3 工程热力学第三章 2018——工程热力学课件PPT
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工程热力学幻灯片(3、4、5章上) (2)
2
第二节
系统储存能
一、内能：储存于系统内部的能量
内能
说明：
分子动能（直线移动、 转动、振动） （温度的函数） 分子位能（内位能）（比容的函数） 核能 u f (T , v) 化学能
理气 u f (T )
内能是状态量。理气的内能是温度的单值函数 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
第三章 热力学第一定律
1
第一节 热力学第一定律的实质
本质：能量转换及ห้องสมุดไป่ตู้恒定律在热过程中的应用
能量既不可能创造，也不可能消灭， 只能从一种形式转换成另一种形式。在转 换中，能的总量不变。
第一类永动机是不可能制成的。它是 一种不供给能量而能永远对外作功的机器。 基本能量方程式： 进入系统的能量 - 离开系统的能量 = 系统储存能的变化量
36
2、动、位 能变化量 0
三、换热设备
h1
热流体 冷流体
蒸发器、冷凝器 锅炉、凝汽器
h2 没有作功部件：
h1’
h2’
热流体放热量：
焓变
冷流体吸热量：
37
四、绝热节流
管道阀门
膨胀阀、毛细管
没有作功部件： 绝热：
h1
h2
绝热节流过程前后h不变，但h不是处处相等 38
蒸汽轮机静叶 五、喷管和扩压管 压气机静叶 喷管目的： 压力降低，速度提高 扩压管目的： 速度降低，压力升高
q = du + pdv q = u + pdv
Q = dU + pdV Q = U + pdV
11
二、循环过程
T
2
第二节
系统储存能
一、内能：储存于系统内部的能量
内能
说明：
分子动能（直线移动、 转动、振动） （温度的函数） 分子位能（内位能）（比容的函数） 核能 u f (T , v) 化学能
理气 u f (T )
内能是状态量。理气的内能是温度的单值函数 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
第三章 热力学第一定律
1
第一节 热力学第一定律的实质
本质：能量转换及ห้องสมุดไป่ตู้恒定律在热过程中的应用
能量既不可能创造，也不可能消灭， 只能从一种形式转换成另一种形式。在转 换中，能的总量不变。
第一类永动机是不可能制成的。它是 一种不供给能量而能永远对外作功的机器。 基本能量方程式： 进入系统的能量 - 离开系统的能量 = 系统储存能的变化量
36
2、动、位 能变化量 0
三、换热设备
h1
热流体 冷流体
蒸发器、冷凝器 锅炉、凝汽器
h2 没有作功部件：
h1’
h2’
热流体放热量：
焓变
冷流体吸热量：
37
四、绝热节流
管道阀门
膨胀阀、毛细管
没有作功部件： 绝热：
h1
h2
绝热节流过程前后h不变，但h不是处处相等 38
蒸汽轮机静叶 五、喷管和扩压管 压气机静叶 喷管目的： 压力降低，速度提高 扩压管目的： 速度降低，压力升高
q = du + pdv q = u + pdv
Q = dU + pdV Q = U + pdV
11
二、循环过程
T
2
工程热力学课件完整版
的热消失时，必产生相应量的功；消耗一定量的功时 ，必出现与之对应的一定量的热。
第三章 理想气体的性质
基本要求： 1、熟练掌握并正确应用理想气体状态方程式； 2、正确理解理想气体比热容的概念，熟练应用比热容计算理想 气体热力学能、焓、熵及过程热量； 3、掌握有关理想气体的术语及其意义； 4、掌握理想气体发生过程； 5、了解理想气体热力性质图表的结构，并能熟练应用它们获得 理想气体的相关状态参数。
T
不可逆过程的熵增（过程角度）
q
T
0
克劳休斯积分不等式（循环角度）
dsiso 0
孤立系统角度
ds sf sg 非孤立系统角度
熵、热力学第二定律的数学表达式
1. 熵的定义
ds qre
T
2. 循环过程的熵
3. 可逆过程的熵变
qre Tds
ds 0,则 q 0 可逆过程中ds 0,则 q 0
dv
q cndT Tds
T s
n
T cn
T ,定容过程 cV
T ，定压过程 cp
4个基本过程中的热量和功的计算
2
2
1、定容过程
w pdv 0 1
wt 1 vdp v( p2 p1)
2、定压过程
qv u cv (T2 T1)
2
w 1 pdv p(v2 v1)
热力学上统一规定：外界向系统传热为正，系统向外界传热为负。
可逆过程的热量
T
1
B
qre = Tds
T
A
2
q
ds qrev
T
S1
S dS S2
q “+”
q “-”
热力循环
功：工质从某一初态出发，经历一系列热力状态后，又回到原来 初态的热力过程称为热力循环，即封闭的热力过程，简称循环。
第三章 理想气体的性质
基本要求： 1、熟练掌握并正确应用理想气体状态方程式； 2、正确理解理想气体比热容的概念，熟练应用比热容计算理想 气体热力学能、焓、熵及过程热量； 3、掌握有关理想气体的术语及其意义； 4、掌握理想气体发生过程； 5、了解理想气体热力性质图表的结构，并能熟练应用它们获得 理想气体的相关状态参数。
T
不可逆过程的熵增（过程角度）
q
T
0
克劳休斯积分不等式（循环角度）
dsiso 0
孤立系统角度
ds sf sg 非孤立系统角度
熵、热力学第二定律的数学表达式
1. 熵的定义
ds qre
T
2. 循环过程的熵
3. 可逆过程的熵变
qre Tds
ds 0,则 q 0 可逆过程中ds 0,则 q 0
dv
q cndT Tds
T s
n
T cn
T ,定容过程 cV
T ，定压过程 cp
4个基本过程中的热量和功的计算
2
2
1、定容过程
w pdv 0 1
wt 1 vdp v( p2 p1)
2、定压过程
qv u cv (T2 T1)
2
w 1 pdv p(v2 v1)
热力学上统一规定：外界向系统传热为正，系统向外界传热为负。
可逆过程的热量
T
1
B
qre = Tds
T
A
2
q
ds qrev
T
S1
S dS S2
q “+”
q “-”
热力循环
功：工质从某一初态出发，经历一系列热力状态后，又回到原来 初态的热力过程称为热力循环，即封闭的热力过程，简称循环。
工程热力学课件-3
• 6、绝热节流 h2 h1
• 例3-5、3-7
- mout(u + c2/2 + gz)out - Wnet = dEcv
推动功的表达式
推进功（流动功、推动功）
W推 = p A dl = pV p w推= pv
注意： 不是 pdv v 没有变化
A p V
dl
对推动功的说明
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，是流动工质所携带的能量
qv dvucvdT
2
u cv dT
1
理想气体：u=f(T) cv du/dT
适用于理想气体一切过程或者实际气体定容过程 用定值比热计算:
ucV(T2T1)ຫໍສະໝຸດ 用平均比热计算 :t2
t2
t1
ucvd tcvd tcvd tcvm t0 2t2cvm t0 1t1
kJ 或 kcal 且l kcal=4.1868kJ 特点:
是传递过程中能量的一种形式，与热力过程有关
功
定义: 种类:
除温差以外的其它不平衡势差所引起 的系统与外界传递的能量.
1．膨胀功W： 在力差作用下，通过系统容积变化与外界传递的能量。
膨胀功是热变功的源泉 单位：l J=l N.m
规定: 系统对外作功为正，外界对系统作功为负。
2． 流动功(或推动功)
为推动流体通过控制体界面而传递的机械功.
流动功计算公式的推导：
Wf pfds fdsVvdm
Wf pvdmpvmpV wf pv
m
(精品)工程热力学(全套467页PPT课件)
从能源结构来看，2004年一次能源消费中，煤炭占 67.7%，石油占22.7%，天然气占2.6%，水电等占 7.0%；一次能源生产总量中，煤炭占75.6%，石油 占13.5%，天然气占3.0%，水电等占7.9%。
我国能源现状
据预测，目前中国主要能源煤炭、石油和天然气的储 采比分别为约80、15和50，大致为全球平均水平的 50%、40%和70%左右，均早于全球化石能源枯竭 速度。
工程热力学
Engineering Thermodynamics
绪论
工程热力学属于应用科学（工程科学） 的范畴，是工程科学的重要领域之一。
工程热力学 是一门研究热能有效利用及 热能和其 它形式能量转换规律的科学
工程热力学所属学科
工
工程热力学
程
传热学 Heat Transfer
热
流体力学 Hydrodynamics
工程热力学是节能的理论基础
能量转化的一般模式
一
次 能
热能
源
电能 机械能
问题：下面哪些是热机，哪些不是？
燃气轮机、蒸气机、汽车发动机、燃料电池、制冷机、 发电机、电动机
能量转化的一般模式
风 能
燃
水 能
化 学 能
料 电 池
风 车
水 轮 机
水 车
燃 烧
核 能
聚裂 变变
热
生物质
地太 热阳 能能
利 光转 用 热换
大气压（at），毫米汞柱（mmHg），毫米水柱（mmH2O）
1 kPa = 103 Pa
1bar = 105 Pa
换 1 MPa = 106 Pa
算 关
1 atm = 760 mmHg = 1.013105 Pa
我国能源现状
据预测，目前中国主要能源煤炭、石油和天然气的储 采比分别为约80、15和50，大致为全球平均水平的 50%、40%和70%左右，均早于全球化石能源枯竭 速度。
工程热力学
Engineering Thermodynamics
绪论
工程热力学属于应用科学（工程科学） 的范畴，是工程科学的重要领域之一。
工程热力学 是一门研究热能有效利用及 热能和其 它形式能量转换规律的科学
工程热力学所属学科
工
工程热力学
程
传热学 Heat Transfer
热
流体力学 Hydrodynamics
工程热力学是节能的理论基础
能量转化的一般模式
一
次 能
热能
源
电能 机械能
问题：下面哪些是热机，哪些不是？
燃气轮机、蒸气机、汽车发动机、燃料电池、制冷机、 发电机、电动机
能量转化的一般模式
风 能
燃
水 能
化 学 能
料 电 池
风 车
水 轮 机
水 车
燃 烧
核 能
聚裂 变变
热
生物质
地太 热阳 能能
利 光转 用 热换
大气压（at），毫米汞柱（mmHg），毫米水柱（mmH2O）
1 kPa = 103 Pa
1bar = 105 Pa
换 1 MPa = 106 Pa
算 关
1 atm = 760 mmHg = 1.013105 Pa
工程热力学第三章lm——工程热力学课件PPT
a c
Q w
Q w 0
2
V
状态参数的积 分特征
积分是否与路径无关
热力学能是状态参数
对循环1-a-2-c-1，有：
( Q W ) ( Q W ) 0
1a 2
2 c1
对循环1-b-2-c-1，有：
( Q W ) ( Q W ) 0
1b 2
2 c1
( Q W ) ( Q W )
理想气体热力学能变化计算
定容过程 理想气体
qv
u
duv
f T
cv dTv
cv
du dT
cv
uu cvdT 或 u 1 cvdT
Cv 平均比热 真实比热
混合气体
n
U Ui i 1
n
mu miui i 1
n
u giui i 1
例题
门窗紧闭的房间内有一台运行的电冰 箱，若敞开冰箱门就有一股凉气扑面， 有人就想通过敞开冰箱大门达到降低 室温的目的，请用热力学第一定律分 析此方法是否可行？
Wf = p A dl = pV wf= pv
流动功是一种特殊的功，大小取 决于控制体进出口界面的热力状 态，与热力过程无关。
对流动功的理解
1.与宏观流动有关，流动停止，流动功不存在 2.作用过程中，工质仅发生位置变化，无状态变化
3.Wf＝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（泵与风机）做出，流动工质所携带的能量
1.宏观动能
Ek
1 mc2 2
2.重力位能
Ep mgz
外部存储能 机械能
系统的总能
系统的总能＝内部储存能+外部储存能
E U Ek E p
《工程热力学》第三章-工质的热力性质(分析“温度”文档)共131张PPT
3.3.2 理想气体的比热容
一般工质：
cv
u T
v
cp
h T
p
理想气体： ducvdT dhcpdT
cv
du dT
cp
dh dT
c p d d T h d u d T p v d u d T R T c v R
所以 cp cv R
相应 cp,mcv,mRm
——迈耶公式
所以
各组分分容积Vi与总容积V的比值称为该组分的容积成分ri ，即
R——气体常数 ● Z－(pr，Tr)图
★ 湿蒸汽区——等温线 汽-液共存区的湿蒸汽实际上是饱和液体和干饱和蒸汽的混合物。
◆ 摩尔成分（摩尔分数）yi 从纯物质的热力学面可以看出，纯物质有：
RR kJ/kg K 以第二个式子为例，取基准温度mT0
热容见224、225页的附表4和5。
若已知 c p
、c t 1
0
p
t2 0
而 t t1,t2
，则用插入法
cp
t 0
cp
t1 0
cp
t2 0
cp
t2t1
t1 0
•
tt1
◆ 利用气体热力性质表中的h，u计算
若已知气体在各温度下的内能和焓值，即可方 便地算出△u、△h 。
uu(T 2)u(T 1) hh(T 2)h(T 1)
223页附表3常用气体的临界状态参数值372临界状态是各物质的共性每种物质的临界参数不同以临界点作为描述物质热力状态的一个基准点从而构造出无因次状态参数对比参数对比压力对比温度对比比体积以对比参数表示状态方程对比态方程凡是遵循同一对比态方程的任何物质如果其中有两个对应相等则另一个也对应相等这些物质也就处于相同的对应状态这就是对比态定律
工程热力学第三章课件
四、焓（ Enthalpy ）及其物理意义
1 2 流动工质传递的总能量为：U mc mgz pV ( J ) 2 1 2 或 u c gz pv （J/kg） 2
焓的定义：h = u + pv H = U + pV
对理想气体：
( J/kg ) (J)
h = u + pv = u + RT＝f(T)
表面张力功、膨胀功和轴功等。 1.膨胀功（容积功）
无论是开口系统还是闭口系统，都有膨胀功；
闭口系统膨胀功通过系统界面传递，开口系统的膨胀 功是技术功的一部分，可通过其它形式（如轴）传递。 系统容积变化是做膨胀功的必要条件，但容积变化不 一定有膨胀功的输出。
2.轴功
系统通过机械轴与外界传递的机械功称为轴功。
第三节 闭口系统能量方程
一、闭口系统能量方程表达式 Q = dU + W (J)
Q = U + W (J)
Q W
q = du + w (J/kg)
q = u + w (J/kg)
对闭口系统而言，系统储存 能中的宏观动能和宏观位能 均不发生变化，因此系统总 储存能的变化就等于系统内 能的变化。即 ΔE= ΔU=U2-U1
p
3 4
2
1
v
对整个循环：∑∆u=0 或
du 0
因而q12 ＋ q23 ＋ q34 ＋ q41 ＝ w12 ＋ w23 ＋ w34 ＋ w41
即
q w
三、理想气体热力学能变化计算
对于定容过程， w = 0，于是能量方程为：
q v = duv=cvdTv
u cV ( )V T
1 2 1 2 Q (h2 c2 gz 2 )m2 (h1 c1 gz1 )m1 Ws dECV 2 2
《工程热力学》课件
理想气体混合物
理想气体混合物的性质
理想气体混合物具有加和性、均匀性、 扩散性和完全互溶性等性质。
VS
理想气体混合物的计算
通过混合物的总压力、总温度和各组分的 摩尔数来计算混合物的各种物理量。
真实气体近似与修正
真实气体的近似
真实气体在一定条件下可以近似为理想气体。
真实气体的修正
由于真实气体分子间存在相互作用力，因此需要引入修正系数对理想气体状态方程进行 修正。
特点
工程热力学是一门理论性较强的学科 ，需要掌握热力学的基本概念、定律 和公式，同时还需要了解其在工程实 践中的应用。
工程热力学的应用领域
能源利用
工程热力学在能源利用领域中有 着广泛的应用，如火力发电、核 能发电、地热能利用等。
工业过程
工程热力学在工业过程中也发挥 着重要的作用，如化工、制冷、 空调、热泵等。
稳态导热问题
稳态导热是指物体内部温度分布不随时间变 化的导热过程，其特点是热量传递达到平衡 状态。
对流换热和辐射换热的基本规律
对流换热的基本规律
对流换热主要受牛顿冷却公式支配，即物体 表面通过对流方式传递的热量与物体表面温 度和周围流体温度之间的温差、物体表面积 以及流体性质有关。
辐射换热的基本规律
辐射换热主要遵循斯蒂芬-玻尔兹曼定律， 即物体发射的辐射能与物体温度的四次方成
正比，同时也与周围环境温度有关。
传热过程分析与计算方法简介
要点一
传热过程分析
要点二
计算方法简介
传热过程分析主要涉及热量传递的三种方式（导热、对流 和辐射）及其相互影响，需要综合考虑物性参数、几何形 状、操作条件等因素。
常用的传热计算方法包括分析法、实验法和数值模拟法。 分析法适用于简单几何形状和边界条件的传热问题；实验 法需要建立经验或半经验公式；数值模拟法则通过计算机 模拟传热过程，具有较高的灵活性和通用性。
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§3.1 热力学第一定律的实质 §3.2 热力学能与总能 §3.3 系统与外界传递的能量 §3.4 闭口系统能量方程 §3.5 开口系统能量方程 §3.6 开口系统稳态稳流能量方程 §3.7 稳态稳流能量方程的应用
热一律的理论基础与实质
热能的本质：热能是组成物质的分子、原子等 微粒的杂乱运动的能量，微粒的 杂乱运动叫做热运动。
Q AJW 功
热
热功当量
热功当量
Q W
T1 Q1
W
Q AJW
Q2 T2
热功当量表明热能和机械能相互转化时的当量关系，与能 量转化时的条件无关，仅仅决定于热和功所用的单位。
热量单位 J kcal kJ kJ kcal kcal 功的单位 J kgf·m kwh hph kwh hph 热功当量 1 1/427 3600 2646 860 632
dU = Q - W
Q
dU
W
✓ 功和热之间的转换只有通过U的变化才能完成。脱离系统去 谈功和热之间的直接转换是不恰当的。
✓ 尽管在宏观上可能反映出系统的内能没有发生变化，也不能 得出热可以变功或功可以变热这样简单的结论。
✓ 如果在转换过程中，外界供给系统热量，使系统用来对外做 功（必须向低温热源散热），实际是外界供给系统热量，使 系统的内能增加，同时系统对外做功，消耗了从外界获得的 能量。
1.宏观动能
Ek
பைடு நூலகம்
1 mc2 2
2.重力位能
外部存储能 机械能
Ep mgz
3)系统的总能
系统的总能＝内部储存能+外部储存能
E U Ek E p
E U 1 mc2 mgz 2
比总能
e u 1 c2 gz 2
§3.3系统与外界传递的能量
传热
1.热量：在温差作用下与外界传 递的能量。
T1 Q1
W Q2
T2
既然热能(无序)和机械能(有序)都是物质的运动，那么热 能和机械能的相互转化实质上是物质由一种运动形态转变为另 一种运动形态，转化时总能量守恒则是理所当然的。
但是：功和热之间的转换只有通过系统内能的变化才能
完成，脱离系统去看热功转化是无意义的！
W
U
Q
热一律的理论基础与实质
W UQ
3. Wf＝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（泵与风机）做出，流动工质所携带的能量
可理解为：由于工质进出，外界与系统间所传递一种机械功， 表现为流动工质进出系统时所携带和所传递的一种能量。
2)焓及其物理意义
流动工质传递的能量：
e u 1 c2 gz pv u pv 1 c2 gz
热力学能的微观组成
热力状态的 单值函数， 与路径无关
热力学能
分子动能
移动 translation 转动 rotation 振动 vibration
分子位能 binding forces
化学能 chemical energy
核能 nuclear energy
2)外部储存能 （macroscopic forms of energy）
2
2
定义为焓h h＝u+pv H＝U+pV
取决于物质的热 力状态
2.功量：除温差外的其它不平衡 势差所引起的系统与外界 之间传递的能量。
系 传功 外
统
界
传质
3.随物质流传递的能量——开口系统
包括储存能和推动功 两部分
1)随物质流传递的能量
1.储存能 工质储存的能量依附于工质，随工质的流动而传递
e u 1 c2 gz 2
2.流动功（推动功）
A
为推动流体通过控制体界面而传
p
递的机械功，是维持流体正常流动
pV
所必须传递的能量。 dl
Wf = p A dl = pV wf= pv
流动功是一种特殊的功，大小取 决于控制体进出口界面的热力状 态，与热力过程无关。
对流动功的理解
A p pV
dl 1.与宏观流动有关，流动停止，流动功不存在（有形
式参数，但没意义）
2.作用过程中，工质仅发生位置变化，无状态变化
1a 2
1b 2
与路径无关
用dU表示
是某状态函数的全微分
热力学能的物理意义
dU = Q - W
Q
W
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）
• 内能总以变化量出现，内能零点人为定
热力学能的物理意义
Q W
Q W 0
循环积分为0
状态参数的 积分特征
假设：动能与位能 不发生变化
热力学能是状态参数
对循环1-a-2-c-1，有：
( Q W ) ( Q W ) 0
1a 2
2 c1
对循环1-b-2-c-1，有：
( Q W ) ( Q W ) 0
1b 2
2 c1
( Q W ) ( Q W )
工程热力学
Engineering Thermodynamics
北京航空航天大学
基本概念
气体热力性质 热一定律
单组分：
理想气体 实际气体：水蒸气
混合气体： 理想混合气体
湿空气
Q=U+W， Q=H+Wt
热力过程 热二定律 热力循环
定T，定P，定V，定S，多变n 过程方程，QW S，Ex
热机 η
制冷机
第三章 热力学第一定律
注意单位
§3.2热力学能和总能
热力学能
系统储存能
总能
内部储存能
外部储存能
取决于系统本身的状态， 与分子结构与微观运动
形式有关
(核能、化学能、内热能)
与外力场的相互作用（位能） 宏观运动能量（宏观动能）
1)热力学能的导出(状参两个假设)
考察闭口系热力循环1-a-2-c-1， 循环过程中工质从外界吸收热量， 对外界输出功，完成循环后又回复 到初态，根据热力学第一定律：
Q W
T1 Q1
W Q2
T2
热力学第一定律的实质：
热力学第一定律是能量守恒与转化定律在热现象上的应用。
功和热之间的转换只有通过系统内能的变化才能完成。 脱离系统去谈功和热之间的直接转换是不恰当的。
dU = Q - W
§3.1热力学第一定律
热力学第一定律（The First Law of Thermodynamics）： “热是能的一种，机械能变热能，或热能变机械能的时 候，它们间的比值是一定的。” “热可变为功，功也可变为热。（但它们不是直接转换， 是通过系统的内热能！） 一定量的热消失时，必产生一定量的功，消耗一定量的 功时，必出现与之相应的一定量的热。”
热一律的理论基础与实质
热能的本质：热能是组成物质的分子、原子等 微粒的杂乱运动的能量，微粒的 杂乱运动叫做热运动。
Q AJW 功
热
热功当量
热功当量
Q W
T1 Q1
W
Q AJW
Q2 T2
热功当量表明热能和机械能相互转化时的当量关系，与能 量转化时的条件无关，仅仅决定于热和功所用的单位。
热量单位 J kcal kJ kJ kcal kcal 功的单位 J kgf·m kwh hph kwh hph 热功当量 1 1/427 3600 2646 860 632
dU = Q - W
Q
dU
W
✓ 功和热之间的转换只有通过U的变化才能完成。脱离系统去 谈功和热之间的直接转换是不恰当的。
✓ 尽管在宏观上可能反映出系统的内能没有发生变化，也不能 得出热可以变功或功可以变热这样简单的结论。
✓ 如果在转换过程中，外界供给系统热量，使系统用来对外做 功（必须向低温热源散热），实际是外界供给系统热量，使 系统的内能增加，同时系统对外做功，消耗了从外界获得的 能量。
1.宏观动能
Ek
பைடு நூலகம்
1 mc2 2
2.重力位能
外部存储能 机械能
Ep mgz
3)系统的总能
系统的总能＝内部储存能+外部储存能
E U Ek E p
E U 1 mc2 mgz 2
比总能
e u 1 c2 gz 2
§3.3系统与外界传递的能量
传热
1.热量：在温差作用下与外界传 递的能量。
T1 Q1
W Q2
T2
既然热能(无序)和机械能(有序)都是物质的运动，那么热 能和机械能的相互转化实质上是物质由一种运动形态转变为另 一种运动形态，转化时总能量守恒则是理所当然的。
但是：功和热之间的转换只有通过系统内能的变化才能
完成，脱离系统去看热功转化是无意义的！
W
U
Q
热一律的理论基础与实质
W UQ
3. Wf＝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（泵与风机）做出，流动工质所携带的能量
可理解为：由于工质进出，外界与系统间所传递一种机械功， 表现为流动工质进出系统时所携带和所传递的一种能量。
2)焓及其物理意义
流动工质传递的能量：
e u 1 c2 gz pv u pv 1 c2 gz
热力学能的微观组成
热力状态的 单值函数， 与路径无关
热力学能
分子动能
移动 translation 转动 rotation 振动 vibration
分子位能 binding forces
化学能 chemical energy
核能 nuclear energy
2)外部储存能 （macroscopic forms of energy）
2
2
定义为焓h h＝u+pv H＝U+pV
取决于物质的热 力状态
2.功量：除温差外的其它不平衡 势差所引起的系统与外界 之间传递的能量。
系 传功 外
统
界
传质
3.随物质流传递的能量——开口系统
包括储存能和推动功 两部分
1)随物质流传递的能量
1.储存能 工质储存的能量依附于工质，随工质的流动而传递
e u 1 c2 gz 2
2.流动功（推动功）
A
为推动流体通过控制体界面而传
p
递的机械功，是维持流体正常流动
pV
所必须传递的能量。 dl
Wf = p A dl = pV wf= pv
流动功是一种特殊的功，大小取 决于控制体进出口界面的热力状 态，与热力过程无关。
对流动功的理解
A p pV
dl 1.与宏观流动有关，流动停止，流动功不存在（有形
式参数，但没意义）
2.作用过程中，工质仅发生位置变化，无状态变化
1a 2
1b 2
与路径无关
用dU表示
是某状态函数的全微分
热力学能的物理意义
dU = Q - W
Q
W
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）
• 内能总以变化量出现，内能零点人为定
热力学能的物理意义
Q W
Q W 0
循环积分为0
状态参数的 积分特征
假设：动能与位能 不发生变化
热力学能是状态参数
对循环1-a-2-c-1，有：
( Q W ) ( Q W ) 0
1a 2
2 c1
对循环1-b-2-c-1，有：
( Q W ) ( Q W ) 0
1b 2
2 c1
( Q W ) ( Q W )
工程热力学
Engineering Thermodynamics
北京航空航天大学
基本概念
气体热力性质 热一定律
单组分：
理想气体 实际气体：水蒸气
混合气体： 理想混合气体
湿空气
Q=U+W， Q=H+Wt
热力过程 热二定律 热力循环
定T，定P，定V，定S，多变n 过程方程，QW S，Ex
热机 η
制冷机
第三章 热力学第一定律
注意单位
§3.2热力学能和总能
热力学能
系统储存能
总能
内部储存能
外部储存能
取决于系统本身的状态， 与分子结构与微观运动
形式有关
(核能、化学能、内热能)
与外力场的相互作用（位能） 宏观运动能量（宏观动能）
1)热力学能的导出(状参两个假设)
考察闭口系热力循环1-a-2-c-1， 循环过程中工质从外界吸收热量， 对外界输出功，完成循环后又回复 到初态，根据热力学第一定律：
Q W
T1 Q1
W Q2
T2
热力学第一定律的实质：
热力学第一定律是能量守恒与转化定律在热现象上的应用。
功和热之间的转换只有通过系统内能的变化才能完成。 脱离系统去谈功和热之间的直接转换是不恰当的。
dU = Q - W
§3.1热力学第一定律
热力学第一定律（The First Law of Thermodynamics）： “热是能的一种，机械能变热能，或热能变机械能的时 候，它们间的比值是一定的。” “热可变为功，功也可变为热。（但它们不是直接转换， 是通过系统的内热能！） 一定量的热消失时，必产生一定量的功，消耗一定量的 功时，必出现与之相应的一定量的热。”