流体力学课件第5章PPT资料.ppt
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盖吕萨克定律一定质量的气体,当体积不变时,它的压强随温度作线性变化。
5东北大学5.15.1热力学基本公式热力学基本公式热力学第一定律热力学第一定律能量守恒定律能量守恒定律加入系统的热量加入系统的热量系统内能增加系统内能增加系统对外作功系统对外作功加入系统的热能加入系统的热能=内能的增加内能的增加+系统对外界所作的功系统对外界所作的功19世纪三大世纪三大科学发现之一科学发现之一继续继续6东北大学5.15.1热力学基本公式热力学基本公式十九世纪三大科学发现十九世纪三大科学发现1、细胞学说2、生物进化论3、能量守恒和转化定律返回返回能量守恒和转化定律,是19世纪自然科学的一块重要理论基石。
能量守恒的意义首要的是建立物质运动变化过程中的某种物理量间的等量关系。
对此,我们无需知道物质间实际的相互作用过程,也无需知道物质运动变化过程中的能量间的转化途径,只要建立和物质运动状态相对应的能量与物理量间的关系,就可以对物质运动变化过程中得初状态和终状态间建立一种等量关系,这样便于对物质运动变化过程的定量求解。
7东北大学5.15.1热力学基本公式热力学基本公式8东北大学5.15.1热力学基本公式热力学基本公式比热比热比热本身是个变化的数,在工程实际中变化不比热本身是个变化的数,在工程实际中变化不大,因此如果在绝对零度时内能取为零,则单大,因此如果在绝对零度时内能取为零,则单位气体的内能可以表示为:
位气体的内能可以表示为:
继续继续9东北大学5.15.1热力学基本公式热力学基本公式气体在不同的状态过程中,温度变化相同,所吸收气体在不同的状态过程中,温度变化相同,所吸收(放出)的热量是不同的。
在等压过程中,一摩尔气(放出)的热量是不同的。
在等压过程中,一摩尔气体温度升高(降低)体温度升高(降低)1k时,所吸收(放出)的热量称时,所吸收(放出)的热量称为定压摩尔热容量,以为定压摩尔热容量,以Cp表示;
在等容过程中,一摩表示;
在等容过程中,一摩尔气体温度升高(降低)尔气体温度升高(降低)1k时所吸收(放出)的热量时所吸收(放出)的热量称为定容摩尔热容量以称为定容摩尔热容量以Cv表示。
表示。
返回返回10东北大学5.15.1热力学基本公式热力学基本公式绝热过程:
绝热指数绝热过程:
绝热指数等压过程的比热称为等压比热等压过程的比热称为等压比热等容过程的比热称为等容比热等容过程的比热称为等容比热11东北大学5.15.1热力学基本公式热力学基本公式绝热过程:
绝热指数绝热指数绝热指数12东北大学5.15.1热力学基本公式热力学基本公式v比热不是定值(工程上近似)v等压比热和等容比热v绝热指数设绝对零度时气体内能为零设绝对零度时气体内能为零13东北大学5.15.1热力学基本公式热力学基本公式4焓和熵焓和熵对于可压缩气体,内能对于可压缩气体,内能e往往与压强与密度往往与压强与密度的比值同时出现,将它们合并用一个新的的比值同时出现,将它们合并用一个新的热力学函数热力学函数h,称为比焓,简称焓,称为比焓,简称焓14东北大学5.15.1热力学基本公式热力学基本公式焓和熵焓和熵在绝热的可逆过程中,熵将不发生变化。
气体作绝热在绝热的可逆过程中,熵将不发生变化。
气体作绝热且没有摩擦损失的流动时,熵也不发生变化,称为等且没有摩擦损失的流动时,熵也不发生变化,称为等熵流动。
熵流动。
15东北大学5.15.1热力学基本公式热力学基本公式一:
焓,热函:
一个系统中的热力作用,等于该系统内能加上其体积与外界作用于该一:
一个系统中的热力作用,等于该系统内能加上其体积与外界作用于该系统的压力的乘积的总和系统的压力的乘积的总和焓是物体的一个热力学能状态函数,焓变即物体焓是物体的一个热力学能状态函数,焓变即物体焓焓的变化量。
的变化量。
焓是一个焓是一个状态函数状态函数,也就是说也就是说,系统的状态一定系统的状态一定,焓的值就定了。
焓的值就定了。
焓的定义式是这样的:
H=U+pV其中其中U表示表示热力学能热力学能,也称为,也称为内能内能,即系统内部的所有能量,即系统内部的所有能量p是系统的是系统的压力压力,V是系统的体积是系统的体积作为一个描述系统状态的状态函数,焓没有明确的物理意义作为一个描述系统状态的状态函数,焓没有明确的物理意义H(焓变焓变)表示的是系统发生一个过程的焓的增量表示的是系统发生一个过程的焓的增量H=U+(pV)在恒压条件下,在恒压条件下,H(焓变焓变)可以表示过程的热力学能变可以表示过程的热力学能变焓的物理意义可以理解为恒压和只做体积功的特殊条件下,焓的物理意义可以理解为恒压和只做体积功的特殊条件下,Q=H,即反应的热量,即反应的热量变化。
因为只有在此条件下,焓才表现出它的特性。
例如恒压下对物质加热,则物质变化。
例如恒压下对物质加热,则物质吸热后温度升高,吸热后温度升高,H0,所以物质在高温时的焓大于它在低温时的焓。
又如对于恒,所以物质在高温时的焓大于它在低温时的焓。
又如对于恒压下的放热化学反应,压下的放热化学反应,H0,所以生成物的焓小于反应物的焓,所以生成物的焓小于反应物的焓16东北大学5.15.1热力学基本公式热力学基本公式二:
熵,物理名词二:
熵,物理名词,用温度除热量所得的商用温度除热量所得的商,标志热量转化为功的程度标志热量转化为功的程度物理物理意义:
物质微观意义:
物质微观热运动热运动时,混乱程度的标志。
时,混乱程度的标志。
热力学热力学中表征物质状态的参量之一,中表征物质状态的参量之一,通常用符号通常用符号S表示。
在经典热力学中,可用增量定义为表示。
在经典热力学中,可用增量定义为dS(dQ/T),式中,式中T为物质的为物质的热热力学温度力学温度;
dQ为熵增过程中加入物质的热量。
下标为熵增过程中加入物质的热量。
下标“可逆可逆”表示加热过程所引起的变化表示加热过程所引起的变化过程是可逆的。
若过程是不可逆的,则过程是可逆的。
若过程是不可逆的,则dS(dQ/T)不可逆。
单位质量物质的熵称为比熵,不可逆。
单位质量物质的熵称为比熵,记为记为s。
熵最初是根据热力学第二定律引出的一个反映自发过程不可逆性的物质状态参量。
热力学第二定律是根据大量观察结果总结出来的规律,有下述表述方式:
热量总是从热量总是从高温物体传到低温物体,不可能作相反的传递而不引起其他的变化;
高温物体传到低温物体,不可能作相反的传递而不引起其他的变化;
功可以全部转化功可以全部转化为热,但任何热机不能全部地、连续不断地把所接受的热量转变为功(即无法制造第二为热,但任何热机不能全部地、连续不断地把所接受的热量转变为功(即无法制造第二类永动机);
类永动机);
在孤立系统中,实际发生的过程总使整个系统的熵值增大,此即熵增原在孤立系统中,实际发生的过程总使整个系统的熵值增大,此即熵增原理。
摩擦使一部分机械能不可逆地转变为热,使熵增加。
热量理。
热量dQ由高温由高温(T1)物体传至低物体传至低温温(T2)物体,高温物体的熵减少物体,高温物体的熵减少dS1=dQ/T1,低温物体的熵增加,低温物体的熵增加dS2=dQ/T2,把两个物,把两个物体合起来当成一个系统来看,熵的变化是体合起来当成一个系统来看,熵的变化是dSdS2dS10,即熵是增加的。
,即熵是增加的。
17东北大学5.25.2绝热流动能量方程绝热流动能量方程绝热流动的能量方程绝热流动的能量方程(知识点)(知识点)前面介绍的流体运动的基本方程:
连续方程、运前面介绍的流体运动的基本方程:
连续方程、运动方程和动量方程同样适用于可压缩流体。
这里动方程和动量方程同样适用于可压缩流体。
这里我们再介绍绝热流动的能量方程。
我们再介绍绝热流动的能量方程。
18东北大学5.25.2绝热流动能量方程绝热流动能量方程绝热流动的能量方程绝热流动的能量方程(知识点)(知识点)热力学第一定律热力学第一定律系统的能量包括内系统的能量包括内能和动能能和动能系统系统系统能量的时间变化率可以用控制体的体积分和面积分表示。
系统能量的时间变化率可以用控制体的体积分和面积分表示。
19东北大学5.25.2绝热流动能量方程绝热流动能量方程绝热流动的能量方程绝热流动的能量方程(知识点)(知识点)如果控制体表面与流线垂直或与壁如果控制体表面与流线垂直或与壁面重合则切应力不做功面重合则切应力不做功20东北大学5.25.2绝热流动能量方程绝热流动能量方程绝热流动的能量方程绝热流动的能量方程(知识点)(知识点)21东北大学5.25.2绝热流动能量方程绝热流动能量方程绝热流动的能量方程绝热流动的能量方程(知识点)(知识点)如果是绝热定常流动如果是绝热定常流动22东北大学5.25.2绝热流动能量方程绝热流动能量方程绝热流动的能量方程绝热流动的能量方程(知识点)(知识点)如果是一元流动如果是一元流动23东北大学5.25.2绝热流动能量方程绝热流动能量方程绝热流动的能量方程绝热流动的能量方程(知识点)(知识点)再由于连续性方程再由于连续性方程上式表明,在绝热流动中,单位质量流体所具有的动能与热焓之和上式表明,在绝热流动中,单位质量流体所具有的动能与热焓之和(又称为总能量)是一个常数。
这个结论对于有摩擦或无摩擦的绝热(又称为总能量)是一个常数。
这个结论对于有摩擦或无摩擦的绝热流动都是正确的。
当有摩擦力存在时,边界上摩擦力不作功,系统的流动都是正确的。
当有摩擦力存在时,边界上摩擦力不作功,系统的总能量不会因此而改变。
系统内部的摩擦力虽然作功,但这种功将转总能量不会因此而改变。
系统内部的摩擦力虽然作功,但这种功将转化为热能,即能量发生转换,但总能量不变化。
化为热能,即能量发生转换,但总能量不变化。
24东北大学5.25.2绝热流动能量方程绝热流动能量方程绝热流动的能量方程绝热流动的能量方程(知识点)(知识点)25东北大学5.25.2绝热流动能量方程绝热流动能量方程(小结)小结)气体状态方程气体状态方程热力学第一定律热力学第一定律比热比热焓和熵焓和熵26东北大学5.35.3微弱扰动的传播微弱扰动的传播在可压缩流体中,如果某处产生个微弱的压力扰动,在可压缩流体中,如果某处产生个微弱的压力扰动,这个扰动将以波面的形式在流体内传播,其传播的速这个扰动将以波面的形式在流体内传播,其传播的速度称为音速,记作度称为音速,记作c。
27东北大学5.35.3微弱扰动的传播
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