传热学课件第二章05.ppt
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1、第二章 热力学第一定律,2-1 热力学第一定律的本质, 1909年,C. Caratheodory最后完善热一律,本质:能量转换及守恒定律在热过程中的应用, 18世纪初,工业革命,热效率只有1%, 1842年,J.R. Mayer阐述热一律,但没有 引起重视, 1840-1849年,Joule用多种实验的一致性 证明热一律,于1950年发表并得到公认,J.R.迈尔 Julius Robert Mayer,1814-1878 德国 医学博士 首次提出能量转换与守恒定律,J.P. 焦耳 James.Prescott.Joule,1818-1889 英国 1850测定热功当量 1852焦汤效应 能量
2、单位 焦耳定律(热与电),焦耳实验,1、重物下降,输 入功,绝热容 器内气体 T ,2、绝热去掉,气 体 T ,放出 热给水,T 恢复 原温。,焦耳实验,水温升高可测得热量, 重物下降可测得功,热功当量 1 cal = 4.1868 kJ,工质经历循环:,闭口系循环的热一律表达式,要想得到功,必须化费热能或其它能量,热一律又可表述为“第一类永动机是 不可能制成的”,2-2 热一律的推论内能,内能的导出,闭口系循环,内能的导出,对于循环1a2c1,对于循环1b2c1,状态参数,p,V,1,2,a,b,c,内能及闭口系热一律表达式,定义 dU = Q - W 内能U 状态函数,Q = dU + W
3、 Q = U + W,闭口系热一律表达式,!两种特例 绝功系 Q = dU 绝热系 W = - dU,内能U 的物理意义,dU = Q - W, W, Q,dU 代表某微元过程中系统通过边界交换的微热量与微功量两者之差值,也即系统内部能量的变化。,U 代表储存于系统内部的能量 内储存能(内能、热力学能),内能的性质,分子动能(移动、转动、振动) 分子位能(相互作用) 核能 化学能,内能, 内能是状态量, U : 广延参数 kJ u : 比参数 kJ/kg, 内能总以变化量出现,内能零点人为定,说明:,系统总能,外部储存能,宏观动能 Ek= mc2/2 宏观位能 Ep= mgz,机械能,系统总能
4、,E = U + Ek + Ep,e = u + ek + ep,一般与系统同坐标,常用U, dU, u, du,热一律的文字表达式,热一律: 能量守恒与转换定律,进入系统的能量 - 离开系统的能量 = 系统内部储存能量的变化,2-3 闭口系能量方程, W, Q,一般式,Q = dU + W Q = U + W,q = du + w q = u + w,单位工质,适用条件:1)任何工质 2) 任何过程,闭口系能量方程中的功,功 ( w) 是广义功 闭口系与外界交换的功量,q = du + w,准静态容积变化功 pdv 拉伸功 w拉伸= - dl 表面张力功 w表面张力= - dA,w = pd
5、v - dl - dA +.,闭口系能量方程的通式,q = du + w,若在地球上研究飞行器 q = de + w = du + dek + dep + w,准静态和可逆闭口系能量方程,简单可压缩系准静态过程,w = pdv,简单可压缩系可逆过程, q = Tds,q = du + pdv,q = u + pdv,热一律解析式之一,Tds = du + pdv, Tds = u + pdv,热力学恒等式, 2-4 开口系能量方程,推导,Wnet,Q,min,mout,uin,uout,gzin,gzout,能量守恒原则 进入系统的能量 - 离开系统的能量 = 系统储存能量的变化,推进功的引入
6、,Wnet,Q,min,mout,uin,uout,gzin,gzout,Q + min(u + c2/2 + gz)in - mout(u + c2/2 + gz)out - Wnet = dEcv,这个结果与实验不符,少了推进功,推进功的表达式,推进功(流动功、推动功),p,A,p,V,dl,W推 = P A dl = PV w推= pv,注意: 不是 pdv v 没有变化,对推进功的说明,1、与宏观流动有关,流动停止,推进功不存在,2、作用过程中,工质仅发生位置变化,无状态变化,3、w推pv与所处状态有关,是状态量,4、并非工质本身的能量(动能、位能)变化引起, 而由外界做出,流动工质所
7、携带的能量,可理解为:由于工质的进出,外界与系统之间所传递的一种机械功,表现为流动工质进出系统使所携带和所传递的一种能量,开口系能量方程的推导,Wnet,Q,pvin,mout,uin,uout,gzin,gzout,Q + min(u + c2/2 + gz)in - mout(u + c2/2 + gz)out - Wnet = dEcv,min,pvout,开口系能量方程微分式,Q + min(u + pv+c2/2 + gz)in - Wnet - mout(u + pv+c2/2 + gz)out = dEcv,工程上常用流率,开口系能量方程微分式,当有多条进出口:,流动时,总一起存
8、在,焓的引入,定义:焓 h = u + pv,h,h,开口系能量方程,焓(Enthalpy) 的说明,定义:h = u + pv kJ/kg H = U + pV kJ ,1、焓是状态量,2、H为广延参数 H=U+pV= m(u+pv)= mh h为比参数,3、对流动工质,焓代表能量(内能+推进功) 对静止工质,焓不代表能量,4、物理意义:开口系中随工质流动而携带的、取决 于热力状态的能量。,2-5 稳定流动能量方程,Wnet,Q,min,mout,uin,uout,gzin,gzout,稳定流动条件,Steady State Steady Flow(SSSF),1、,2、,3、,轴功Shaf
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