高等工程热力学第2章
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1、第二章 第一定律 瞬变流动 第一节第一节 热力学第一定律热力学第一定律 热力学第一定律热力学第一定律：自然界中的一切物质都具有能：自然界中的一切物质都具有能量；能量有各种不同形式，并能从一种形式转化量；能量有各种不同形式，并能从一种形式转化为另一种形式；在转换中，能量的总数保持不变。为另一种形式；在转换中，能量的总数保持不变。 热力学第一定律的一般表达式为：热力学第一定律的一般表达式为： （2-1a2-1a） 式（式（2-12-1）中：）中：Q Q表示热力系统与外界交换的热量，表示热力系统与外界交换的热量，习惯上系统吸热取正值，系统放热取负习惯上系统吸热取正值，系统放热取负值；值； ，表示热力
2、系初、终态总能量的，表示热力系初、终态总能量的QEW 21EEE第二章 第一定律 瞬变流动 变化；变化；W W表示热力系与外界交换的功，习惯上系表示热力系与外界交换的功，习惯上系统对外做功取正值，外界对系统做功取负值。统对外做功取正值，外界对系统做功取负值。 对单位质量而言，式（对单位质量而言，式（2-1a）可写成）可写成 （2-1b2-1b） 对微元过程而言，相应有对微元过程而言，相应有 （2-1c2-1c） （2-1d2-1d） qew QdEWqdew第二章 第一定律 瞬变流动 对于闭口系统，系统是静止的，由略去位能对于闭口系统，系统是静止的，由略去位能变化时，则得到变化时，则得到 故式
3、（故式（2-1）中各式可相应写成）中各式可相应写成 (2-2a) (2-2b) (2-2c) (2-2d) QUW quw QdUWqduwEU 第二章 第一定律 瞬变流动 对于简单可压缩系统，除了容积功以外还可能对于简单可压缩系统，除了容积功以外还可能存在轴功和电功等，但是，当热力系进行可逆过存在轴功和电功等，但是，当热力系进行可逆过程时，则不存在这类通过耗散效应输入的功，而程时，则不存在这类通过耗散效应输入的功，而只有容积功，即只有容积功，即 于是于是 （2-3a2-3a） （2-3b2-3b） WpdVQdUpdVqdupdv第二章 第一定律 瞬变流动 对于开口系统，需要考虑系统的动能和
4、位能，对于开口系统，需要考虑系统的动能和位能，则其热力学第一定律表达式可表示成则其热力学第一定律表达式可表示成 （2-4a2-4a） 上式还可以表示成上式还可以表示成 （2-4b2-4b） 其中，其中， 表示技术功，表示技术功， 表示焓差。表示焓差。 当热力系进行可逆过程，而只有容积功时可当热力系进行可逆过程，而只有容积功时可写成写成 （2-4c2-4c）222222111111()()22qw m hcgzm hcgztqwh twhTdsVdph 第二章 第一定律 瞬变流动 第二节第二节 瞬变流动瞬变流动 定义：流动中，如控制容积内各处状态随时变化，定义：流动中，如控制容积内各处状态随时变
5、化，则称则称瞬变流动瞬变流动。 在热力学研究中，为方便起见，我们把瞬变在热力学研究中，为方便起见，我们把瞬变流动的刘看作理想气体并采用定值摩尔热容。理流动的刘看作理想气体并采用定值摩尔热容。理想气体的状态方程为想气体的状态方程为 （2-5） 上式的微分形式为上式的微分形式为 （2-5a）pVmRTdpdVdm dTpVmT第二章 第一定律 瞬变流动 我们要讨论的我们要讨论的问题问题是是: : （1 1）充气与放气应作两种不同情况单独处理，在）充气与放气应作两种不同情况单独处理，在 我们的研究中，充气与放气不是同时进行的。我们的研究中，充气与放气不是同时进行的。 （2 2）平衡态热力学只能分析计
6、算充气或放气瞬变）平衡态热力学只能分析计算充气或放气瞬变 流动的结果如何，而不能回答过程随时间进行的流动的结果如何，而不能回答过程随时间进行的 细节。细节。 在我们的分析研究中，我们所用到的工具是：在我们的分析研究中，我们所用到的工具是：能量平衡方程、状态方程和质量平衡方程能量平衡方程、状态方程和质量平衡方程。为简单。为简单计，研究中把气体看作理想气体，并采用理想气体计，研究中把气体看作理想气体，并采用理想气体定值比热容分析计算。定值比热容分析计算。第二章 第一定律 瞬变流动 下面分别讨论充气与放气：下面分别讨论充气与放气： 一、充气一、充气 对刚性容器充气，控制容积不变，但对气缸充对刚性容器
7、充气，控制容积不变，但对气缸充气时体积要改变。而且，充气较快时，接近绝热充气时体积要改变。而且，充气较快时，接近绝热充气；如充气很慢，系统和外界随时保持热平衡，接气；如充气很慢，系统和外界随时保持热平衡，接近等温充气。所以分析计算要求随充气的具体情况近等温充气。所以分析计算要求随充气的具体情况而定。而定。第二章 第一定律 瞬变流动 1、刚性容器绝热充气、刚性容器绝热充气 已知：充气前的压力已知：充气前的压力 和温度和温度 ，高压管线，高压管线 的的 和和 ，终了压力，终了压力 。求充气终温。求充气终温 及充气量及充气量 取系统取系统:取储气罐为开口系取储气罐为开口系图图2-1 刚性容器充气刚性
