概念，深刻理解热力学能、焓的物理意义,理解膨胀（压缩）功、轴功、技术功、流动功的联系与区别,本章重点,熟练应用热力学第一定律解决具体问题,习题：,3-3,，,3-7,，,3-9,，,3-12,，,3-15,，,3-20,。