1、定义：定义：H=U+pV h=u+pv单位：单位：J（kJ）J/kg（kJ/kg）焓的物理意义：焓的物理意义：系统因引进系统因引进(或排出或排出)工质而获得工质而获得(输输出出)的总能量。的总能量。工质的焓和热力学能一样，无法测工质的焓和热力学能一样，无法测定其绝对值。在热工计算中关心的是定其绝对值。在热工计算中关心的是两个状态间焓的变化，因此，可选取两个状态间焓的变化，因此，可选取某一状态的焓值为零作为计算基准。某一状态的焓值为零作为计算基准。满足状态参数的一切特征。满足状态参数的一切特征。H=U+pV h=u+pvh=f(p，v)1.普遍方程普遍方程进入系统的能量进入系统的能量 离开系统的
2、能量离开系统的能量=系统储存能的变化系统储存能的变化适用于任何系统、任何过程适用于任何系统、任何过程 工质从外界吸收热量工质从外界吸收热量Q；从状态；从状态1变化到状态变化到状态2；对外界作膨胀功；对外界作膨胀功W。Q热热 功的基本表达式功的基本表达式W进入系统的能量进入系统的能量 离开系统的能量离开系统的能量=系统储存能的变化系统储存能的变化适用于闭口系任何过程适用于闭口系任何过程。对于准静态过程，对于准静态过程，TdsqTdSQTds=du+pdv Tds=u+pdv3)对于循环，对于循环，2)对于可逆过程，对于可逆过程，l系统吸热系统吸热Q为正，放热为正，放热Q为负；为负；l系统对外作功
3、系统对外作功W为正，反之为负；为正，反之为负；l系统热力学能增大系统热力学能增大U为正，反之为负。为正，反之为负。解：解：取气体为热力系统，由热力取气体为热力系统，由热力学第一定律解析式：学第一定律解析式：所以：所以：如图，一定量的气体在汽缸内体积由如图，一定量的气体在汽缸内体积由0.9m3可逆可逆地膨胀到地膨胀到1.4m3，过程中气体压力保持定值，且，过程中气体压力保持定值，且p=0.2MPa。若在此过程中气体热力学能增加。若在此过程中气体热力学能增加12000J，求：，求：（1）过程中气体吸入或放出的热量；）过程中气体吸入或放出的热量；（2）如果活塞质量为）如果活塞质量为20kg，且初始时
4、活塞静止，且初始时活塞静止，求终态时活塞的速度。求终态时活塞的速度。已知环境压力已知环境压力p0=0.1MPa。（1）取汽缸内的气体为热力系，）取汽缸内的气体为热力系，为一闭口系，其能量方程为：为一闭口系，其能量方程为：由题意有：由题意有：由于过程可逆，且过程中压力保持恒定，所由于过程可逆，且过程中压力保持恒定，所以有：以有：所以：所以：因此，过程中气体自外界吸热因此，过程中气体自外界吸热112000J。（2）气体对外界作功，一部分用于排斥活塞背面的）气体对外界作功，一部分用于排斥活塞背面的大气作功大气作功Wr，另一部分转变成活塞的动能增加，为，另一部分转变成活塞的动能增加，为 Wu（有用功）
5、。（有用功）。由有用功的表达式有：由有用功的表达式有：因为因为所以所以如图，气缸内充以空气，活塞及负载如图，气缸内充以空气，活塞及负载195kg，缸，缸壁充分导热，取走壁充分导热，取走100kg负载，待平衡后，求：负载，待平衡后，求：（1）活塞上升的高度）活塞上升的高度H;（2）气体在过程中作的功，已知）气体在过程中作的功，已知 取缸内气体为闭口系取缸内气体为闭口系首先计算状态首先计算状态1及状态及状态2的参数：的参数：突然取走突然取走100kg负载，气体负载，气体失去平衡，振荡后最终建立新失去平衡，振荡后最终建立新的平衡。虽不计摩擦，但由于的平衡。虽不计摩擦，但由于非准静态，故过程不可逆，但
6、非准静态，故过程不可逆，但仍可应用第一定律解析式。仍可应用第一定律解析式。(缸壁充分导热缸壁充分导热)分析：分析：（1）过程中质量）过程中质量m不变不变（2）由于过程不可逆，所以）由于过程不可逆，所以但是，外力但是，外力 在此过程中没有变，在此过程中没有变，所以有：所以有：如图，已知活塞与气缸无摩擦，初始时如图，已知活塞与气缸无摩擦，初始时p1=pb=105Pa，t1=27，缓缓加热，使缓缓加热，使p2=0.15MPa，t2=207 。若m=0.1kg，缸径，缸径=0.4m，空气，空气求：过程加热量求：过程加热量Q分析大多数实际热力设备时，常采用开口系统即控制容积的分析方法Q123=U143+
7、W143=U123+W143闭口系统的能量方程式虽不计摩擦，但由于非准静态，故过程不可逆，但仍可应用第一定律解析式。虽然能量方程形式不同，但开口系所做的功，究其根源任然是工质的膨胀功。流进系统：wC=(h2 h1)+q=wi=wt求终态时活塞的速度。不是 pdv只有在开口系中能量方程才用焓工质从外界吸收热量Q；例 2-8充气问题（延伸）因此，过程中气体自外界吸热112000J。已知环境压力p0=0.方法二 取终态时气罐内全部(m2)空气为封闭系5kJ)+15kJ=-62.突然取走100kg负载，气体失去平衡，振荡后最终建立新的平衡。h1 h2=wi=wt同一截面上各点的温度和压力可近似认为不变
8、；适用条件：任何流动工质根据题意可得根据题意可得 U：下面求下面求W过程可逆，所以可以用过程可逆，所以可以用 求解。求解。在整个过程中，在整个过程中，所以有：所以有：W大气大气W弹力弹力一个装有一个装有2kg工质的闭口系统经历如下过程：过程工质的闭口系统经历如下过程：过程中散热中散热25kJ，外界对系统作功，外界对系统作功100kJ，比热力学能，比热力学能减小减小15kJ/kg，并且整个系统被举高了，并且整个系统被举高了1000m。确。确定过程中系统动能的变化。定过程中系统动能的变化。解：需要考虑系统动能及位能的变化，运用热力学解：需要考虑系统动能及位能的变化，运用热力学第一定律有：第一定律有
9、：即系统的动能增加了即系统的动能增加了85.4kJ.一闭口系从状态一闭口系从状态1沿沿1-2-3途径到状态途径到状态3，传递给外，传递给外界的热量为界的热量为47.5kJ，而系统对外作功为，而系统对外作功为30kJ，如图，如图所示。所示。（1）若沿）若沿1-4-3途径变化时，系统途径变化时，系统对外作功对外作功15kJ，求过程中系统与外，求过程中系统与外界传递的热量。界传递的热量。（2）若系统从状态）若系统从状态3沿图示曲线途沿图示曲线途径到达状态径到达状态1，外界对系统作功，外界对系统作功6kJ，求该过程中系统与外界传递的热量。求该过程中系统与外界传递的热量。（3）若）若U2=175kJ，U
10、3=87.5kJ，求过程求过程2-3传递的热量及状态传递的热量及状态1的热的热力学能。力学能。对途径对途径1-2-3，由闭口系统能量，由闭口系统能量 方程得：方程得：U123=U3 U1=Q123 W123 =(-47.5kJ)30kJ=-77.5kJ（1）对途径）对途径1-4-3，由闭口系统能量方程得：，由闭口系统能量方程得：Q123=U143+W143=U123+W143 =(-77.5kJ)+15kJ=-62.5kJ（系统（系统向外界放热）向外界放热）（1）若沿）若沿1-4-3途径变化时，系统途径变化时，系统对外作功对外作功15kJ，求过程中系统与外，求过程中系统与外界传递的热量。界传递
11、的热量。对途径对途径3-1，可得到：，可得到：Q31=U31+W31=(U1 U3)+W31 =77.5kJ+(-6kJ)=71.5kJ（2）若系统从状态）若系统从状态3沿图示曲线途沿图示曲线途径到达状态径到达状态1，外界对系统作功，外界对系统作功6kJ，求该过程中系统与外界传递的热量。求该过程中系统与外界传递的热量。对途径对途径2-3，有，有 ，则则 Q23=U23+W23=U3 U2=87.5kJ-175kJ=-87.5kJ U1=U3 U123=87.5kJ (-77.5kJ)=165kJ（3）若）若U2=175kJ，U3=87.5kJ，求过程求过程2-3传递的热量及状态传递的热量及状态
12、1的热的热力学能。力学能。分析大多数实际热力设备时，常分析大多数实际热力设备时，常采用开口系统即采用开口系统即控制容积控制容积的分析的分析方法方法同一截面上各点的温度和压力可近似认同一截面上各点的温度和压力可近似认为不变；为不变；认为同一截面上各点有相同的流速。认为同一截面上各点有相同的流速。Wi Q min moutuinuoutgzingzout212inc212outc能量守恒原则能量守恒原则进入的能量进入的能量-离开的能量离开的能量=系统储存能量的变化系统储存能量的变化h1 h2=wi=wt工质从外界吸收热量Q；4m3，过程中气体压力保持定值，且流进系统：Q+min(u+c2/2+gz
13、)in系统吸热Q为正，放热Q为负；流出：0首先计算状态1及状态2的参数：已知环境压力p0=0.（2）若系统从状态3沿图示曲线途径到达状态1，外界对系统作功6kJ，求该过程中系统与外界传递的热量。虽不计摩擦，但由于非准静态，故过程不可逆，但仍可应用第一定律解析式。虽然能量方程形式不同，但开口系所做的功，究其根源任然是工质的膨胀功。（1）取汽缸内的气体为热力系，为一闭口系，其能量方程为：（2）气体对外界作功，一部分用于排斥活塞背面的大气作功Wr，另一部分转变成活塞的动能增加，为 Wu（有用功）。取缸内气体为闭口系虽然能量方程形式不同，但开口系所做的功，究其根源任然是工质的膨胀功。H=U+pV h=
14、u+pv流出：04）不可逆过程的功可尝试从外部参数着手q=h2 h1 Wi Q min moutuinuoutgzingzout212inc212outc Q+min(u+c2/2+gz)in-mout(u+c2/2+gz)out -Wi=dEcv？少了少了推动功推动功推动功推动功pApVdl W推推=p A dl=pV w推推=pv注意：注意：不是不是 pdv v没有变化没有变化 Wi Qpvin moutuinuoutgzingzout212inc212outc Q+min(u+c2/2+gz)in-mout(u+c2/2+gz)out -Wi=dEcv minpvout Q+min(u+
15、pv+c2/2+gz)in-Wi-mout(u+pv+c2/2+gz)out =dEcv工程上常用工程上常用流率流率dQdmqmdWPiiiinminoutmoutCVPqgzcpvuqgzcpvuddE,2,222流动时，总一起存在流动时，总一起存在焓焓inminoutmoutiCVqgzcpvuqgzcpvuPddE,2,222inminoutmoutiCVqgzchqgzchPddE,2,222当有多个进出口：当有多个进出口：inminoutmoutiCVqgzchqgzchPddE,2,222 Wi Q min mout稳定流动条件稳定流动条件2const1moutminmqqq,3状
16、态不随时间变化状态不随时间变化0ddECV稳定流动条件稳定流动条件,/0C VdEmoutminmqqq,constinminoutmoutiCVqgzchqgzchPddE,2,2220mqmq比参数比参数iminmoutPqgzchqgzch2222qqmimiwqP iinoutwgzchgzchq2222iwzgchq221适用于闭口系任何过程。充气后，储气罐内气体质量为m2，热力学能u2，忽略动能差与位能差，且容器为刚性绝热。（2）气体在过程中作的功，已知（2）若系统从状态3沿图示曲线途径到达状态1，外界对系统作功6kJ，求该过程中系统与外界传递的热量。qm1（h1 h2）=qm2（
17、h4 h3）wC=(h2 h1)+q=wi=wtU1=U3 U123=87.q=h2 h1已知环境压力p0=0.已知环境压力p0=0.Q+min(u+c2/2+gz)in对途径2-3，有 ，系统热力学能增大U为正，反之为负。虽然能量方程形式不同，但开口系所做的功，究其根源任然是工质的膨胀功。工质流动时截面突然收缩，压力下降。稳定流动能量方程的推导2)技术功wt(technical work)=(-47.4）不可逆过程的功可尝试从外部参数着手=(-77.适用条件：任何流动工质适用条件：任何流动工质 任何稳定流动过程任何稳定流动过程iwzgchq221工质对机器工质对机器所作的功所作的功机械能增量
18、机械能增量流动功流动功热能转变成功的热能转变成功的部分：工质的体部分：工质的体积变化功积变化功(q=u+w)iwzgchq221：q-u=w对可逆过程：对可逆过程：dp为负，压力降低为负，压力降低,技技术功为正，即工质对术功为正，即工质对机器做功；机器做功；(汽轮机汽轮机)dp为正，压力升高为正，压力升高,技技术功为负，即机器对术功为负，即机器对工质做功。工质做功。(压气机压气机)把把Wt的概念代入到稳定流动能量方程式，可得到第的概念代入到稳定流动能量方程式，可得到第二解析式：二解析式：对可逆过程有：对可逆过程有：iwzgchq221A.通过膨胀，热能通过膨胀，热能 功功;B.两解析式可相互导
19、出两解析式可相互导出;C.只有在开口系中能量方程才用焓只有在开口系中能量方程才用焓vdpdhwdhqtwdupdvduvdppvud)(l虽然能量方程形式不同，但开口系所做虽然能量方程形式不同，但开口系所做的功，究其根源任然是工质的膨胀功。的功，究其根源任然是工质的膨胀功。iwzgchq221流进系统：流进系统：u1+p1v1=h1内部储存能增量：内部储存能增量：0流出系统：流出系统：u2+p2v2=h2，wih1 h2=wi=wtwC=(h2 h1)+q=wi=wtCwh,1 流进系统：流进系统：内部储存能增量：内部储存能增量：0 流出系统：流出系统：qh,2进入的能量-离开的能量=系统储存
20、能量的变化流进系统：系统吸热Q为正，放热Q为负；1）确定研究对象选好热力系统；因此，过程中气体自外界吸热112000J。3）两种思路：从已知条件逐步推向目标4m3，过程中气体压力保持定值，且则 Q23=U23+W23=U3 U2=87.分析大多数实际热力设备时，常采用开口系统即控制容积的分析方法h1 h2=wi=wtdp为正，压力升高,技术功为负，即机器对工质做功。进入的能量-离开的能量=系统储存能量的变化U123=U3 U1=Q123 W123系统对外作功W为正，反之为负；2-5热力学第一定律的基本能量方程式适用于闭口系任何过程。说明理想气体的热力学能增大，这是由随进入工质而进入的推动功转换
21、成热能所致即使向真空系统输送，也需要推动功！在热工计算中关心的是两个状态间焓的变化，因此，可选取某一状态的焓值为零作为计算基准。5kJ，求过程2-3传递的热量及状态1的热力学能。进入系统的能量 离开系统的能量q=h2 h1q=h2 h1qm1（h1 h2）=qm2（h4 h3）如果等式左边如果等式左边 q 由另一种由另一种工质经该过程的换热量，工质经该过程的换热量，即两种流体相互交换热量即两种流体相互交换热量1h2h3h4h2mq2mq1mq1mq流进系统：流进系统：qm1h1，qm2h3流出系统：流出系统：qm1h2，qm2h4124312mmqhhhhq(cf22 cf12)=h1 h2
22、内部储存能增量：内部储存能增量：0 流进系统：流进系统：流出系统：流出系统：h1=h2工质流动时截面突然收缩，压力下降。工质流动时截面突然收缩，压力下降。h1h2p1p2扰动扰动1）确定研究对象）确定研究对象选好热力系统；选好热力系统；2）计算过程初、终态；）计算过程初、终态；3）两种思路：）两种思路：从已知条件逐步推向目标从已知条件逐步推向目标 从目标反过来缺什么补什么从目标反过来缺什么补什么4）不可逆过程的功可尝试从外部参数着手）不可逆过程的功可尝试从外部参数着手0.1MPa，20的空气，在压气机中绝热压的空气，在压气机中绝热压缩升压升温，然后导入换热器排走部分热缩升压升温，然后导入换热器
23、排走部分热量后，再进入喷管膨胀到量后，再进入喷管膨胀到0.1MPa，20。喷管出口截面积喷管出口截面积A=0.0324m2，气体流速气体流速cf2=300m/s。已知压气机耗功率。已知压气机耗功率710kW，问换热器中空气散失的热量。问换热器中空气散失的热量。解：对对CV列能量方程列能量方程流入：流入：流出：流出：内增：内增：0据题义据题义，Pcqfm2221或稳定流动能量方程或稳定流动能量方程黑箱技术黑箱技术2222121fmmfmcqPPzgqcqH解：取解：取A为为CV22ff11d22CVoutinoutinQEhcgzmhcgzmW容器刚性绝热容器刚性绝热000outmWQ忽略动能差
24、及位能差，则忽略动能差及位能差，则 若容器若容器A为刚性绝热为刚性绝热初态为真空，打开阀门初态为真空，打开阀门充气，使压力充气，使压力p2=4MPa时截止。若空气时截止。若空气u=0.72T求容器求容器A内达平衡后温度内达平衡后温度T2及充入气体量及充入气体量m。非稳定开口系非稳定开口系充气问题充气问题)(muddEmhCVinin系统因引进(或排出)工质而获得(输出)的总能量。q=h2 h1已知压气机耗功率710kW，问换热器中空气散失的热量。工质流动时截面突然收缩，压力下降。h1 h2=wi=wt在热工计算中关心的是两个状态间焓的变化，因此，可选取某一状态的焓值为零作为计算基准。2-6 开
25、口系统能量方程式15MPa，t2=207 。定过程中系统动能的变化。2-6 开口系统能量方程式同一截面上各点的温度和压力可近似认为不变；说明理想气体的热力学能增大，这是由随进入工质而进入的推动功转换成热能所致即使向真空系统输送，也需要推动功！5kJ)30kJ=-77.只有在开口系中能量方程才用焓内增：m2u2-0工质从外界吸收热量Q；4m3，过程中气体压力保持定值，且任何稳定流动过程（1）取汽缸内的气体为热力系，为一闭口系，其能量方程为：2)技术功wt(technical work)由由5g40 10132.87kg287 423.99pVmR T221122umumummhii22305.3
26、423.99K150.84 C0.72ihuT即2im m因输气管中参数不变，所以因输气管中参数不变，所以hin为常数，所以：为常数，所以：)(muddEmhCVinin)(mudmhinin 流入：流入：hin min 流出：流出：0 内增：内增：m2u2-0uhin进入系统的能量进入系统的能量 离开系统的能量离开系统的能量=系统储存能的变化系统储存能的变化22ummhii1）非稳态流动问题可用一般能量方程式也）非稳态流动问题可用一般能量方程式也 可用可用基本原则基本原则，在某些条件下，后者更，在某些条件下，后者更方便。方便。2）能量方程中若流体流入、流出系统，物）能量方程中若流体流入、流出
27、系统，物质能量用质能量用h，若，若不流动用不流动用u。3）t2=150.84t1=30？说明理想气体的热力学能增大，这是由说明理想气体的热力学能增大，这是由随进入工质而进入的推动功转换成热能随进入工质而进入的推动功转换成热能所致所致即使向真空系统输送，也需要即使向真空系统输送，也需要推动功！推动功！已知储气罐中原有的空气质量已知储气罐中原有的空气质量m1，热力学能，热力学能u1，压力，压力p1，温温度度T1。充气后，储气罐内气体充气后，储气罐内气体质量为质量为m2，热力学能热力学能u2，忽略忽略动能差与位能差，且容器为刚动能差与位能差，且容器为刚性绝热。导出性绝热。导出u2与与h的关系式。的关
28、系式。解：取气罐为系统。考虑一股流体流解：取气罐为系统。考虑一股流体流入，无流出入，无流出方法一方法一m1111Tpu方法二方法二 取终态时气罐内全部取终态时气罐内全部(m2)空气为封闭系空气为封闭系闭口系闭口系 Q=U+WQ：容器刚性绝热：容器刚性绝热Q=0m1方法三方法三 取充入气罐的取充入气罐的m2-m1空气为闭口系空气为闭口系与管内气体交换的功与管内气体交换的功与容器内原有气体交换的功与容器内原有气体交换的功 仅与容器内原有气体换热仅与容器内原有气体换热2)技术功wt(technical work)只有在开口系中能量方程才用焓认为同一截面上各点有相同的流速。wC=(h2 h1)+q=wi=wt进入的能量-离开的能量=系统储存能量的变化技术上可以加以利用的功：5kJ，而系统对外作功为30kJ，如图所示。15MPa，t2=207 。通过膨胀，热能 功;4m3，过程中气体压力保持定值，且wC=(h2 h1)+q=wi=wtQ+min(u+c2/2+gz)in工质从外界吸收热量Q；=系统储存能的变化5kJ-175kJ=-87.84t1=30？进入系统的能量 离开系统的能量3）两种思路：从已知条件逐步推向目标通过膨胀，热能 功;1）确定研究对象选好热力系统；另取原罐内另取原罐内m1kg空气为闭口系，空气为闭口系，代入（代入（A）式，整理得）式，整理得
