当前课程知识点：工程热力学（上） > 第2章 热力学第一定律 > 2-4 开口系统能量方程与焓 > Video 2-4 开口系统能量方程与焓
开口系能量方程与焓
首先你要清楚
什么样的系统是开口系 还记得吗
所谓的开口系 是与外界有质量的交换 或者说迁移
另外在推导开口系能量方程的过程中
我们还要引入两个重要的概念
一个是推进功 还有一个焓
这是我们开口系的示意图
工质有进有出
进入的工质它携带一定的内能
同时它有宏观动能 还有重力位能
出口相应的也是
工质流出携带的内能 同时它具有宏观动能和重力位能
在这个开口系工质进出的过程中
还与外界进行热量的交换和功的交换
相应的这符号 我们用δQ和δW来表示
我们来对它进行能量方程的推导
我们用的是我们前面介绍过的
热力学第一定律的文字表达式
进到系统的能量 减去离开系统的能量 等于系统总能的变换量
这个表达式进行整理以后
我们放在这个下面 写在这
但是这个表达式
与我们的实验结果是不符的
肯定是在什么地方出了问题
这个问题出在什么地方
就是我们工质进出系统的时候
它实际上 还有一个推进功
也就是说 我们刚才在推导这个表达式的过程中
我们没有考虑这个推进功
我们现在就来看一下
这个推进功是什么
这是刚才把我们那个进口放大了
表示在这儿 这个虚线表示系统的截面
也就是说 外面的工质要进到这个系统
必须是后面的工质推它进来
推的这个功
我们就把它叫做推进功
或者说流动功 或者说推动功
也就是说这是工质进出系统
而传递的这个功
这个功的表达式
你可以利用力学的知识推出来
功等于什么
力乘以在力方向的位移
这个力就是压力乘以这截面积
这个位移就是这部分工质
移动的这一小段距离 用dl来表示
然后A乘以dl实际上就是
这个工质的容积V 或者说它的体积
也就是说推进功等于压力乘以容积
对于每千克工质 就是压力乘以比容
在这提醒大家注意
推进功 它是压力乘以比容
跟我们前面讲的一个功有点像
表达式来看 哪个呢
容积变化功 容积变化功是什么
是p乘以dv 对于容积变化功
它的作用过程中
容积是发生变化的
或者说比容是发生变化的
而对于推进功而言
它的这个比容是不变的
工质只发生了位置的平移
这个大家一定要很清楚
对推进功我们进行一个说明
推进功首先它跟流动有关
如果流动停止的话
这个推进功也就不复存在了
再一个 在推进功作用的过程中
工质只发生了一个位置的变化
而比容是没有变化的 状态没有变化的
第三点 推进功它是状态量
也就是说跟工质的状态有关
第四点 推进功并不是工质本身的能量变化引起的
而是由外界比如说泵或风机做出来
然后流动工质所携带的能量
也就是说我们可以理解成
推进功它是由于工质进出 系统与外界交换的一种机械功
它表现为工质进出系统的时候 所携带的一种能量
现在我们再把推进功
加到刚才我们推导开口系能量方程中
我们刚才不说缺了吗
现在我们得把它加回去
也就是说进口要有推进功
出口也要有一个推进功
我们给它加进去
然后对这个表达式进行整理一下
我们放在这个最上面 很长
微元的热量 加上这质量 然后乘以括号这些
这括号里面都有什么
有内能 有推进功 有宏观动能 有重力位能
这是出口的相应的这些量
然后再减去与外界交换的功
然后等于储存能的变化量
在工程上经常要用到这个流率
所谓的流率 也就是单位时间热量的变化量 或功的变化量
或质量的变化量
上面用一个点来表示
我们用这三个符号
然后把上面这表达式进行一下转换
就是下面这表达式
对于多个进口 或多个出口的系统
所有的进口的量要加起来
所有的出口的量也要加起来
就是这样一个表达式
然后我们再来看这个表达式
在这个表达式中 不管是进口还是出口
内能和推进功它俩总是同时出现的
所以我们引入了焓
焓就是内能加上推进功
也就是 h=u+pv
这样一来
我们把刚才那个表达式中
u加上pv 用h来表示
也就是 用焓来表示
这个表达式就是
开口系能量方程的通用式
我们对焓 也进行一个说明
首先 我们的定义式 焓等于内能加上推进功
小写表示的是每千克工质的焓
大写表示的是整个系统的这个焓
焓是状态参数
因为焓等于内能加上推进功
内能和推进功是状态参数
所以焓一定是状态参数
然后大写H的是广延参数
小写的h是比参数 是每千克工质所具有的焓
第三点 我们想说的是
对于流动的工质 焓代表能量 也就是内能加上推进功
但是对于静止的工质 焓不代表能量
焓的物理意义
实际上在刚才的介绍中
大家应该也会知道
它是开口系中 随工质流动而携带的 取决于热力状态的能量
也就是说工质进到系统 在这个过程中它携带的能量
是什么 是焓
我们把这小节的重点来总结一下
首先 推进功 它是状态参数
它的数值等于什么
等于压力乘以比容
然后第二个 焓 焓等于什么
等于内能加上推进功
也就是说h=u+pv 焓是状态参数
第三点 我们开口系能量方程的通式
稍微有点长 但是大家一定要掌握
这一小节的内容我们就介绍到这儿
-0-0 导引
-0-1 热能及其利用
-0-1 作业
-0-2 热能转换装置工作过程简介
-0-2 作业
-0-3 工程热力学的研究内容及方法
-0-3 作业
-0-4 工程热力学与中国能源战略及环保
-0-4 作业
-绪论 章节小测验
-1-1 热力系统
-1-1 作业
-1-2 状态和状态参数
-1-2 作业
-1-3 基本状态参数
-1-3 作业
-1-4 平衡状态
-1-4 作业
-1-5 状态方程、坐标图
-1-5 作业
-1-6 准静态过程与可逆过程
-1-6 作业
-1-7 功量
-1-7 作业
-1-8 热量与熵
-1-8 作业
-1-9 热力循环
-1-9 作业
-第1章小结及讨论习题课
-第1章 章节小测验
-2-1 热力学第一定律的本质
-2-1 作业
-2-2 热力学第一定律的推论——内能
-2-2 作业
-2-3 闭口系统能量方程
-2-3 作业
-2-4 开口系统能量方程与焓
-2-4 作业
-2-5 稳定流动能量方程与技术功
-2-5 作业
-2-6 稳定流动能量方程的应用
-2-6 作业
-第2章小结
-第2章讨论习题课
-第2章 章节小测验
-3-0 导引
-3-1 理想气体状态方程
-3-1 作业
-3-2 比热容
-3-2 作业
-3-3 理想气体的内能、焓、熵和比热容
-3-3 作业
-3-4 理想气体比热容、内能、焓和熵的计算
-3-4 作业
-3-5 研究热力过程的目的和方法
-3-5 作业
-3-6 理想气体的等熵过程
-3-6 作业
-3-7 理想气体热力过程综合分析
--Video 3-7（2）基本过程在p-v图和T-s图上的表示
-3-7 作业
-3-8 气体的压缩
-3-8 作业
-3-9 活塞式压气机压缩过程分析
-3-9 作业
-第3章小结及讨论习题课
-第3章 章节小测验
-4-0 导引
-4-1 热二律的表述与实质
-4-1 作业
-4-2 卡诺定理与卡诺循环
-4-2 作业
-4-3 克劳修斯不等式及熵的引出
-4-3 作业
-4-4 不可逆过程熵的变化
-4-4 作业
-4-5 孤立系统熵增原理
-4-5 作业
-4-6 熵方程及对熵的小结
-4-6 作业
-4-7 熵与不可逆及熵的物理意义
-4-7 作业
-第4章讨论习题课
-4-8 㶲及其计算
-4-8 作业
-第4章 章节小测验
-5-0 导引
-5-0 作业
-5-1 活塞式内燃机动力循环
-5-1 作业
-5-2 活塞式内燃机几种循环的比较
-5-2 作业
-5-3 斯特林循环
-5-3 作业
-5-4 勃雷登循环
-5-4 作业
-5-5 提高勃雷登循环热效率的其它途径
-5-5 作业
-5-6 动力循环的一般规律
-第5章 章节小测验
-期末考试
