清华大学工程热力学讲义_2-2

作业2-62-112-122-18准静态下的技术功()tpdvdpvw()twpvw()twdpvw准静态()()twpdvdpvpdvpdvvdpvdptwvdp准静态qdupdvqdhvdp热一律解析式之一热一律解析式之二twvdp技术功在示功图上的表示1122ddvppvpvpvt1122wwpvpvt()wwpv121ba123411401a2302b§2-6稳定流动能量方程应用举例s22/wzgchq热力学问题经常可忽略动、位能变化例：c1=1m/sc2=30m/s(c22-c12)/2=0.449kJ/kgz1=0mz2=30mg(z2-z1)=0.3kJ/kg1bar下,0oC水的h1=84kJ/kg100oC水蒸气的h2=2676kJ/kgsqhw例1：透平(Turbine)机械火力发电核电飞机发动机轮船发动机移动电站燃气机蒸汽轮机Steamturbine透平(Turbine)机械sqhw1)体积不大2）流量大3）保温层q0ws=-△h=h1-h20输出的轴功是靠焓降转变的例2：压缩机械Compressor火力发电核电飞机发动机轮船发动机移动电站压气机水泵制冷空调压缩机压缩机械sqhw1)体积不大2）流量大3）保温层q0ws=-△h=h1-h20输入的轴功转变为焓升例3：换热设备HeatExchangers火力发电：锅炉、凝汽器核电：热交换器、凝汽器制冷空调蒸发器、冷凝器换热设备热流体放热量：没有作功部件sqhw热流体冷流体h1h2s0w21qhhhh1’h2’210qhhh冷流体吸热量：'''210qhhh焓变例4：绝热节流ThrottlingValves管道阀门制冷空调膨胀阀、毛细管绝热节流绝热节流过程，前后h不变，但h不是处处相等h1h2sqhw没有作功部件s0w绝热0q0h12hh例5：喷管和扩压管火力发电蒸汽轮机静叶核电飞机发动机轮船发动机移动电站压气机静叶NozzlesandDiffusers喷管和扩压管喷管目的：压力降低，速度提高扩压管目的：动能与焓变相互转换速度降低，压力升高动能参与转换，不能忽略s0w0qs22/wzgchq0gz212ch第二章小结Summary1、本质：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-第二章小结2outcvout2innetind//2/2QEhcgzmhcgzmW通用式2、热一律表达式：cvnet2outout2inind/2/2QEWhcgzmhcgzm第二章小结稳流：mmminoutdEcv/=0s22/wzgchqtqhw2outcvout2innetind//2/2QEhcgzmhcgzmW通用式第二章小结闭口系：outin0mm2outcvout2innetind//2/2QEhcgzmhcgzmW通用式netcvd/QEWQdEW第二章小结2outcvout2innetind//2/2QEhcgzmhcgzmW通用式循环dEcv=0netQWQWout=in第二章小结孤立系：2outcvout2innetind//2/2QEhcgzmhcgzmW通用式netoutin0QWmm0isodE第二章小结3、热力学第一定律表达式和适用条件任何工质，任何过程quwdqupv任何工质，准静态过程s22/wzgchq任何工质，任何稳流过程sqhw或tqhw忽略动、位能变化第二章小结qdupdvdhvdp4、准静态下两个热力学微分关系式适合于闭口系统和稳流开口系统后续很多式子基于此两式第二章小结5、u与hU,H广延参数u,h比参数U系统本身具有的内部能量H不是系统本身具有的能量，开口系中随工质流动而携带的，取决于状态参数的能量第二章小结6、四种功的关系准静态下2t12swcgzw()twpvwtwvdpwpdv闭口系过程开口系过程第二章讨论课Discussion思考题工质膨胀是否一定对外作功？做功对象和做功部件定容过程是否一定不作功？开口系，技术功定温过程是否一定不传热？相变过程（冰融化，水汽化）twvdp水轮机第二章讨论课气体被压缩时一定消耗外功热力学功指有用功p00WpdVpdV对外作功指有用功第二章讨论课气体边膨胀边放热是可能的tQHW对工质加热，其温度反而降低，这种情况不可能QUW000第二章小结循环1212aUU1212aWW121212aaaQUW121212QUW思考题4附图1212aQQ1212ttaWW1212aHH121212tQHW121212aataQHW0UÑ0HÑtWWQ蜒ÑPq例：2-147m671mmm1m7771166mhmqmhmhP充气问题与取系统习题2-9储气罐原有气体m0,u0输气管状态不变，h经时间充气，关阀储气罐中气体m求：储气罐中气体内能u’忽略动、位能变化，且管路、储气罐、阀门均绝热m0,u0h四种可取系统1）取储气罐为系统开口系2）取最终罐中气体为系统闭口系3）取将进入储气罐的气体为系统m0,u0h闭口系4）取储气罐原有气体为系统闭口系1)取储气罐为系统(开口系)忽略动位能变化hcvnet2outout2inind/2/2QEWhcgzmhcgzm绝热无作功部件无离开气体cvin0dEhmcvindUhm1)取储气罐为系统(开口系)经时间充气，积分概念hh是常数cvindUhm000'cvinmummumdUhm000'()mumuhmm000()'hmmmuum四种可取系统2）1）取储气罐为系统开口系2）取最终罐中气体为系统闭口系3）取将进入储气罐的气体为系统m0,u0h闭口系4）取储气罐原有气体为系统闭口系2）取最终罐中气体为系统(闭口系)hm0m-m0QUW绝热000'()Umumummu0()Wmmpv0000'()()0mumummummpv000'()0mumummh000()'hmmmuumm-m0四种可取系统3)1）取储气罐为系统开口系2）取最终罐中气体为系统闭口系3）取将进入储气罐的气体为系统m0,u0h闭口系4）取储气罐原有气体为系统闭口系3）取将进入储气罐的气体为系统(闭口系)m0hm-m0QUWm0与m-m0有温差传热Q100()'()Ummummu01()WmmpvWm-m0对m0作功W110001()'()()QmmummummpvW1001()'()QmmummhW??m-m0四种可取系统4)1）取储气罐为系统开口系2）取最终罐中气体为系统闭口系3）取将进入储气罐的气体为系统m0,u0h闭口系4）取储气罐原有气体为系统闭口系4）取储气罐原有气体为系统(闭口系)m0hm-m0QUWm0与m-m0有温差传热Q1’000'Umumum0得m-m0作功W1’''10001'QmumuW1001()'()QmmummhW??'11QQ'11WW4）取储气罐原有气体为系统(闭口系)m0hm-m0''10001'QmumuW1001()'()QmmummhW'11QQ'11WW''1111()QWQW00000()'()(')mmummhmumu000'()mumummh000()'hmmmuum四种可取系统1）取储气罐为系统开口系2）取最终罐中气体为系统闭口系3）取将进入储气罐的气体为系统m0,u0h闭口系4）取储气罐原有气体为系统闭口系√√利用热一律的文字表达式进－出＝内能变化h内能变化：0()mmh000()'hmmmuum取储气罐为系统(开口系)进：出：000'mumum0,u0结果说明1）取系统不同，考虑的角度不同开口系反映为质量携带焓2）若m0＝0，m0,u0h闭口系反映作功000()'hmmmuum'uh取系统问题之二已知：p1=35bar,t1=16℃h≈0V要求：输出4kW,持续30s(kW=kJ/s)允许：p1p2=3.5barvucTphcT718/.vcJkgK287/.RJkgK求：需要的容积V解1:取储气罐为系统（开口）h≈0Vcvnet2outout2inind/2/2QEWhcgzmhcgzmcvout0dEhm21outUUhm12outUUhm解1:取储气罐为系统（开口）V12outUUhmW1122mumuW12v1v212pVpVcTcTWRTRT335v12430100.0152718(353.5)10()287WVmcppRh≈0解2：取气体为系统（闭口）VQUW'1122122()Wmumummuh≈012WUUu2’≈01122Wmumu解3：取储气罐和汽机为系统（开口）Vh≈01122Wmumu进－出＝内能变化内能变化：W进：出：02211mumu22110Wmumuu2’≈0其它功例HeQl真空已知：缓慢加热He气p1=1.013bar,p2=3.039bar活塞面积A=0.1m2,无摩擦弹簧刚度k=105N/m求：He作功量W物理学过：弹簧变形与力的关系kl弹簧功222111212llllllWdlkldlkl弹簧解1：由弹簧功求He作功量HeQl真空222111212llllllWdlkldlkl弹簧1110.1013pAlmkk2220.3039pAlmkk4.105WkJ弹簧He4.105WkJ解2：由He参数求作功量HeQl真空HeWpdV缓慢加热：准静态关键求p与V的关系dVAdpAk2211222He4.1052ppppAApWpdpkJkk