热力学能变量Δ U
系统热力学能增大Δ U+
制
可逆过程 W pdV
冷 原
2
Q dU pdV ,Q U 1 pdV
2
(1-13)
理
q du pdv, q u 1 pdv
(1-14)
与
完成一循环后，工质恢复原来状态 dU 0
技
Q W
(1-15)

1 2
mc
2 f
重力位能 E p mgz
工质的总能
E
U

1 2
mc
2 f

mgz
(1-3)
比总能
e

u

1 2
c
2 f

gz
(1-4)
力学参数cf和z只取决于工质在参考系中的速度和高度
制
2.能量的传递和转化
冷
能量从一个物体传递到另一个物体有两种方式
原
作功
理
借作功来传递能量总和物体宏观位移有关。
原
wc (h2 h1 ) (q)
(1-24)
理
图1-4 膨胀机能量平衡
与 技
膨胀过程均采用绝热过程
术
稳定流动能量平衡方程
wi h1 h2
(1-25)
图1-5 换热器能量平衡
图1-6 喷管能量转换
两个独立状态参数的函数 。
总能
内部储存能 外部储存能
热力学能 动能 位能
制
工质的总储存能
冷 内部储存能和外部储存能的和，即热力学能与宏观
原
运动动能及位能的总和 。
理 与
E－总能， Ek －动能 Ep －位能 E=U+Ek+Ep
(1-2)
技
若工质质量m，速度cf，重力场中高度z
术
宏观动能
Ek

1 2
c
2 f1
gz1 )m1
Wi
(1-19)
制
稳定流动
dECV 0, min mout
d
d
d
冷 原
系统只有单股流体进出，qm1

m1 d
qm2
m2 d
qm
理
q

h
1 2
c
2 f

gz

wi
(1-21)
与
技 术
微量形式
q

dh
一种形态转变为另一种形态，且在能量的转化 过程中能量的总量保持不变。
术
能量守恒与转换定律是自然界基本规律之一。
热力学能和总能
热力学能
制
用符号U表示，单位是焦耳 （J）
冷
比热力学能
原
1kg物质的热力学能称比热力学能
理
用符号u表示，单位是焦耳/千克 （J／kg）
与
技
热力状态的单值函数。
术
热力学能 状态参数，与路径无关。
原 工质从外界吸热Q后从状态1变化到2，对外作功 理 W。若工质宏观动能和位能的变化忽略不计，则 与 工质储存能的增加即为热力学能的增加Δ U
技 热力学第一定律的解析式 术
Q W U U2 U1 Q U W
(1-11)
加给工质的热量一部分用于增加工质的热 力学能储存于工质内部，余下一部分以作功 的方式传递至外界。
与
传热
技
借传热来传递能量无需物体的宏观移动。
术
推动功
因工质在开口系统中流动而传递的功。 对开口系统进行功的计算时需要考虑这种功。
推动功只有在工质移动位置时才起作用。
制
冷
原
理
与
技
图1-1a所示为工质经管道进入气缸的过程。
术
工质状态参数p、v、T，用p-v图中点C表示。 工质作用于面积A的活塞上的力为pA，工质流入气
过程完成后系统内工质质量增加dm, 系统总能增加dECV
由系统能量平衡的基本表达式有
dE1 p1dV1 Q (dE2 p2dV2 Wi ) dECV (1-17)
由E=me,V=mv,h=u+pv,得
Q

dECV
(h2

1 2
c
2 f
2
gz2 )m2
(h1
制
对微元过程，第一定律解析式的微分形式
冷
Q dU W
(1-12a)
原
理
对于1 kg工质， q u w
(1-12b)
与
技
q du w (1-12c)
术
式(1-12) 对闭口系普遍适用，适用于可逆
过程也适用于不可逆过程，对工质性质也无
限制。
热量Q
系统吸热Q+
功W
代数值 系统对外作功W+
术
焓也可以表示成另外两个独立状态参数的函数。 如：h=f(T,v) 或 h=f(p,T); h=f(p,v)
2
h1a2 h1b2 1 dh h2 h1
(1-9)
4．热力学第一定律的基本能量方程式
进入系统的能量-离开系统的能量=系统中储存能量的增加 (1-10)
制
冷 4.1 闭口系统的能量平衡
术
闭口系完成一循环后，循环中与外界交换的
热量等于与外界交换的净功量 Qnet Wnet
qnet wnet (1-16)
4.2 开口系统的能量平衡
图1-2 开口系统流动过程中的能量平衡
制
冷
原
理
与
技 术
图示开口系统，dτ 时间内，质量m1(体积为dV1)的微 元工质流入截面1-1，质量m2 (体积为dV2 ) 的微元工质流出 2-2，系统从外界得到热量Q，对机器设备作功Wi 。
1 2
dc
2 f

gdz wi
(1-22)
当流入质量为m的流体时，稳定流动能量方程


H

1 2
mc2f

mgz
Wi
Q

dH

1 2
mdc2f

mgdz
Wi
5.能量方程式的应用
图1-3 压缩机能量平衡
工质流经压缩机时，机器对工
质做功wc,使工质升压，工质对
制 外放热q 冷 每kg工质需作功
从截面2-2流出，带出系统的推动功为p2v2。
( pv) p2v2 p1v1是系统为维持工质流动所需的功， 称为流动功
3．焓
焓
用符号H表示，单位是焦耳 （J）
制
H= U+pV
(1-5)
冷
比焓
原
用符号h表示，单位是焦耳/千克 （J／kg）
理
h u pv
(1-6)
与 技
焓是一个状态参数。
第一章 制冷与低温的热力学基础
第一节 制冷与低温原理的热工基础 第二节 制冷与低温工质 第三节 制冷技术与学科交叉
第一节 制冷与低温原理的热工基础
1.1.1 制冷与低温原理的热力学基础
制
冷
1.热力学第一定律
原
理 自然界中的一切物质都具有能量，能量不
与 可能被创造，也不可能被消灭；但能量可以从
技
缸时推动活塞移动距离 l，作功pA l=pV=mpv。m表示
进入气缸的工质质量，这一份功叫做推动功。
1kg工质的推动功等于pv如图中矩形面积所示。
制
冷
原
理
与
技
图1-1b所示考察开口系统和外界之间功的交换。 取一开口系统，1kg工质从截面1-1流入该热力系，
术 工质带入系统的推动功p1v1，作膨胀功由状态1到2，再