1 2 ws m u2 p2v2 cf2 gz2 0 2
令
u pv h
U pV H
，h 称为比焓。
, H 称为焓
焓的定义：焓=热力学能+推动功。
2-4 开口系统的稳定流动能量方程式
由于p、v 、u都是状态参数，所以焓也是工质的一个
1 2 Ws m u2 cf2 gz2 mp2v2 2 1 2 Ws m u2 cf2 gz2 p2v2 2
2-4 开口系统的稳定流动能量方程式
根据热力学第一定律可得
1 2 Q m u1 p1v1 2 cf1 gz1
本章主要内容
1 2 3 4 5
热力系统的储存能 热力学第一定律的实质 闭口系统的热力学第一定律表达式 开口系统的稳定流动能量方程式 稳定流动能量方程式的应用
2-1 热力系统的储存能
热力学能
热力学储存能
U
宏观动能与宏观位能
热力学能的定义：
Ek , E p
物体因热运动而具有的能量 , 是存储于物体内部的能量 。 内动能 内位能 原子能 化学能
对于单位质量工质的可逆过程 ,
q du pdv
q u pdv
1
2
2-3 闭口系统的热力学第一定律表达式
适用条件：
闭口系；可逆、不可逆； 理想和实际气体；初、终态为平衡态
符号规定：
吸热q为正，放热为负 系统对外作功为正，反之为负
系统内能增大 U为正,反之为负
2-3 闭口系统的热力学第一定律表达式
热力学能（内能）
2-3 闭口系统的热力学第一定律表达式
Q ΔU
W
Q W U U 2 U1
Q U W
对于微元过程，
Q dU W
2-3 闭口系统的热力学第一定律表达式
对于可逆过程，
Q dU pdV
Q U pdV
1 2
对于单位质量工质,
q du w q u w
工程上，除了喷管、扩压管外，常见热工设备的进出
口动、位能的变化一般都可以忽略不计。
q h ws
wt ws
1. 热交换器
ws 0
q h2 h1
2. 动力机械
q 0
ws h1 h2
2-5稳定流动能量方程式的应用 稳定流动能量方程式的应用 2-5 3. 绝热节流
例：气体在某一过程中吸收了50kJ的热量，同时热力 学能增加了84kJ，问此过程中气体做功是多少？
解：
∵
Q=△U+W W = Q- △U
Q=50KJ
功是负值意味什么？
△U=84KJ
பைடு நூலகம்
W=50KJ-84KJ=-34KJ
由于工质膨胀做功为正；接受外界压缩功为负，所以 断定工质经历了压缩过程，外界对气体作功为34kJ.
生功的第一类永动机是不可能制造成功的。
进入系统的能量－离开系统的能量
=系统储存能量的变化
2-3 闭口系统的热力学第一定律表达式
在工程热力学中，主要是热能和机械能之间的相互转
化和总量守恒
q W
本质：能量转换及守恒定律在热过程中的应用
q W
q W du
q W 0
Wt
2
p2v2
v
W
Wt=w+p1v1-p2v2
2-4 开口系统的稳定流动能量方程式
对可逆过程，
wt pdv ( p2v2 p1v1 )
1
2
pdv d( pv)
1 1
2
2
vdp
1
2
式中，v 恒为正值，负号表示技术功的正负与dp 相反。
2-5 稳定流动能量方程式的应用
a
d v
3.若Ua=0 Ud=42kJ,过程ad和db中交换的热量又是多少?
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由闭口系Q=∆U+W 对过程a-c-b,
p
c
b
a
d v
有∆Uacb =Qacb -Wacb =84-32=52KJ ∵∆Uacb = ∆Uadb 对过程a-d-c,
有Qadb = ∆Uadb+ Wadb =52＋10=62KJ
U表示质量为m的气体，单位：J或者kJ。
u表示质量为1kg的气体，单位：J/kg或者kJ/kg
2-1 热力系统的储存能
宏观动能：Ek ，单位为 J 或 kJ
Ek 1 mcf 2 2
宏观位能：Ep ，单位为 J 或 kJ
Ep mgz
储存能：E ，单位为 J 或 kJ
E U Ek Ep
例题1
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绝热刚性容器内自由膨胀 如图，抽去隔板，求 U 解：取气体为热力系 —闭口系？开口系？
Q U W Q 0
W 0 ?
U 0
即U1 U 2
强调：功是通过边界传递的能量。
例题2
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p
c
b
∆ Uad=Ud－ Ua =42KJ
Wad = Wadb=10KJ
a
d v
Qad = ∆ Uad+ Wad =42＋10=52KJ 0 Qdb= ∆ Udb+ Wdb
内热能 （工程热力学）
热力学能
气体内部所具有的各 种能量的总和
2-1 热力系统的储存能
热力学能是状态参数
U f (T , v), U f (T , p) U f ( p, v )
任何状态下系统热力学能的数值不可能为零。由于在 工程热力学中只计算工质在状态变化中的热力学能的 变化量，因此热力学能的零点可以人为地规定，例如， 通常取0K时气体的热力学能为零。
比储存能：e ，单位为 J/kg 或 kJ /kg
1 2 e u ek ep u cf gz 2
2-2 热力学第一定律的实质
热力学第一定律的表述：任何形式的能量，既不能消 灭也不能创造，只能从一种形式转换成另一种形式， 在转换过程中能量的总量保持恒定，-----能量守恒转 换定律。 热力学第一定律的另一种表述：不花费能量就可以产
状参数。对于一定状态的工质，p、v 、u 都有确定 的值，焓的值也就随之而定。
如何计算h？ h = u + p v
一般无法测定工质的焓和热力学能的绝对值。在热工 计算中关心的是两个状态间焓的变化（∆h)，因此，
可选取某一状态的焓值为零作为计算基准。
2-4 开口系统的稳定流动能量方程式 焓的物理意义 h=u+pv
2-4 开口系统的稳定流动能量方程式
开口系统的稳定流动能量方程式可改写为:
Q H Wt
q h wt
q dh wt
对于微元过程：
Q dH Wt
对于开口系统的稳定流动过程，系统内各点的状态都
不随时间而变化，所以可以将质量为 m 的工质作为
闭口系统来研究。
2-4 开口系统的稳定流动能量方程式
1 2 q h cf g z ws 2
以上两式称为开口系统的稳定流动能量方程。 对于微元过程 ，稳定流动能量方程写成：
1 2 Q dH mdcf mgdz Ws 2 1 2 q dh dcf gdz ws 2
2-4 开口系统的稳定流动能量方程式 注意：
量守恒。
2-4 开口系统的稳定流动能量方程式
实际热机的工作过 程大多可认为是稳 定过程。
任一截面上的各种 参数都不随时间改
变，但各截面上参
数可以不同。
2-4 开口系统的稳定流动能量方程式
推动工质流动所作的功，也称为流动功，也称为推进功。
Wf pAdx pdV pvdm
p
对于单位质量工质，
2 ws m u2 p2v2 cf2 gz2 0 2 h 1 mc 2 Q m mg z W
2
f
s
令H
mh
，上式改成
1 Q H mcf2 mg z Ws 2
2-4 开口系统的稳定流动能量方程式
对于单位质量工质：
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p
c
b
Qba =？ Qba = ∆Uba+ Wba ∵∆Uacb =- ∆Uba ∆Uacb =52KJ
a
d v
Qba = ∆Uba+ Wba=-52-20=-72KJ
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Qad = ∆Uad+ Wad
2-4 开口系统的稳定流动能量方程式 1. 稳定流动与流动功 （1） 稳定流动
流动状况不随时间而改变的流动。即任一流通截面上
工质的状态都不随时间而改变。
稳定流动的实现条件：
1）系统和外界交换的能量（功量和热量）与质量不随 时间而变;
2）进、出口截面的状态参数不随时间而变; 3)系统和外界交换的一切能量不随时间变化，满足能
（ 1 ）无论对于流动工质还是不流动工质，比焓都是 状态参数； （ 2 ）对于流动工质，流动功等于 pv ，比焓表示单位 质量工质沿流动方向向前传递的总能量中取决于热力 状态的部分 ； （ 3 ）对于不流动工质，不存在流动功，比焓也不表
示能量，仅是状态参数。 （ 4 ）工程上一般只需要计算工质经历某一过程后焓
p c b
一闭口系沿 acb 途径由状态 a 变 化到状态b吸入热量84kJ对外作 功32kJ,如图所示: 1.若沿途径adb变化时, 对外作功 10kJ, 问进入 系 统的 热 量是多 少? 2.当系统沿着曲线ba途径从b返回 到初始状态 a 时 , 外界对系统作 功20kJ,则系统与外界交换热量 的大小和方向?