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热力学第一定律

下一节:反应物与生成物的组成

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热力学第一定律课程教案、知识点、字幕

好 同学们

下面呢我们开始

复习热力学第一定律

热力学第一定律

大家都非常熟悉

实际上是什么

就是能量守恒对吧

那么它通常

严格来讲它有一个系统

一个系统就是我们研究的对象

比如我们燃烧的燃烧系统

那么另外的话

就是整个其他的

所有其他整个

宇宙其他的东西

我们把它称之为叫环境

那我们实际上

热力学第一定律什么概念呢

系统实际上内部的能量的变化

跟环境的能量交换

应该是什么

是守恒的对吧

那么宇宙实际上我们开玩笑说

就是宇宙就等于系统加上环境

那这个你不管任何一个系统

把其他都叫做环境的话

那么宇宙就是系统加环境

那热力学第一定律

是怎么表述的呢

我们并不一般的去讲

我们对于燃烧的化学过程

应该伴随着热的交换

这就是它的一个特点

同时有的时候还会做功

那么如果我们是

燃烧反应以后这个热量

是流出的热量给环境的

那我们把它称之为

放热的过程

而如果是需要能量

往系统里边引入能量 引入热

我们把它叫做吸热

所以说热的交换

包括放热和吸热两个方面

比如我们非常简单的

举两个例子

甲烷的燃烧

甲烷的燃烧它就会产生很多热

这个时候

燃烧的能量

就会释放到环境里边去

以热的形式

但是回过头来

燃烧一般来说

我们总是说放热反应

但实际上燃烧

现在我们关注的一些

污染物的形成

可能就是一个吸热反应

比如像氮氧化物的形成

氮气加氧气在正常情况下

在正常的温度下

它就不烧对不对

在高温底下它就会形成氮氧化物

而这个时候实际上

它是一个吸热反应

大家想一想

如果是一个放热反应

会怎么样啊

那恐怕我们这个地球上

我们就没法生存了 为什么

它放热不断的加快

我们不可能有79的氮气

21的氧气这么存在

它就会反应掉了

所以这是一个很有趣的现象

大家想一想

地球上的氮气和氧气

怎么不都生成氮氧化物

因为它需要吸热

如果没有足够的能量

去促进它的话

它实际上是很稳定的

好 我们来看一看

能量守恒到底怎么表达呢

它说一个系统的总能量的变化

等于传入或者传出该系统的能量

那么这个能量包括什么

可以包括机械能

也可以包括热能

还可以包括其他的任何形式的变化

你想一下我通过辐射行不行

等离子体等等

其他各种各样的能量

反正这种变化

最后都形成了内能的变化

所以热力学第一定律说了

能量既不会产生

凭空产生或者凭空的消灭

它只能互相转化

或者从一个物体

转移到另外一个物体上

不管你怎么在变

它的能量的总量也是保证不变的

这就是能量守恒定律 对吧

是自然界最普遍的规律之一

如果我们简单的

对一个系统来说

写一个方程式的话

也就是ΔE等于q加w

就是内能的变化ΔE

整个系统内能的变化

是等于什么呢

系统外界的热量的这种变化

或者说系统外

环境对系统传递的热量

还有呢 是系统外

对这个系统

或者环境对系统做出的功

这两个应该是相等的

也就是ΔE等于q加w

就这么简单

那当然对于具体的

我们燃烧过程当中

主要会涉及到两种体系

一种是什么呢

一种是固定质量的

这一个空间

在这里边它会怎么样烧

那么各种参数怎么变化

我们要研究这件事

第二个

是一个控制体

但是质量有流进有流出

但是在稳态的时候

整个系统是稳定的

对于定质量的(系统)

热力学第一定律实际上就是说

系统状态1到2发生变化的时候

这个变化过程当中什么啊

所吸收的热量

或者也是从环境

获得的功

应该等于状态1到状态2

系统的总能的变化

这就是我们热力学第一定律

我们把这样的定律

也可以变成

一种比热 或者每单位

用强度量来表达

也是可以的

刚才是用的是一个广延量来表达

我们也可以用强度量来表达

那么它的内能是什么呢

系统的比质量的内能

加上它的动能 加上它的势能

就是它总的这个能量

这个就是一个非常简单的(公式)

当然我们也可以

把它变成一个

微分形式

也就是说

传热的时间变化率

加上做功的时间变化率

应该等于系统的能量的时间变化率

这个很容易理解

好 那么我们第二种体系的话呢

是相对一个控制体

这个控制体

它稳态的时候

有进有出

对不对 它的温度几乎不变的

那怎么样呢

实际上通过这个边界

对这个体系

所传的热量

包括它所做的功

应该等于什么

流出的能量

因为比流进的能量

要增加了 对不对

这个就是等于是

流出的这个内能

减去流入的内能

应该等于外界给它的传热做的功

那当然它出去如果有压力的变化

那么它可能还会有

其他的能量的变化

这就是针对这个控制体的

这样一个稳态的条件下

我们获得的这样一个基本的方程式

所以我们如果做一些基本假设

包括控制体

包括坐标系

我们假设是固定的

所有的参数

统统不随着时间变化

它只是一个流动

而入口和出口

也都是唯一的

它所有的参数都是均一的

这样的话呢

我们就非常简单的

可以写出一个它的

以强度量表达的一个关系式

也就是

它的内能是单位质量的内能

包括单位质量的动能

包括单位质量的势能

全部加起来就是它的总能量

那最后呢

我们就能够获得一个

控制体能量的守恒方程

也就是它的传热加上做功

应该等于

它的内部能量的各种变化

燃烧理论课程列表:

第一章 导论

-1.1 我们为什么要学习燃烧理论

--1-1:我们为什么要学习燃烧理论

-1.2 什么是燃烧:定义与现象

--1.2 什么是燃烧:定义与现象

-1.3 燃烧科学发展简史

--1.3 燃烧科学发展简史

-1.4 燃烧科学的研究方法

--1.4 燃烧科学的研究方法

-1.5 课程的结构

--1.5 课程的结构

第二章 燃烧与热化学

-2.1 概述

--概述

-2.2 状态参数复习

--状态参数复习

-2.3 热力学第一定律

--热力学第一定律

-2.4 反应物和生成物的混合物

--反应物与生成物的组成

--绝对(或标准)焓和生成焓

--燃烧焓与热值

--例题

-2.5 绝热燃烧温度

--定压绝热燃烧温度

--定容绝热燃烧温度

-2.6 化学平衡

--第二定律的讨论

--吉布斯函数

--复杂系统(选修)

-2.7 燃烧的平衡产物

--全平衡(选修)

--水煤气反应的平衡

--压力影响

-2.8 应用

--回热式和蓄热式交换器

--例题

--烟气再循环

-2.9 小结

--小结

-第二章 燃烧与热化学--第二章作业

第三章 传质引论

-3.1 传质概述

--3.1.1传质概述

-3.2 传质理论基础

--3.2.1菲克扩散定律

--3.2.2扩散的分子基础-分子动力学

--3.2.3扩散系数的微观推导(选修)

--3.2.4组分守恒方程推导

-3.3 传质应用实例

--3.3.1应用实例一:液面蒸发

--3.3.2蒸汽界面边界条件

--3.3.3液滴蒸发

-3.4 小结

--3.4.1液滴质量守恒+小结

-第三章 传质引论--第三章作业

第四章 化学动力学

-4.1 概述

--概述

-4.2 总包反应与基元反应

--总包反应与基元反应

-4.3 基元反应速率

--双分子反应和碰撞理论

--其他基元反应

-4.4 多步反应机理的反应速率

--净生成率

--反应速率常数与平衡常数关系

--稳态近似

--单分子反应机理

--链式反应和链式分支反应(一)

--链式反应和链式分支反应(二)

--化学时间尺度(一)

--化学时间尺度(二)

--部分平衡

-4.5 简化机理(选修)

--简化机理(选修)

-4.6 催化和非均相反应(选修)

--催化和非均相反应(选修)

-4.7 小结

--小结

-第四章 化学动力学--第四章作业

第五章 一些重要的化学机理

-5.1 概述

--概述

-5.2 H2-O2系统

--H2-O2系统

--H2-O2系统爆炸特性

-5.3 一氧化碳的氧化

--一氧化碳的氧化

-5.4 高链烷烃的氧化

--三步机理

--八步机理

--总包反应和准总包机理

-5.5 甲烷燃烧

--复杂机理和起源

--甲烷燃烧动力学

--高温反应途径分析

--低温反应途径分析

-5.6 氮氧化物

--氮氧化物的形成(一)

--氮氧化物的形成(二)

--氮氧化物的危害

-5.7 小结

--小结

-第五章 一些重要的化学机理--第五章作业

第六章 反应系统化学与热分析的耦合

-6.1 概述

--6.1 概述

-6.2 定压-定质量反应器

--6.2 定压-定质量反应器

-6.3 定容-定质量反应器

--6.3 定容-定质量反应器

-6.4 全混流反应器

--6.4 全混流反应器

-6.5 柱塞流反应器

--6.5 柱塞流反应器

-6.6 燃烧系统建模中的应用及小结

--6.6 燃烧系统建模中的应用及小结

-第六章 反应系统化学与热分析的耦合--第六章作业

第七章 反应流的简化守恒方程

-7.1 概述和总质量守恒

--7.1 概述和总质量守恒

-7.2 组分质量守恒

--7.2 组分质量守恒

-7.3 多组分扩散(选修)

--7.3 多组分扩散(选修)

-7.4 动量守恒方程(选修)

--7.4 动量守恒方程(选修)

-7.5 能量守恒方程-质量通量表达形式

--7.5 能量守恒方程-质量通量表达形式

-7.6 守恒标量的概念-混合物分数定义

--7.6 守恒标量的概念-混合物分数定义

-第七章 反应流的简化守恒方程--第七章作业

第八章 层流预混火焰

-8.1 概述及物理描述

--8.1 定义及重要特征与实验室典型火焰

-8.2 层流火焰分析

--8.2.1 简化分析

--8.2.1 简化分析(续)

--8.2.2 详细分析

-8.3 影响火焰速度和火焰厚度的因素

--8.3.1 温度、压力和当量比,燃料选型及火焰速度选型

--8.3.2 火焰速度测量

-8.4 熄火、可燃性和点火

--8.4.1 冷壁熄火

--8.4.2 可燃极限和点火

-8.5 火焰稳定及小结

--8.5 火焰稳定及小结

-第八章 层流预混火焰--第八章作业

第九章 层流非预混火焰

-9.1 概述

--概述

-9.2 无反应的恒定密度层流射流

--物理描述

--求解

--两个例子

-9.3 射流火焰的物理描述

--射流火焰的物理描述

-9.4 简化理论描述

--概述

--守恒标量

--状态关系式

--各种不同的解法(一)(选修)

--9.4.5 各种不同的解法(二)(选修)

-9.5 不同几何形状燃烧器的火焰长度

--圆口和槽型口燃烧器火焰长度

--火焰长度的影响因素

--两个例子

-9.6 碳烟的形成和分解

--碳烟的形成和分解

-9.7 对冲火焰(选修)

--对冲火焰(选修)

-9.8 小结

--小结

-第九章 层流非预混火焰--第九章作业

第十章 液滴的蒸发与燃烧

-10.1 概述

--概述

-10.2 液滴蒸发的简单模型

--基本假设

--气相分析

--气液界面能量平衡

--液滴寿命

-10.3 液滴燃烧的简化模型

--假设

--质量守恒和组分守恒

--温度分布

--液滴表面能量守恒

--火焰面处能量守恒

--液气平衡 总结和求解

--燃烧速率常数和液滴寿命

--例题

--扩展到对流条件

-10.4 一维蒸发控制燃烧

--物理模型和假设

--液滴数目和液滴相守恒

--总守恒方程

--气相成分和气相能量守恒

--液滴动量守恒 模型总结

--例题

-10.5 小结

--小结

-第十章 液滴的蒸发与燃烧--第十章作业

第十一章 固体燃烧

-11.1 概述及燃煤锅炉

--11.1.1 概述

--11.1.2 燃煤锅炉

-11.2 非均相反应

--11.2.1 非均相反应及表面化学反应

--11.2.2 碳反应的半总包机理反应

-11.3 单颗粒碳的燃烧-单膜模型

--11.3.1 模型建立

--11.3.2 质量与组分守恒与表面化学动力学

--11.3.3 电路比拟与碳燃烧控制

--11.3.4 能量守恒

-11.4 单颗粒碳的燃烧-双膜模型

--11.4.1 模型建立

--11.4.2 组分守恒、封闭性和表面化学反应

-11.5 颗粒燃烧速度

--11.5 颗粒燃烧速度

-11.6 煤的热解及燃烧

--11.6 煤的热解及燃烧

-第十一章 固体燃烧--第十一章作业

第十二章 湍流燃烧入门(选修)

-12.1 概述

--概述

-12.2 湍流现象与描述

--湍流的现象与描述

-12.3 湍流尺度

--湍流尺度

-12.4 湍流模型

--湍流模型方法(1)

--湍流模型方法(2)

-12.5 湍流预混火焰

--湍流火焰速度

--湍流火焰结构与模式

--12.5.3 例题

--层流火焰折皱模式

--分布式反应区模式和漩涡小火焰模式

--火焰稳定

-12.6 湍流非预混火焰

--射流火焰

--火焰长度

-12.7 湍流燃烧小结

--湍流燃烧小结

课程总结

-课程总结

--课程总结

热力学第一定律笔记与讨论

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