第四章熱力學第一定律

第四章

熱力學第一定律和氣體的熱力過程§4-1熱力學第一定律一、功量與熱量Q＝ALQ－轉換成機械能的熱量，或由機械能轉變而來的熱量，kcalL－由熱能轉變成的機械能，或轉變為熱能的機械能

A＝kcal／kg.m本質：能量轉換及守恒定律在熱過程中的應用焦耳實驗1、重物下降，輸入功，絕熱容器內氣體T

2、絕熱去掉，氣體T

，放出熱給水，T恢復原溫。焦耳實驗水溫升高可測得熱量，重物下降可測得功熱功當量1kcal=4.1868kJ熱力學第一定律表達式熱能可以從一個物體傳遞給另一個物體，也可以與機械能或其他能量相互轉換，在傳遞和轉換過程中，能量的總值不變熱可以變為功，功也可以變為熱。消失一定量的熱時，必產生數量相當的功；消耗一定量的功時，亦必出現相應數量的熱。熱力學第一定律是對能量守恒和轉換定律的一種表述方式。閉口系循環的熱一律表達式要想得到功，必須化費熱能或其它能量熱力學第一定律又可表述為“第一類永動機是不可能制成的。”循環中工質吸收的凈熱量應等于工質對外作的凈功二、氣體的內能

氣體的內能是氣體中所有分子熱運動的動能和分子間相互作用的勢能的總和，而分子熱運動的動能與氣體的溫度有關，分子間相互作用的勢能與氣體的體積有關，所以氣體的內能是溫度和體積的函數。u－表示1kg工質的內能U－表示Gkg工質的內能實際氣體u＝f（t，v）kcal／kg（KJ／kg）理想氣體u＝f（t）kcal／kg（KJ／kg）

氣體的內能是氣體的狀態參數u

=

f(p,v)u

=

f(T,v)u

=

f(p,T)∮du=0三、氣體的膨脹功與壓縮功示功圖pV.12.pp外21mkg工質：W=pdV1kg工質：w=pdvW壓縮功w=∫pdv2134dv四、熱力學第一定律解析式Q=

dU

+

WQ=

U

+

W閉口系熱一律表達式?。。煞N特例

絕功系

Q

=

dU

絕熱系

W=-

dU外界加給氣體的熱量應等于氣體內能的變化量和對外作出的膨脹功之和。即能量平衡方程。§4-2穩定流動能量方程式及工質的焓穩定流動熱工設備示意（開口系）QWjxp1v1t1ω1u1p2v2t2ω2u2Z1Z2穩定流動能量方程式

（開口系熱力學第一定律能量方程式）u1＋Ap1v1＋Aω12／2g＋AZ1＋Q=u2＋Ap2v2＋Aω22／2g＋AZ2＋wjx

令i＝u＋Apu

焓q=(i2－i1）＋A（ω22－ω12）／2g＋A(Z2－Z1）＋wjxq=i2－i1wjx＝i1－i2穩定流動能量方程的推導1kg工質穩定流動能量方程適用條件：任何流動工質任何穩定流動過程§4-3氣體的熱力過程一、定容過程v＝c12’2vP1P2PvP1P2=T1T1qv＝Δu＋AL＝Δu＋0＝Δuqv＝Δu＝cu(T2-T1)kcal/kgqv＝Δu＝cu(t2-t1)kcal/kg二、定壓過程p=cPv2v1v2=T1T2qp＝△u+ALP

＝（u2－u1）＋Ap（v2－v1）

＝（u2＋Apv2）－（u1＋Apv1）

＝i2－i1(kcal/kg或kJ/kg)∫LP＝Pdv＝pv1v2∫v1v2dv=p(v2-v1)=R(T2-T1)Pv1v22’1v2’qp＝△i＝cp△tμcp-μcv≈2kcal／mol.℃三、等溫過程T＝Cp1p2v2v1＝p1p12v1vv2p2∫LT＝Pdv＝v1v2∫v1v2RTdvv＝RTlnv2v1p1p2＝RTlnqt＝Δu＋AL＝0＋Alt＝ALt四、絕熱過程q＝0Pvk＝Cp1v1k＝p2v2k1絕熱指數k＝＝cpcvcpμcpcpcpcpμcvcp單原子氣體k＝5／3＝1.67單雙子氣體k＝7／5＝1.40多原子氣體k＝9／7＝1.292’絕熱過程pp12v1vv2p2等溫過程lk=∫pdv=(p1v1-p2v2)=(T1-T2)12K-11K-1Rlk=［1－（）k-1］kg.m/kgK-1RT1v2v1lk=［1－（）k］kg.m/kgK-1RT1p1p2k-1五多變過程pvn＝c(1)當n=0

(2)當n=1多變過程與基本過程的關系(3)當n=k

(4)當n=

pTsvnpTsv理想氣體多變過程的p-v,T-s圖sTvpppvvTTss習題四1）某蒸汽鍋爐的蒸發量G＝4000kg／h，水進入鍋爐時的溫度為50℃，其焓值為50kcal／kg，蒸汽流出鍋爐時的焓為650kcal／kg。試求（1）鍋爐中加熱水所需的熱量；（2）若鍋爐的熱效率η＝70％，所用煤的發熱量為7000kcal／kg，試計算每小時的煤耗量。（p43）2）某制冷裝置的氨壓縮機每小時消耗的理論功為16×106kgm,設電動機及機械傳動效率η＝0.75.問需要配置多少千瓦的電動機？損失的功量相當于多少千卡的熱量？（題3）3）某水－水加熱器（換熱器），已知熱水流量G1＝1000kg／h，熱水的進口溫度t1＝90℃，出口溫度t2＝40℃，而冷水的流量G2＝5000kg／h，冷水進口溫度t1’＝15℃，設水在100℃以下的重量比熱c＝1.0kcal／kg.℃，不考慮散熱損失，試求冷水離開加熱器時的溫度t2’為多少？（按熱平衡方程式求解）（題5）4）氧氣瓶放在倉庫內時的溫度為15℃，壓力為90表壓。如果將它放在太陽下，其溫度升高到50℃，試問瓶內壓力為多少？（題11）5）鍋爐的煙氣流經空氣預熱器后從煙囪排出，已知煙氣的初溫度t1’=300℃終溫度t2’=160℃,煙氣的流量為1000kg/h.空氣進入預熱器的初溫度t1=15℃,空氣的流量為910kg/h,設空氣預熱器的熱損失為4%,試求空氣被加熱后的終溫度t2(已知煙氣的定壓重量比熱cp=0.25kcal/kg℃)（題21）6)1kg空氣在p1=10ata及t1=300℃時進行等溫壓縮,并抽出了120kcal的熱量,試求終態參數.（題27）7)將