1、第六章熱力學第一定律第一節熱力學第一定律的實質能量守恒定律是自然界的基本規律之一，它指出：自然界中一切物質都具有能量，能量不可能被創造，也不可能被消滅；但能量可從一種形態轉變為另一種形態，在能量的轉化過程中，能量的總量保持不變。第二節過程功與熱量一、體積功第六章熱力學第一定律圖6-1氣體膨脹作功示意圖第六章熱力學第一定律二、推動功(或流動功)除了體積功這類與系統的界面移動有關的功外，還有因工質在開口系統中流動而傳遞的功，稱之為推動功或流動功。對開口系統進行功的計算時需要考慮這種功。第六章熱力學第一定律圖6-2工質流動過程中所傳遞的推動功解：因為是可逆定壓過程，第六章熱力學第一定律2kg水汽化過

2、程中所做體積功可由體積功的基本計算式(6-4)計算：三、熱量與溫熵圖在熱力學中，熱量的定義為：“通過熱力系統邊界所傳遞的除功以外的能量”。只有當熱力系統與外界或熱力系統內各部分之間存在溫差時，才發生熱能的傳遞。第六章熱力學第一定律第六章熱力學第一定律圖6-3可逆過程熱量在T-s圖上的表示第三節熱力學能與焓第六章熱力學第一定律一、熱力學能能量是物質運動的量度，運動有各種不同的形態，相應的就有各種不同的能量。“熱能”是組成物質的分子、原子等微觀粒子作無規則運動時所具有的能量。宏觀靜止的物體，其內部的分子、原子等微粒仍在不停地運動著，這種運動稱為熱運動。物體因熱運動而具有的能量稱為內熱能。除此之外，

3、還有原子結合為分子而具有的化學能、原子核能等。在熱力過程中，物質的分子結構和原子結構都不發生變化，化學能和原子核能都不起做用，可以不考慮。在熱力學中將物體的內熱能稱為熱力學能。熱力學能是儲存于物體內部的能量，其量值取決于物體內部微觀粒子的熱運動狀態。4)分子間的位能分子的內位能，是比體積和溫度的函數。第六章熱力學第一定律二、焓第六章熱力學第一定律第四節熱力學第一定律能量方程熱力學第一定律的一般能量方程式說明系統在熱力過程中的能量平衡關系，是分析熱力過程的基本方程。熱力系統在狀態變化過程中的各項能量的變化應符合式（6 1）。一、封閉系統的能量方程熱力學第一定律所研究的能量轉換，其實現的途徑主要是

4、依靠工質的吸熱膨脹或壓縮放熱，因此要考察工質在狀態變化過程中的能量及其轉換，所選擇的閉口系統就是一定質量的工質。第六章熱力學第一定律第六章熱力學第一定律第六章熱力學第一定律1)若沿途徑a-d-b變化時，對外做功10kJ，則進入系統的熱量是多少？2)當系統沿著曲線途徑ba從b返回到初始狀態a時，外界對系統做功20kJ，求系統與外界交換熱量的大小與方向。第六章熱力學第一定律圖6-4例6-2圖3)若Ua=0，Ud=42kJ時，第六章熱力學第一定律過程a-d和d-b中系統與外界交換的熱量是多少？解：對途徑a-c-b，由封閉系統的能量方程式得1)對途徑a-d-b，由于熱力學能是狀態參數，其變化量只與初、

5、終狀態有關，而與中間過程無關，所以過程a-c-b和a-d-b的熱力學能變化量是相同的，均為Ub-Ua。第六章熱力學第一定律2)對曲線b-a途徑，由封閉系統能量方程式得3)當Ua=0、Ud=42kJ時，因Wadb=Wad+Wdb，而d-b為定容過程，其做功量為零，則二、開口系統穩定流動能量方程式第六章熱力學第一定律在實際的熱力設備中實施的能量轉換過程常常是較復雜的。工質要循環不斷地流經各相互銜接的熱工設備，完成不同的熱力過程，才能實現熱功轉換。分析這些熱工設備的能量轉換情況時，常將它們當做開口系統處理。若工質流經熱工設備的單位時間內與外界交換的熱量和功量隨時間的變化而變化，各固定點的流速及工質的

6、狀態參數亦隨時間的變化而變化，則這種流動稱為不穩定流動。不穩定流動的分析較為困難，需要掌握流動隨時間變化的規律才能進行。將實際的流動過程視為穩定流動過程可使分析研究大為簡化。1)進、出口處工質的狀態不隨時間的變化而變化。2)進、出口處工質質量流量相等且不隨時間的變化而變化，滿足質量守恒條件。第六章熱力學第一定律3)系統和外界交換的熱量和功量等一切能量不隨時間的變化而變化，滿足能量守恒條件。圖6-5穩定流動能量分析示意圖第六章熱力學第一定律第六章熱力學第一定律第六章熱力學第一定律圖6-6技術功的圖示第六章熱力學第一定律【案例分析與知識拓展】案例1：穩定流動能量方程的工程應用熱力學第一定律的能量方

7、程在工程上應用很廣泛，理論上可用于計算任何一種熱工設備中能量的傳遞和轉化。在應用能量方程分析具體問題時，應根據具體問題的不同條件做出某種假定和簡化，使能量方程更加簡單明了，下面舉例說明。第六章熱力學第一定律圖6-7工質流經動力機械示意圖第六章熱力學第一定律圖6-8工質流經閥門的示意圖案例2：非穩定流動熱力過程的特點第六章熱力學第一定律工程上許多開口系統中的熱力過程可當做穩定過程，但也有許多變質量熱力過程，如向制冷劑鋼瓶充入制冷劑或自壓縮空氣瓶放出氣體起動柴油機等都是非穩定流動過程工程應用的典型例子。又如制冷壓縮機的壓縮過程，或多或少總有漏氣，這時以氣缸內制冷工質為研究對象的熱力系統也是一個變質

8、量系統。這種有工質參數變化的壓縮過程，在參數間的關系以及功量和熱量的計算上與定質量系統有較大差別。在分析變質量系統時，應特別注意變質量系統與外界除有功量及熱量的交換外，還有質量的交換。通常，遷移的質量在離開系統時的狀態為該時刻系統所處的狀態，但進入系統的工質的狀態則是由外界條件決定的。第六章熱力學第一定律變質量熱力系統開口邊界處流入工質與流出工質的質量流量不相同，流動工質做出機械功率或與外界交換的熱流量不一定是常數，這時熱力系統的總能量往往是時間的函數，但任意時刻系統內的狀態仍可做為均勻態處理?！颈菊滦〗Y】一、熱力學第一定律熱力學第一定律實質上是能量守恒定律在工程熱力學領域的應用，具體表現為熱

9、能和機械能之間的相互轉化和守恒。第一定律說明了熱能和機械轉化時所遵循的數量平衡規律。二、功與熱量系統體積變化時所做的功稱為體積功（包括膨脹功和壓縮功），體積功不是狀態參數，而是一個過程量。第六章熱力學第一定律三、熱力學能與焓熱力學能是儲存于物質內部的能量，氣體熱力學能包括氣體分子的內動能（分子平動、轉動和振動動能）和內位能兩部分。一般情況下，氣體內能是比體積和溫度的函數。焓表示流動工質所攜帶的總能量，它包括氣體本身所具有的熱力學能和流動時所傳遞的推動功（或流動功）。四、熱力學第一定律能量方程封閉系統熱力學第一定律表達式為q=u+w，它適用于封閉系統任何工質任何過程，其可逆過程微元表達式為Tds=du+pdv，此式適用于封閉系統任何工質可逆過程?！舅伎寂c練習題】第六章熱力學第一定律圖6-10題6-3圖1)氣體膨脹時一定對外做功。第六章熱力學第一定律2)氣體壓縮時一定消耗外功。1)氣缸中活塞能否對流體做功？2)流體的壓力會改變嗎？3)假定用某種方法使流體的壓力從2105Pa提高到40105Pa時，流體的熱力學能和焓有無變化？表格1)若沿途徑a-d-b變化時，對外做功10kJ，則吸收的熱量是多少？2)系統由b經曲線途經ba過程返回到a時，若外界對系統做功23kJ，吸收的