第2章(天大).ppt

NUMERICAL INVESTIGATION OF HEAT TRANSFER ENHANCEMENT ON A SMALL,SCALE VORTEX GEN,-,ERATOR,Asme,*,1-,*,2nd ASME-Micro/,Nanoscale,Heat&Mass Transfer International Conference,Click to edit Master text styles,Second Level,Third Level,Fourth Level,Fifth Level,Asme,Fluent Inc.,*,1-,*,Introductory,FLUENT,Notes,Tianjin,Unviersity,Mar 2005,2,nd,ASME,杨志琴,Click to edit Master text styles,Second Level,Third Level,Fourth Level,Fifth Level,Asme,Fluent Inc.,*,1-,*,Introductory,FLUENT,Notes,Tianjin,Unviersity,Mar 2005,2,nd,ASME,杨志琴,NUMERICAL INVESTIGATION OF HEAT TRANSFER ENHANCEMENT ON A SMALL,SCALE VORTEX GEN,-,ERATOR,Asme,*,1-,*,Department of thermal energy engineering,Engineering thermodynamics,Click to edit Master text styles,Second Level,Third Level,Fourth Level,Fifth Level,Asme,Fluent Inc.,*,1-,*,Introductory,FLUENT,Notes,Tianjin,Unviersity,Mar 2005,2,nd,ASME,杨志琴,第二章 热力学第一定律,本章要点,基本要求,深刻理解热量、储存能功的概念，深刻理解内能、焓的物理意义,理解膨胀（压缩）功、轴功、技术功、流动功的联系与区别。,本章重点,熟练应用热力学第一定律解决具体问题。,2-1,热力学第一定律的实质,热力学第一定律：,在任何发生能量传递和转换的热力过程中，传递和转换前后能量的总量保持不变。,实质：,能量守恒定律在热过程中的应用。,2-2,功,1,、,力学,定义,:,力,在力方向上的位移,2,、,热力学,定义,a,、,当热力系与外界发生能量传递时，如果对外界的,唯一效果可归结为取起重物,，,此即为热力系对外作功。,b,、,功是系统与外界相互作用的一种方式，在力的推动下，通过,有序,运动方式传递的能量。,功,的一般表达式,热力学最常见的功,容积变化功,其他准静态功,：,拉伸功、表面张力功、电功,等,p,V,.,1,2,.,p,p,外,2,1,1,kg,工质：,w,=,p,d,v,W,系统对外界做功，,W0,外界对系统做功，,W0,；系统放热，,Q0.,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。,单位：,热量如何表达？,是否可以用类似于功的式子表示？,？,引入,“,熵,”,热量与容积变化,功,能量传递方式,容积变化功 传热量,性质,过程量,过程量,推动力,压力,p,温度,T,标志,d,V,d,v,d,S,，,d,s,公式,条件,v,准静态或可逆,可逆,2-4,循环过程热力学第一定律表达式,循环中系统由外界得到功 ，系统对外放热为 。,焦耳通过实验发现：,A,当功与热均取焦耳为单位时，,A=1,。,闭口系统进行的任意热力循环过程中，循环净热等于循环净功。,2,5,热力学第一定律的推论，状态参数热力学能（内能）,一、,状态参数热力学能,循环过程热学第一定律,：,任意循环,1,A,2,B,1,，,+=0,=-,在另一循环,1,C,2,B,1,中，有：,=-,于是有：,=,1,A,2,与,1,C,2,是由,1,到,2,的两条不同的路径,；,表明：被积函数,一定是某一态函数的全微分,，,以一定方式储存于热力系内部的能量为热力学能，也称,内能,。包括分子的,移动、转动、振动、分子间的位能,。,热力学能是一个,状态参数,，可以用其他独立状态参数表示，对,简单可压缩系统,，热力学能可表示为：,二、外储存能,系统工质,与,外力场,的,相互作用,所具有的,能量,。,如：重力位能,以,外界,为,参考坐标,的系统,宏观运动,所具有的能量,如：宏观动能,组,成,三、系统的总储存能,外部储存能,宏观动能,E,k,=,mc,2,/2,宏观位能,E,p,=,mgz,机械能,系统总储存能,E,=,U,+,E,k,+,E,p,e,=,u,+,e,k,+,e,p,一般与系统同坐标，常用,U,d,U,u,d,u,2-6,热力系与外界的物质交换,一、质量守恒方程,稳定流动过程,若用单位时间内质量流量表示，稳定流动质量守恒方程：,如果活塞上升距离为为,h,，,过程中外界付出功量：,此功称为,推挤功,。,流动功,2,7,热力学第一定律的表达式,一、基本表达式,对于闭口系统：,适用于闭口系统中进行的一切热力过程,二、稳定流动能量方程式,流入系统的能量为：,流出系统的能量为：,流动功为：,根据能量守恒原理：,令,焓,代入整理后可得：,其中技术功为：,控制质量系统：,流动过程：,对于简单可压缩系：,要点：,基本表达式、开口系统表达式、稳定流动能量方程、膨胀功、流动功、技术功,2,8,能量方程的应用,1,热力发动机,热,力系统,：,1,1,和,2,2,截面间,条件,：稳定状态，进、出口动,能差为零，重力位能变化不计，,气体与外界的换热忽略，,稳定流能量方程可化简为：,单位质量工质的作功量为：,2,喷管,气流快速通过喷管，与外界的,热,量交换为零,，与外界,无功交换,，,重力位能变化不计,，稳定流能量,方程可表示为：,3,气轮机叶轮,不计重力位能、焓的变化，过程绝热,；稳定流能量方程可表示为：,4,热交换器,与外界,无功交换,，重力位能,、动能变化不计，流入与流出系,统的,速度变化不计,。,5,压气机,系统与外界有热量交换，,不计,进出口,动能和重力位能,的,变化,。,6,节流过程,不计,动能,、重力,位能,、,绝热,、与外界,无功量交换,，绝热节流前后的,焓值不变,。,2,9,非稳定流动的能量方程,伴随系统与外界能量、质量,交换，系统内储存能的变化：,一定质量的物质流入、流出系统,时，系统付出的流动功：,根据能量守恒原理：,各式代入后可得：,整理后得：,对于稳态流动：,例题 充、放气过程,系统内工质的状态随时间变化，但,每一瞬间可认为系统内状态一致，,气体的进口状态不随时间变化。,对于绝热充气过程，,有以下,特点：,忽略,工质,动能和重力位能,变化,代入非稳态流动方程得：,积分后可得,:,如系统充气前为真空，充入气体的质量等于充气后系统内工质的质量，,