工程热力学课件：第二章.ppt

1、复习w 1.热力系热力系w 2.热力系的描述热力系的描述w 3.基本状态参数基本状态参数w 4.状态参数方程式、状态参数坐标图状态参数方程式、状态参数坐标图w 5.热力过程及热力循环热力过程及热力循环例题w 氧气瓶的体积氧气瓶的体积V=0.02m3，瓶中氧气的绝对瓶中氧气的绝对压力压力p=15MPa，温度温度t=30 ，问瓶中盛问瓶中盛有多少千克氧气？如果在气焊时用去了有多少千克氧气？如果在气焊时用去了1/3（质量），而温度不变，问瓶中氧气（质量），而温度不变，问瓶中氧气压力为多少？压力为多少？第二章第二章 能量与热力学第一定律能量与热力学第一定律v主要内容：主要内容：热力学第一定律及其在不同

2、系统中的应用热力学第一定律及其在不同系统中的应用v要求：要求：1 1、深刻认识热力学第一定律的实质、深刻认识热力学第一定律的实质能量守恒能量守恒2 2、热和功的定义，特性及计算、热和功的定义，特性及计算 方法方法3、掌握第一定律的方程并能熟练应用、掌握第一定律的方程并能熟练应用热力学第一定律热力学第一定律w 描述：描述： 在任何发生能量传递和转换的热力过程在任何发生能量传递和转换的热力过程中，传递和转换前后能量的总量维持恒定；中，传递和转换前后能量的总量维持恒定；或者永动机是不可能制造成功的。或者永动机是不可能制造成功的。热和功热和功 热力系与外界交换的两种能量形式：热力系与外界交换的两种能量

3、形式： 热和功热和功 是过程量，正负号是过程量，正负号热和功w 例题：例题： 初态为初态为p p1 1= 0.5MPa= 0.5MPa、t t1 1=0=0的氧气，从的氧气，从V V1 1=0=02m2m3 3定温膨定温膨胀到胀到V V2 2=0=04m4m3 3。过程为准平衡过程，试计算其在边界上过程为准平衡过程，试计算其在边界上所完成的膨胀功，并将此功量示意地表示在所完成的膨胀功，并将此功量示意地表示在p p- -V V 图上。图上。热力系的总能量热力系的总能量1、热力学能U2、外部储存能（EK，Ep）221mcEkmgzEp)2(2gzcumEEUEpkgzcue221热力系统能量的变化

4、热力系统能量的变化外界对系统通过边界进外界对系统通过边界进行物质、能量的交换，行物质、能量的交换，改变系统状态，从而改改变系统状态，从而改变整个系统的总能量变整个系统的总能量 热力系统能量的变化热力系统能量的变化v热量的能流热量的能流v功量的能流功量的能流v质量的能流质量的能流参考工程热力学陈贵堂主编，北京理工大学出版社参考工程热力学陈贵堂主编，北京理工大学出版社QE)(WE)(ME)(第一定律能量方程第一定律能量方程MWQEEEE)()()()(第一定律的应用第一定律的应用w 气轮机气轮机稳定状态工作稳定状态工作绝热，忽略动能、位能的变化绝热，忽略动能、位能的变化输出轴功输出轴功气轮机w 某

5、蒸汽轮机，进口参数某蒸汽轮机，进口参数P1=9.0MPa，t1=500 ，h1=3386.8kJ/kgh1=3386.8kJ/kg，cf1=50m/scf1=50m/s，出口参数为出口参数为P2=4.0kPa，h2=2226.9kj/kgh2=2226.9kj/kg，cf2=140m/scf2=140m/s，进出口高度差进出口高度差1212m m，每每千克蒸汽经气轮机散热损失为千克蒸汽经气轮机散热损失为1515kJkJ，求求w 单位质量蒸汽流经单位质量蒸汽流经汽汽轮机对外输出的功轮机对外输出的功w 不计进出口动能的变化，对输出功的影响不计进出口动能的变化，对输出功的影响w 不计进出口位能的变化

6、，对输出功的影响不计进出口位能的变化，对输出功的影响w 不计散热损失，对输出功的影响不计散热损失，对输出功的影响w 若蒸汽流量为若蒸汽流量为220220t/ht/h，汽汽轮机功率有多大？轮机功率有多大？w 喷管喷管第一定律的应用第一定律的应用通过截面变通过截面变化使气流加化使气流加速速w 气轮机叶轮气轮机叶轮 气流流经气轮机叶轮上的动叶栅，推动转轮回气流流经气轮机叶轮上的动叶栅，推动转轮回转对外作功转对外作功 第一定律的应用第一定律的应用绝热，忽略位能的变化绝热，忽略位能的变化w 热交换器热交换器 ：进行热量交换：进行热量交换第一定律的应用第一定律的应用 压气机压气机 消耗外功而使气体升压的设

7、备消耗外功而使气体升压的设备 第一定律的应用第一定律的应用压气机压气机w 空气在某压气机中被压缩，压缩前空气的参数是空气在某压气机中被压缩，压缩前空气的参数是P1=0.1MPa，v1=0.845m3/kg，压缩后压缩后P2=0.8MPa，v2=0.175m/kg。假定压缩过程中，假定压缩过程中，1kg空气的热力学能空气的热力学能增加增加146kJ，同时向外放热同时向外放热50kJ，压气机每分钟生产的压气机每分钟生产的压缩空气压缩空气10kg，求求w 1）压缩过程中没公斤气体作的功）压缩过程中没公斤气体作的功w 2）每生产）每生产1kg的压缩气体所需的功的压缩气体所需的功w 3）带动此压缩机至少

8、要多大的功率的电机？）带动此压缩机至少要多大的功率的电机？w 节流过程：节流过程：第一定律的应用第一定律的应用气体流经管道中的阀门或缩孔时发生的一种特殊流动过程。气体流经管道中的阀门或缩孔时发生的一种特殊流动过程。由于存在涡流和摩擦，这是一个典型的非平衡过程。由于存在涡流和摩擦，这是一个典型的非平衡过程。 w 充气过程充气过程 第一定律的应用第一定律的应用在充、放气过程中，尽管容器内气体在充、放气过程中，尽管容器内气体的状态随时间在不断变化，但在每一的状态随时间在不断变化，但在每一瞬时可以认为整个容器内气体各处的瞬时可以认为整个容器内气体各处的参数是一致的。另一方面，在充气过参数是一致的。另一

9、方面，在充气过程中，虽然流动情况随时间变化，但程中，虽然流动情况随时间变化，但可认为通过容器边界进入容器的气体可认为通过容器边界进入容器的气体进口状态是不随时间变化的。满足上进口状态是不随时间变化的。满足上述条件的充气过程称为述条件的充气过程称为均匀状态定态均匀状态定态流动过程流动过程。例题w 2 一个质量为一个质量为1010kgkg的活塞，最初用一个置于活塞上方的的活塞，最初用一个置于活塞上方的可移动的栓固定于一定位置上可移动的栓固定于一定位置上( (图图) )。活塞面积为。活塞面积为1010cmcm2 2，缸内气体的容积最初为缸内气体的容积最初为4040cmcm3 3，压力为压力为1 1M

10、PaMPa。假定该气假定该气体遵循理想气体状态方程。气缸总容积为体遵循理想气体状态方程。气缸总容积为8080cmcm3 3, ,上部开上部开口与大气相通，大气压力为口与大气相通，大气压力为0 01 1MPaMPa。 (1) (1)全移去时，如果活塞在气缸中无摩擦地上升，并全移去时，如果活塞在气缸中无摩擦地上升，并将气体状态变化过程近似地视为一准平衡膨胀过程，而将气体状态变化过程近似地视为一准平衡膨胀过程，而缸内气体始终维持温度一定，则活塞离开气缸时的速度缸内气体始终维持温度一定，则活塞离开气缸时的速度为多少为多少? ? (2) (2)活塞上升的最大高度为多少活塞上升的最大高度为多少? ?w 己

11、知新汽进入汽轮机时的比焓为己知新汽进入汽轮机时的比焓为h h1 1=3230J=3230Jkgkg，流速流速c c1 150m50ms s，乏汽流出汽轮机时的比焓乏汽流出汽轮机时的比焓h h2 22300kJ2300kJkgkg，流速流速c c2 2=120m=120ms s。散热损失和进散热损失和进出口位置高度差可忽略不计。出口位置高度差可忽略不计。 (1) (1)求求1 1千克蒸汽流经汽轮机时对外界所作的功；千克蒸汽流经汽轮机时对外界所作的功； (2) (2)用具体数字说明在计算汽轮机所作功量时用具体数字说明在计算汽轮机所作功量时其进出口动能差为什么可以忽略不计；其进出口动能差为什么可以忽

12、略不计； (3)若蒸汽流量为若蒸汽流量为104kg/h，求汽轮机的功率。求汽轮机的功率。 例题w 某干管内气体的参数为某干管内气体的参数为p p1 1=4MPa,=4MPa,t t1 1=30=30，h h1 1=305kJ=305kJkgkg。该气体为理想气体，该气体为理想气体，R Rg g=0=0286kJ286kJ(kg(kgK)K)。体积为体积为1 1m m3 3的真空的真空容器与干管间通过阀门相联。现打开阀门容器与干管间通过阀门相联。现打开阀门对容器充气，直至其压力为对容器充气，直至其压力为4 4MPaMPa时为止。时为止。若该气体的热力学能与温度的关系为若该气体的热力学能与温度的关系为 u u kJ/kgkJ/kg=0.72=0.72T T K K，求充入的气体为多少求充入的气体为多少千克千克? ?例题w 某容器被一刚性壁分成某容器被一刚性壁分成两部分，在容器的不同两部分，在容器的不同部位安装有压力计，设部位安装有压力计，设大气压力为大气压力为97kPa。若若压力表压力表B、表表C的读数的读数分别为分别为75kPa，0.11MPa，试确定压力试确定压力表表A上的读数，及容器上的读数，及容器两部分气体的绝对压力。两部分气体的绝对压力。例题