热力学第一定律PPT课件
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位为 J/（kgK) 或 kJ/（kgK） 。
03.12.2020
• 用熵计算热量
热量
对微元可逆过程 : qTds 或 QTdS
对可逆热力过程1-2:
2
q 1 Tds
或
Q
2
TdS
1
根据熵的变化判断一个可逆过程中系统与外界 之间热量交换的方向：
ds 0 ， q 0 ， 热力系吸热；
ds 0 ， q 0 ， 热力系放热。
• 微元过程中热力系与外界交换的微小热 量用Q 或q表示。
• 热量正负规定:
热力系吸热，热量取正值 q > 0 热力系放热，热量取负值 q < 0
03.12.2020
由于热量是热力系与外界间因存在温差而 传递的能量，因此状态参数温度T便是热量传 递的推动力，只要热力系与外界间存在微小的 温度差，就有热量的传递
比热力学能可表示为
热力学能
u f (T,v)
• 热力学能是工质的状态参数。
• 在确定的热力状态下，热力系内工质具有确定的热力 学能。在实际分析和计算中，通常只需计算热力过程中 工质热力学能的变化量。因此可任意选取计算热力学能 的基本状态，如取0℃或0K时气体的热力学能为零。
03.12.2020
二、 外部储存能
Ek
1 2
mcf2
重力位能 Ep Ep mgz
∴ EU+Ek+Ep 或 eu+ek+ep
03.12.2020
第二节 热力系与外界传递的能量
在热力过程中,热力系与外界交换的能量: 热量 功量 工质通过边界时所携带的能量
03.12.2020
一、 热量
1. 热量 ——热力系和外界之间仅仅由于温度不同而通
03.12.2020
二、 功量
——在力差作用下,热力系与外界发生的能量交 换就是功量。 • 功量亦为过程量。 • 有各种形式的功,如电功、磁功、膨胀功、轴功等。
工程热力学主要研究两种功量形式: 体积变化功 轴功
03.12.2020
1、体积变化功
Fra Baidu bibliotek功量
——由于热力系体积发生变化（增大或缩小）而通过边 界向外界传递的机械功称为体积变化功（膨胀功或压缩功）。
• 体积变化功: W , 单位为J或kJ 。
• 1kg工质传递的体积变化功用符号w表示，单位为J/kg或kJ/kg。
• 正负规定:
dv > 0 , w > 0 , 热力系对外作膨胀功 dv < 0 , w < 0 , 热力系对外作压缩功
03.12.2020
• 体积变化功的计算
体积变化功
如图2-2所示, 1kg的气体 ;可逆膨胀过程 ; p，A， dx
开口热力系与外界 可以任意地交换轴功， 即:
• 热力系可向外输出轴功, 如燃气轮机、蒸汽轮机等
• 热力系可接受输入的轴功, 如泵、风机、压缩机
03.12.2020
轴功的特点
• 功率
——单位时间所作的功。
• 功率单位: W或kW，1W1J/s。 • 用功率可比较热机的做功能力。
03.12.2020
相应地也必然存在某一状态参数，它的变 化量可以作为热力系与外界间有无热量传递以 及热量传递方向的标志
03.12.2020
2. 熵
有温差便有热量的传递,可用熵的变化量作为热 力系与外界间有无热量传递以及热量传递方向的标 志。
• 熵: S , 单位为J/K 或 kJ/K 。 • 单位质量工质所具有的熵称为比熵, 用 s 表示, 单
三、随工质流动传递的能量
开口热力系在运行时，存在工质的流入、流出，它们 在经过边界时携带有一部分能量同时流过边界，这类能量包 括两部分:
• 流动工质本身的储存能 E EU12mfc2 mgz
• 流动功(推动功) Wf
03.12.2020
• 流动功
——开口系因工质流动而传递的功量称为流动功,又 称推动功。即推动工质流动而做的功。 ➢ 流动功是为推动工质通过控制体界面而传递的机械功，它 是维持工质正常流动所必须传递的能量。 ➢ 流动功: Wf , 单位为 J或kJ ➢ 1kg工质所作流动功用 wf 表示，单位为J/kg或kJ/kg。
对于微元可逆过程:
wpAd p xdv
对于可逆过程1～2：
w
2w
2
pdv
1
1
∴对于mkg工质：
2
Wmw1 pdV
03.12.2020
图2-2 体积变化功
• 示功图（p-v图）
w 的 大 小 可 以 p-v
图上的过程曲线下面的 面积来表示 。 ∴ p-v图也称示功图。
∴功量也是一个过程量。
体积功变量化功
2
w 1 pdv
03.12.2020
2、轴功
功量
——热力系通过机械轴与外界交换的功量。 轴功: Ws , 单位为J或kJ 。 • 1kg工质传递的轴功用符号ws表示，单位为J/kg或kJ/kg。
• 正负规定:
ws > 0 , 热力系向外输出轴功 ws < 0 , 外界向热力系输入轴功
03.12.2020
03.12.2020
如图所示，已知dm，p，v，A
对dm工质: Wf pAdxpdV pvdm
对1kg工质 :
wf
Wf
dm
pv
∴1kg工质流入和流出控制体的净流动功为
wf p2v2p1v1
∴流动功是一种特殊的功，其数值取决于
过边界传递的能量称为热量。
热量是在热传递中物体能量改变的量度。 热量不是状态参数，而是与过程紧密相关的 一个过程量。 对于热力系的某个状态，我们可以说它具有 多少能量，而不能说具有多少热量，只能说热 力系与外界交换了多少热量。
03.12.2020
• 热量符号: Q , 单位为J或kJ 。
• 单位质量工质与外界交换的热量用q 表示,单 位为J/kg或kJ/kg 。
热力系储存能
1. 宏观动能 ：Ek ，单位为J或kJ
Ek
1 2
mcf 2
2. 重力位能：Ep ，单位为 J 或 kJ
Ep mgz
03.12.2020
第二章
热力学第一定律
03.12.2020
热力系储存能
热力系储存能E
内动能-温度 内能U、u
uf（T，v）
(热力学能) 内位能-比体积
外储存能
宏观动能 Ek
ds 0 ， q 0 ，热力系与外界无热量传
03.12.2020
递。
3. 温熵图 (T-s图)
在可逆过程中单位
质量工质与外界交换
的热量可以用T-s 图
（温熵图）上过程曲 线下的面积12s2 s11来 表示。
温熵图也称示热 图。
图2-1 T-s图
从图中分析可知，热力系的初、终状态相同，但 经历的过程不同，其传热量也不相同。再次说明 热量是过程量，它与过程特性有关。
03.12.2020
• 用熵计算热量
热量
对微元可逆过程 : qTds 或 QTdS
对可逆热力过程1-2:
2
q 1 Tds
或
Q
2
TdS
1
根据熵的变化判断一个可逆过程中系统与外界 之间热量交换的方向：
ds 0 ， q 0 ， 热力系吸热；
ds 0 ， q 0 ， 热力系放热。
• 微元过程中热力系与外界交换的微小热 量用Q 或q表示。
• 热量正负规定:
热力系吸热，热量取正值 q > 0 热力系放热，热量取负值 q < 0
03.12.2020
由于热量是热力系与外界间因存在温差而 传递的能量，因此状态参数温度T便是热量传 递的推动力，只要热力系与外界间存在微小的 温度差，就有热量的传递
比热力学能可表示为
热力学能
u f (T,v)
• 热力学能是工质的状态参数。
• 在确定的热力状态下，热力系内工质具有确定的热力 学能。在实际分析和计算中，通常只需计算热力过程中 工质热力学能的变化量。因此可任意选取计算热力学能 的基本状态，如取0℃或0K时气体的热力学能为零。
03.12.2020
二、 外部储存能
Ek
1 2
mcf2
重力位能 Ep Ep mgz
∴ EU+Ek+Ep 或 eu+ek+ep
03.12.2020
第二节 热力系与外界传递的能量
在热力过程中,热力系与外界交换的能量: 热量 功量 工质通过边界时所携带的能量
03.12.2020
一、 热量
1. 热量 ——热力系和外界之间仅仅由于温度不同而通
03.12.2020
二、 功量
——在力差作用下,热力系与外界发生的能量交 换就是功量。 • 功量亦为过程量。 • 有各种形式的功,如电功、磁功、膨胀功、轴功等。
工程热力学主要研究两种功量形式: 体积变化功 轴功
03.12.2020
1、体积变化功
Fra Baidu bibliotek功量
——由于热力系体积发生变化（增大或缩小）而通过边 界向外界传递的机械功称为体积变化功（膨胀功或压缩功）。
• 体积变化功: W , 单位为J或kJ 。
• 1kg工质传递的体积变化功用符号w表示，单位为J/kg或kJ/kg。
• 正负规定:
dv > 0 , w > 0 , 热力系对外作膨胀功 dv < 0 , w < 0 , 热力系对外作压缩功
03.12.2020
• 体积变化功的计算
体积变化功
如图2-2所示, 1kg的气体 ;可逆膨胀过程 ; p，A， dx
开口热力系与外界 可以任意地交换轴功， 即:
• 热力系可向外输出轴功, 如燃气轮机、蒸汽轮机等
• 热力系可接受输入的轴功, 如泵、风机、压缩机
03.12.2020
轴功的特点
• 功率
——单位时间所作的功。
• 功率单位: W或kW，1W1J/s。 • 用功率可比较热机的做功能力。
03.12.2020
相应地也必然存在某一状态参数，它的变 化量可以作为热力系与外界间有无热量传递以 及热量传递方向的标志
03.12.2020
2. 熵
有温差便有热量的传递,可用熵的变化量作为热 力系与外界间有无热量传递以及热量传递方向的标 志。
• 熵: S , 单位为J/K 或 kJ/K 。 • 单位质量工质所具有的熵称为比熵, 用 s 表示, 单
三、随工质流动传递的能量
开口热力系在运行时，存在工质的流入、流出，它们 在经过边界时携带有一部分能量同时流过边界，这类能量包 括两部分:
• 流动工质本身的储存能 E EU12mfc2 mgz
• 流动功(推动功) Wf
03.12.2020
• 流动功
——开口系因工质流动而传递的功量称为流动功,又 称推动功。即推动工质流动而做的功。 ➢ 流动功是为推动工质通过控制体界面而传递的机械功，它 是维持工质正常流动所必须传递的能量。 ➢ 流动功: Wf , 单位为 J或kJ ➢ 1kg工质所作流动功用 wf 表示，单位为J/kg或kJ/kg。
对于微元可逆过程:
wpAd p xdv
对于可逆过程1～2：
w
2w
2
pdv
1
1
∴对于mkg工质：
2
Wmw1 pdV
03.12.2020
图2-2 体积变化功
• 示功图（p-v图）
w 的 大 小 可 以 p-v
图上的过程曲线下面的 面积来表示 。 ∴ p-v图也称示功图。
∴功量也是一个过程量。
体积功变量化功
2
w 1 pdv
03.12.2020
2、轴功
功量
——热力系通过机械轴与外界交换的功量。 轴功: Ws , 单位为J或kJ 。 • 1kg工质传递的轴功用符号ws表示，单位为J/kg或kJ/kg。
• 正负规定:
ws > 0 , 热力系向外输出轴功 ws < 0 , 外界向热力系输入轴功
03.12.2020
03.12.2020
如图所示，已知dm，p，v，A
对dm工质: Wf pAdxpdV pvdm
对1kg工质 :
wf
Wf
dm
pv
∴1kg工质流入和流出控制体的净流动功为
wf p2v2p1v1
∴流动功是一种特殊的功，其数值取决于
过边界传递的能量称为热量。
热量是在热传递中物体能量改变的量度。 热量不是状态参数，而是与过程紧密相关的 一个过程量。 对于热力系的某个状态，我们可以说它具有 多少能量，而不能说具有多少热量，只能说热 力系与外界交换了多少热量。
03.12.2020
• 热量符号: Q , 单位为J或kJ 。
• 单位质量工质与外界交换的热量用q 表示,单 位为J/kg或kJ/kg 。
热力系储存能
1. 宏观动能 ：Ek ，单位为J或kJ
Ek
1 2
mcf 2
2. 重力位能：Ep ，单位为 J 或 kJ
Ep mgz
03.12.2020
第二章
热力学第一定律
03.12.2020
热力系储存能
热力系储存能E
内动能-温度 内能U、u
uf（T，v）
(热力学能) 内位能-比体积
外储存能
宏观动能 Ek
ds 0 ， q 0 ，热力系与外界无热量传
03.12.2020
递。
3. 温熵图 (T-s图)
在可逆过程中单位
质量工质与外界交换
的热量可以用T-s 图
（温熵图）上过程曲 线下的面积12s2 s11来 表示。
温熵图也称示热 图。
图2-1 T-s图
从图中分析可知，热力系的初、终状态相同，但 经历的过程不同，其传热量也不相同。再次说明 热量是过程量，它与过程特性有关。