清华大学工程热力学课件-第2章1.ppt

1、作业作业2-152-16温馨提示温馨提示1.1.答疑时间答疑时间：周六晚周六晚？2.2.望大家保管好望大家保管好“水和水蒸气水和水蒸气热力性质图表热力性质图表(包含包含5 5个附图个附图)”及及实验说明复印页实验说明复印页，以给他人，以给他人提供方便。提供方便。如有丢失，请按价赔偿。如有丢失，请按价赔偿。几种功的关系几种功的关系2t12swcgzwt()tqhwupvw quw()twpvwwwt(pv)c2/2wsgz做功的源泉做功的源泉(简单可压缩系简单可压缩系)ws对功对功的小结的小结2、开口系，开口系，系统系统与与外界交换的功为外界交换的功为 轴功轴功 ws 一般情况下忽略动、位能的变

2、化一般情况下忽略动、位能的变化1、闭口系，系统闭口系，系统与与外界交换的功为外界交换的功为 容积变化功容积变化功 wwt=ws简单可压系简单可压系 准静态时准静态时 技术功技术功dd()tp vpvw()twpvwd()twpvw准静态准静态dd()d(dd)dtwp vpvp vp v v pv pdtwv p准静态准静态ddqup vddqh v p热一律解析式之一热一律解析式之一热一律解析式之二热一律解析式之二dtwv p准静态下的准静态下的技术功在示功图上的表示技术功在示功图上的表示221 12 211ddv pp vpvp vt1 12 2wwpvp vt()wwpv12 1ba12

3、341 140 1a230 2b技术功为膨胀功与推进功差值的代数和技术功为膨胀功与推进功差值的代数和dp0，对外作功，对外作功2-6 稳定流动能量方程应用举例稳定流动能量方程应用举例s22/wzgchq热力学问题经常可忽略动、位能变化热力学问题经常可忽略动、位能变化例：例：c1=1 m/s c2=30 m/s (c22-c12)/2=0.449 kJ/kgz1=0 m z2=30 mg(z2-z1)=0.3 kJ/kg1bar下下,0 oC水的水的 h1=84 kJ/kg100 oC水蒸气水蒸气的的 h2=2676 kJ/kgsqhw 动力机械动力机械 能量方程能量方程sqhw 1)体积不大体

4、积不大2)流速差不大流速差不大3)时间短、保温层时间短、保温层q 0ws =-h =h1-h20输出的轴功是靠焓降转变的输出的轴功是靠焓降转变的压缩机械压缩机械 能量方程能量方程sqhw 1)体积不大体积不大2)流速差不大流速差不大3)保温层保温层q 0ws =-h =h1-h20输入的轴功转变为焓升输入的轴功转变为焓升换热设备换热设备 能量方程能量方程热流体放热量：热流体放热量：没有作功部件没有作功部件sqhw 热流体热流体冷流体冷流体h1h2s0w 21qhhh h1h2210qhhh 冷流体吸热量：冷流体吸热量：210qhhh 焓变焓变绝热节流绝热节流 能量方程能量方程绝热节流是绝热节流

5、是等等焓过程焓过程？h1h2sqhw 没有作功部件没有作功部件s0w 绝热绝热0q 0h12hh绝热节流过程，绝热节流过程，前后前后h不变，并非处处不变，并非处处h相等相等喷管和扩压管喷管和扩压管 能量方程能量方程喷管目的：喷管目的：降低压力，提高速度降低压力，提高速度扩压管目的：扩压管目的：动能与焓变相互转换动能与焓变相互转换降低速度，升高压力降低速度，升高压力动能参与转换，不能忽略动能参与转换，不能忽略s0w 0q s22/wzgchq0gz212ch 第二章第二章 小结小结 Summary1、热一律的本质热一律的本质：能量守恒与转换定律在热过程中的应用能量守恒与转换定律在热过程中的应用=

6、进入进入系统系统的的能量能量离开离开系统系统的的能量能量 系统系统能量能量 的的变化变化-第二章第二章 小结小结 (续续1)1)2outcvout2innetind/2/2QEhcgzmhcgzmW通用式通用式2、热一律表达式：热一律表达式：2cvoutout2innetind/2 /2QEhcgzmhcgzmW第二章第二章 小结小结 (续续2)2)稳流：稳流：mmminoutdEcv/=0s22/wzgchqtqhw 2outcvout2innetind/2/2QEhcgzmhcgzmW通用式通用式第二章第二章 小结小结 (续续3)3)闭口系：闭口系：outin0mm2outcvout2in

7、netind/2/2QEhcgzmhcgzmW通用式通用式netcvd/QEWdQEW第二章第二章 小结小结 (续续4)4)2outcvout2innetind/2/2QEhcgzmhcgzmW通用式通用式循环循环dEcv=0out=inWQ net WQ第二章第二章 小结小结 (续续5)5)孤立系：孤立系：2outcvout2innetind/2/2QEhcgzmhcgzmW通用式通用式netoutin0QWmmd0isoE第二章第二章 小结小结 (续续6)6)3、热力学第一定律表达式和适用条件、热力学第一定律表达式和适用条件任意过程，任意工质任意过程，任意工质quw dqup v 准静态过

8、程，任意工质准静态过程，任意工质s22/wzgchq稳流稳流过程，过程，任意工质任意工质sqhw 或或tqhw 忽略动、位忽略动、位能变化能变化第二章第二章 小结小结 (续续7)7)ddqup v4、准静态下两个热力学微分关系式准静态下两个热力学微分关系式 适合于闭口系和稳流开口系适合于闭口系和稳流开口系后续很多式子基于此两式后续很多式子基于此两式ddqhv p第二章第二章 小结小结 (续续8)8)5、u与与 h U,H 广延广延参数参数 u,h 比参数比参数 U 系统本身具有的内部能量系统本身具有的内部能量H 不是系统本身具有的能量，不是系统本身具有的能量，是开口系中随工质流动而携带的，是开

9、口系中随工质流动而携带的，取决于状态参数的能量取决于状态参数的能量 第二章第二章 小结小结 (续续9)9)6、四种功的关系四种功的关系 准静态过程准静态过程2t12swcgzw()twpvwdtwv pdwp v第二章第二章 讨论课讨论课 Discussion判断对误判断对误 工质膨胀是否一定对外作功工质膨胀是否一定对外作功？做功对象和做功部件做功对象和做功部件定容过程是否一定不作功定容过程是否一定不作功？开口系，技术功开口系，技术功定温过程是否一定不传热？定温过程是否一定不传热？相变过程（冰融化，水汽化）相变过程（冰融化，水汽化）dtwv p如水轮机如水轮机第二章第二章 讨论课讨论课 (续续

10、1)1)气体被压缩时一定消耗外功气体被压缩时一定消耗外功?热力学功指有用功热力学功指有用功p00ddWp Vp V对外作功指有用功对外作功指有用功第二章第二章 讨论课讨论课 (续续2)2)气体边膨胀边放气体边膨胀边放热可能的吗？热可能的吗？tQH W工质吸热，其温度反而降低，工质吸热，其温度反而降低，这种情况不可能，对否？这种情况不可能，对否？QU W000循环循环121 2 aUU121 2aWW1 21 21 2aaaQUW121212QUW思考题思考题4附图附图121 2aQQ121 2 tt aWW121 2 aHH121212tQHW1 21 21 2aat aQHW tWWQ 0

11、U 0 H第二章第二章 讨论课讨论课 (续续3)3)W q 习题习题2-2-14147m671mmm1m7771166m hm qm hm hW充气问题与取系统充气问题与取系统习题习题2-9 储气罐原有气体储气罐原有气体m0,u0输气管状态不变，输气管状态不变，h不变不变经经 时间充时间充气后，关阀，气后，关阀，储气罐中气体为储气罐中气体为m求：求：储气罐中气体储气罐中气体内能内能u 忽略动、位能变化，且管路、忽略动、位能变化，且管路、储气罐、阀门均绝热储气罐、阀门均绝热m0 u0h四种可取系统四种可取系统1）取储气罐为系统取储气罐为系统开口系开口系2）取最终罐中气体为系统取最终罐中气体为系统

12、闭口系闭口系3）取将进入储气罐的气体为系统取将进入储气罐的气体为系统m0 u0h闭口系闭口系4）取储气罐原有气体为系统取储气罐原有气体为系统闭口系闭口系1)1)取取储气罐为储气罐为系统系统(开口系开口系)忽略动位能变化忽略动位能变化hcvnet2outout2inind /2 /2QEWhcgzmhcgzm绝热绝热无作功部件无作功部件无离开气体无离开气体cvind0Eh mcvindUh m1)1)取取储气罐为储气罐为系统系统(开口系开口系)(续续)经经 时间充气，积分概念时间充气，积分概念hh是常数是常数cvindUh m00 0cvin0dmum mm uUh m000()mum uh m

13、m000()h mmm uum四种可取系统四种可取系统 2）1）取储气罐为系统取储气罐为系统开口系开口系2）取最终罐中气体为系统取最终罐中气体为系统闭口系闭口系3）取将进入储气罐的气体为系统取将进入储气罐的气体为系统m0 u0h闭口系闭口系4）取储气罐原有气体为系统取储气罐原有气体为系统闭口系闭口系2 2）取最终罐中气体为系统）取最终罐中气体为系统(闭口系闭口系)hm0m-m0QUW 绝热绝热000()Umum umm u0()Wmmpv 0000()()0mum umm ummpv000()0mum umm h000()h mmm uumm-m0四种可取系统四种可取系统3)3)1）取储气罐为

14、系统取储气罐为系统开口系开口系2）取最终罐中气体为系统取最终罐中气体为系统闭口系闭口系3）取将进入储气罐的气体为系统取将进入储气罐的气体为系统m0 u0h闭口系闭口系4）取储气罐原有气体为系统取储气罐原有气体为系统闭口系闭口系3)将进入储气罐的气体为系统将进入储气罐的气体为系统(闭口系闭口系)m0hm-m0QUW m-m0 与与m0有温差传热有温差传热Q100()()Umm umm u01()WmmpvW m-m0对对m0作功作功W110001()()()Qmm umm ummpvW1001()()Qmm umm hW?m-m0四种可取系统四种可取系统 4)4)1）取储气罐为系统取储气罐为系统

15、开口系开口系2）取最终罐中气体为系统取最终罐中气体为系统闭口系闭口系3）取将进入储气罐的气体为系统取将进入储气罐的气体为系统m0 u0h闭口系闭口系4）取储气罐原有气体为系统取储气罐原有气体为系统闭口系闭口系4 4）取储气罐）取储气罐原有原有气体为系统气体为系统(闭口系闭口系)m0hm-m0QUW m0与与m-m0有温差传热有温差传热Q1000Um um um0得得m-m0作功的作功的W110001Qm um uW1001()()Qmm umm hW?11QQ 11WW 4)4)取储气罐取储气罐原有原有气体为系统气体为系统(闭口系闭口系)(续续)m0hm-m010001Qm um uW1001

16、()()Qmm umm hW11QQ 11WW 1111()QWQW 00000()()()mm umm hm um u 000()mum umm h000()h mmm uum四种可取系统四种可取系统1）取储气罐为系统取储气罐为系统开口系开口系2）取最终罐中气体为系统取最终罐中气体为系统闭口系闭口系3）取将进入储气罐的气体为系统取将进入储气罐的气体为系统m0 u0h闭口系闭口系4）取储气罐原有气体为系统取储气罐原有气体为系统闭口系闭口系利用热一律的文字表达式利用热一律的文字表达式进进 出出 内能变化内能变化h内能变化：内能变化：0()mm h000()h mmm uum取储气罐为系统取储气罐

17、为系统(开口系开口系)进：进：出：出：000mum um0 u0总结总结1）系统不同，但结果相同，系统不同，但结果相同，取得巧，易处理。取得巧，易处理。开口系开口系反映为反映为质量质量携带携带焓焓2）若若m00，m0 u0h闭口系闭口系反映为作反映为作功功000()h mmm uumuh充气的终温（充气的终温（时）时）已知：理想气体已知：理想气体求：储气罐中气体求：储气罐中气体终温终温m0=0h两种算法两种算法/1.4pvcc uht=15vuc Tphc Tvpc tc to(/)21 Cpvtcc tvpc Tc To(/)403K130 CpvTcc TK?充气的终温（充气的终温（时）时）(续续)看看u与与h的零点是否相同的零点是否相同m0=0ht=15hupv00K理想气体理想气体u RT 0u(273.15 0)0h R0u 0h pVmRTpvRTuh