对工质作功。蒸汽机、蒸汽轮机和燃气轮机属于前一种情况，活塞式压缩机和叶轮式压气机属于后一种情况。
技术功的微分形式
?wt??w?d?pv??pdv?pdv?vdp??vdp
第一定律第二解析式的微分形式为：?q?dh?vdp 第一解析式和第二解析式之间可相互推导。
第一解析式：?q??w?du?pdv?d?h?pv??pdv?dh?pdv?vdp?dh?vdp 第二解析式：?q?dh?vdp=d?u?pv??vdp?du?pdv?vdp?vdp?du??w
2.6 开口系统的能量方程的一般表达式
开口不稳定流动系统如图 d?时间内流入的能量：
dV1, cf1 1 p1 1 z1 δQ 基准面 ?Q??m1?u1?p1v1?c2f1?gz1?
流出的能量
??12??δWi ?Wi??m2?u2?p2v2?c2f2?gz2?
据能量守恒与转化定律：流入能量-
??12??2 dV2, cf2 2 p2 z2 流出能量=内部能量的增量，设内部能量的增量用dEcv表示（control volume），则上式
可整理为：
2?Q?dEcv??h2?c2?gz?m?h?cf22?2f1?gz1??m1??Wi ?1??12????12??说明：流入系统的能量，一部分变为系统储存的能量，其它的变为焓差及动势能差以及输出功。
令
?Q?m??，?qm， d?d?dEcv121???????h2?c2?gz2?qm,out???h1?c12?gz2?qm,in?Pi d?22??out??inji则上式变为：
??
对于闭口系统，dEcv?du，
?qm,in??qm,out＝0，?wi??w，则?q?du??w
m,in对于稳定流动系统：dEcv?0，
?q??qm,out ， 则?q?dh??wt
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例：分析一气瓶接入主管道的充气过程的能量方程。 条件：1）主管道的气体状态恒定； 2）气瓶是刚性的；
3）气瓶不是真空（开始u1，m1）
h0， p0， ，v0
分析：
说明：○1在气源中气体的比热力学能是u0，但随质量交换而交换的能量是比焓h0，即质量流的 能容量是h0而不是u0。充气过程中，系统增加的能量为m2u2?m0h0，既不是m2u2?m0u0；也不是m2h2?m0u0。终态时系统的比焓为h2?u2?p2v2。
2在绝热充气过程中，焓转变成热力学能，h0?u2，它是个不可逆过程。 ○
例：汽缸的一端通过阀门与稳定气源?pi,vi,Ti?相连，汽缸内有一活塞重块，以维持汽缸内压力，为常值。初态时，活塞在汽缸的1处，假定阀门调节到一定开度，使活塞在等压下缓慢地匀速上升，当活塞上升到终态2时关闭阀门。
分析：1Q?0??m2?m1?hi?W?m2u2?mu○11 2m1?0?pV1??m2?m1?hi?m2u2 ○
思考题
如图所示是焦耳和汤姆逊采用的多孔塞实验一个绝热管子中用棉花之类的物品作成一个多孔塞，使气体不容易通过。这样，塞子的一边可以维持较高的压力p1，另一边则维持较低的压力p2，气体不断地从p1一边经过多孔塞节流到p2的一边。实验中的流动过程
绝热体
1 多孔塞 2 2 1 ?pi,vi,Ti? 为绝热节流过程。试说明流体在多孔塞实验中从高压到低压的节流前后是一个总焓不变的过程，即H1?H2。
2.7能量方程式的应用
学会对于具体的热力设备中的热力过程进行简化，得出可供分析的热力方程。
一、 动力机
1千克工质对机器所作的功为：
h1 h1 wi
wi 20 h2 h2 wi???h?h1?h2
二、 压气机
1千克工质需作功wc为：
wc?wi?q??h?q??h2?h1?
三、换热器
q?h2?h1。
h1 q h2 c1，h1 c2，h2
四、管道
1千克工质动能的增加为：
12c2?c12?h1?h2 2??五、节流
h1?h2
1 h1 1
2 h2 2
本章小结
热力学第一定律。
??内部储存能—热力学能?储存能???外部储存能—宏观动能和宏观位能能量?
?迁移能?热量???功量?热力学能：1. 分子热运动形成的内动能；2. 分子间的相互作用形成的内位能；3. 维持一
定分子结构的化学能，原子核内部的原子能及电磁场作用下的电磁能等。
一、功的种类及计算
1. 体积变化功W（膨胀功）：
2. 内部功Wi：工质在机器内部对机器所作的功
3. 推动功和流动功：开口系因工质流动而传递的功称为推动功。
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4.技术功Wt：技术上可资利用的功。 5. 有用功和无用功
二、能量方程
1. 闭口系能量方程：Q?W??ECM??U??Ek??Ep
Q?W??U或Q?W??U
?Q?dU??W ?Q?dU?pdV
Q??U?W Q??U??pdV
?q?du??w ?q?du?pdv
2q??u?w q??u??pdv
1循环的热力学第一定律：?Q????W，任意一循环的净吸热量与净功量相等。
2. 稳定流动能量方程.
3. 一般开口系能量方程.
注意问题：应用能量方程时要注意q,w,wi,wt都有正负号的问题，要按规定使用，即系统吸热时热量取正值，放热时取负值。另外，要注意公式中每一项量纲的统一。
三、引入的两个新的状态参数：热力学能和焓
热力学能U，kJ，J；比热力学能u，kJ/kg，J/kg 焓H：H?U?pV
h?u?pv
四、能量方程的应用：
1要注意选好热力系。 ○
2对于闭口系写出闭口系能量方程。对于开口系，一般的热力设备除了启动、停止或○
加减负荷外，常处于稳定工况下，所以可以作稳定流动处理，即能量方程写成稳定流动能量方程。对于工程上的充、放气、容器泄漏以及上述热力设备的非稳定工况，能量方程需写成一般开口系的能量方程。
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3在针对具体问题，分析系统与外界的相互作用时，对于叶轮式机械，如燃气轮机、○
蒸汽轮机、叶轮式压气机等，以及喷管和节流阀等由于叶轮机械的外表面通常被很好地绝热，进行有效热传递的外表面面积很小，工质流过控制容积非常迅速，系统与外界来不及交换大量的热量，因此通常作为绝热处理，稳定流动能量方程中的热量项取为零。
除去喷管和扩压管这类使气流速度改变比较剧烈的设备外，在一般设备中，起来进出的动能、位能变化很小，可以忽略。稳定流动中的动、位能差项均取为零。
对于简单可压缩系，设备中若无活塞。转轴这类做功部件，闭口系能量方程中的功项，或开口系能量方程中的内部功项均取为零。如各种换热设备，其内部功均为零。
习题课（随课时安排）
简答题
1. 绝热真空刚性容器充入理想气体后，容器内的气体温度比充气前气体温度是高了、低了还是相等。
2. 解释开着冰箱门降温的错误所在。
1. 气体在某一过程中吸收了50J的热量，同时内能增加了84J，问此过程是膨胀过程还是压缩过程？与外界交换的功为多少？ 2. 氧气瓶的容积为.4m3，瓶中储有氧气，压力表上的读数是74bar，设氧气的内能等于8300kJ，求它的焓值。
3. 气缸内储有完全不可压缩的流体，气缸的一端被封闭，另一端是活塞。气缸是静止的，且与外界无热交换。试问：活塞能否对流体做功？流体的压力会改变吗？若使用某种方法把流体的压力从0.2MPa提高到4MPa，内能有无变化？焓有无变化？
4. 一闭口系从状态1沿1－2－3途径到状态3，传递给外界的
p 热量为47.5kJ，而系统对外做功为30kJ。（1）若沿1-4-3途径
1 2 变化时，系统对外做功为15kJ，求过程中系统与外界传递的
热量
4 3 5. 某燃气轮机装置，如图所示，已知在各截面处的参数为
v
2 燃烧室 3 3’ 4 压气机 1 喷管 叶轮 23
工程热力学教案1(05版)解析
