工程系热力学3

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热力学三定律

热力学三定律

热力学:1.热力学第一定律:自然界中的一切物质都有能量,能量不可能被创造,也不可能被消灭,但可以从一种形态转变为另一种形态;在能量的转换过程中能量的总量保持不变。

2.热力学第二定律:克劳修斯说法:热不可能自发地、不付代价的从低温物体传至高温物体。

开尔文说法:不可能制造出从单一热源吸热,使之全部转化为功而不留下其他任何变化的热力发动机。

第二类永动机是不存在的。

3.热力学第三定律:奈斯特定理:当温度趋于绝对温度时,任何物质系统中所发生的过程,其熵变也趋于零。

不可能通过有限过程将系统冷却至绝对零度。

绝对零度只能无限逼近,而不能最终达到。

4.热力学第零定律:两个系统分别通过导热壁与第三个物体达热平衡,则这两个物体彼此间也必然达热平衡。

5.卡诺定理:(1)在相同的高温热源和低温热源之间工作的一切可逆卡诺机,其效率都相等,与工作物质无关。

(2)在相同的高温热源和低温热源之间工作的一切不可逆热卡诺机,其效率必小于可逆机的效率。

燃气轮机:工作原理::燃气轮机的工作过程是,压气机(即压缩机)连续地从大气中吸入空气并将其压缩;压缩后的空气进入燃烧室,与喷入的燃料混合后燃烧,成为高温燃气,随即流入燃气涡轮中膨胀作功,推动涡轮叶轮带着压气机叶轮一起旋转;加热后的高温燃气的作功能力显著提高,因而燃气涡轮在带动压气机的同时,尚有余功作为燃气轮机的输出机械功。

燃气轮机由静止起动时,需用起动机带着旋转,待加速到能独立运行后,起动机才脱开。

空气与燃料混合燃烧后的高温高压燃气推动涡轮做功带动发电机发电。

机械设计基础:自由度:构件可能出现的独立运动的数目。

对构建自由度的限制叫做约束。

零件—静连接—构件—运动副—机构—动静连接—机器—机械。

英语:热能与动力工程—Thermal energy and power engineering机械动力—Mechanical power机械设计基础—Mechanical design basis热力学—Thermodynamics 传热学—Heat-transfer 专业—major。

工程热力学第三版课后习题答案

工程热力学第三版课后习题答案

工程热力学第三版课后习题答案【篇一:工程热力学课后答案】章)第1章基本概念⒈闭口系与外界无物质交换,系统内质量将保持恒定,那么,系统内质量保持恒定的热力系一定是闭口系统吗? 答:否。

当一个控制质量的质量入流率与质量出流率相等时(如稳态稳流系统),系统内的质量将保持恒定不变。

⒉有人认为,开口系统中系统与外界有物质交换,而物质又与能量不可分割,所以开口系不可能是绝热系。

这种观点对不对,为什么?答:不对。

“绝热系”指的是过程中与外界无热量交换的系统。

热量是指过程中系统与外界间以热的方式交换的能量,是过程量,过程一旦结束就无所谓“热量”。

物质并不“拥有”热量。

一个系统能否绝热与其边界是否对物质流开放无关。

⒊平衡状态与稳定状态有何区别和联系,平衡状态与均匀状态有何区别和联系?答:“平衡状态”与“稳定状态”的概念均指系统的状态不随时间而变化,这是它们的共同点;但平衡状态要求的是在没有外界作用下保持不变;而平衡状态则一般指在外界作用下保持不变,这是它们的区别所在。

⒋倘使容器中气体的压力没有改变,试问安装在该容器上的压力表的读数会改变吗?在绝对压力计算公式p?pb?pe(p?pb); p?pb?pv(p?pb)中,当地大气压是否必定是环境大气压?答:可能会的。

因为压力表上的读数为表压力,是工质真实压力与环境介质压力之差。

环境介质压力,譬如大气压力,是地面以上空气柱的重量所造成的,它随着各地的纬度、高度和气候条件不同而有所变化,因此,即使工质的绝对压力不变,表压力和真空度仍有可能变化。

“当地大气压”并非就是环境大气压。

准确地说,计算式中的pb 应是“当地环境介质”的压力,而不是随便任何其它意义上的“大气压力”,或被视为不变的“环境大气压力”。

⒌温度计测温的基本原理是什么?答:温度计对温度的测量建立在热力学第零定律原理之上。

它利用了“温度是相互热平衡的系统所具有的一种同一热力性质”,这一性质就是“温度”的概念。

⒍经验温标的缺点是什么?为什么?答:由选定的任意一种测温物质的某种物理性质,采用任意一种温度标定规则所得到的温标称为经验温标。

工程热力学-03 理想气体u、h、s的计算

工程热力学-03 理想气体u、h、s的计算

11
5、理想气体比定容热容cV0和比定压热容cp0的关系
(1) c=p0
d=h dT
d (u += pv) dT
d dT
(u
+
RgT=)
du dT
+
d dT
(RgT )
c p0 = cV 0 + Rg
(2)比热容比:比定压热容和比定容热容之比,符号 γ
γ = cp0
cV 0
cV 0
=
γ
1 −
1
Rg
(3-13a)
p
s= 2 − s1
cV 0 ln
p2 p1
+ cp0
ln
v2 v1
(3-14b)
19
若把理想气体的比热容看作定值:
= ds
cV 0
dT T
+
Rg
dv v
= ds
cp0
dT T

Rg
dp p
= ds
cV
0
dp p
+
cp0
dv v
s2= − s1
cV 0
ln T2 T1
+
Rg
ldu dT
(3-5)
任何过程中,单位质量的理想气体的温度升高1K时,比 热力学能增加的数值即等于其比定容热容cV0的值。
9
3、任意气体的比定压热容cp
按照比定压热容的定义式:cp
=
( δq dT
)p
设h=f (T , p)
δ=q
dh − vdp
=
(
∂h ∂T
1、分压力:混合物中的某种组成气体单独占有混合物的容积, 并具有与混合物相同温度时的压力。

工程热力学第三章热力学第一定律教案

工程热力学第三章热力学第一定律教案

第三章 热力学第一定律热力学第一定律是研究热力学的主要基础之一,也是分析和计算能量转化的主要依据,并且在我们以后的几章分析中也离不开它。

对其他热力学理论的建立也起着非常重要的作用。

热一律的建立1840—1851年间,迈耶、焦耳、赫尔姆霍茨建立了热力学第一定律,它指出了能量转化的数量关系,随着分子运动论的建立和发展,肯定了热能与机械能相互转化的实质是热能与机械能都是物质的运动,其相互转化就是物质由一种运动形态转变为另一种运动形态的运动且转化时能量守恒,把能量守恒定律应用于热力学,就叫做热力学第一定律,至此热力学第一定律完全建立。

本章重点:1 讨论热力学第一定律的实质。

2 能量方程的建立及工程实际中的应用。

3—1 热力学第一定律的实质实质:热一律的实质是能量转化与守恒定律在热现象上的应用。

能量转化守恒定律指出:在自然界中,物质都具有能量,能量有各种不同的形式,既不能创造,也不能随意消失,而只能从一种形态转化成另一种形态。

由一个系统转逆到另一个系统。

在能量转化和传递过程中,能量的总和保持不变,这个定律对任何一个系统都可写成∆⇒⇒//系统进入 离开即输入系统的能量-输出系统的能量=系统储存的能量的变化量。

能量守恒定律不适从任何理论推导出来的,而是人类在长期的生产斗争和科学实验中积累的丰富经验的总结,并为无数实践所证实。

它是自然界中最普遍、最基本的规律之一。

普遍适用于机械的、热能的、电磁的、原子的、化学的等多变过程。

物理学中的功能原理、工程力学中的机械能守恒定律等。

其实质都是能量守恒与转化定律,热一律就是能量转化与守恒定律在热现象上的应用。

这个定律指出,热能与其它形式的能量相互转化和总能量守恒。

机械能 热能 化学能 电磁能在本课程范围内主要是热能与机械能的相互转化,因此:热一律也可表示为:热→功,功→热。

一定量热消失时,必产生与之数量相当的功。

消耗一定量的功时,必产生相当数量的热。

用数学形式表示:Q AW = 1427kcalA kg m =⋅W TQ = 1kg m J kcal A⋅=Q W = kJ这一关系表明,热一律确立了热与机械能相互转化时,热量与功量在数量上的关系。

工程热力学与传热学3)热力学第一定律

工程热力学与传热学3)热力学第一定律

工质的总储存能E(简称总能)= 内部储存能+外部储存能=热力学能+宏观运动 动能+位能
E =U+Ek+Ep
内部储存能 外部储存能
(3.1)
• •
dE=dU+dEk+dEp ΔE=ΔU+ΔEk+ΔEp
(3.2) (3.3)
E =U+Ek+Ep
Ek=(mcf2)/2 Ep=mgz (3.4)
1 2 E U mcf mgz 2
例题3.2附图
(1)首先计算状态1及2的参数:
p1=p0+F1/A=771×133.32+195×9.81/0.01=2.941×105 (Pa) V1=h×A=0.1×0.01=10-3 (m2) p2=p0+F2/A=771×133.32+95×9.81/0.01=1.960×105 (Pa)
3.3.2 功量
功源的不同形式
电功 磁功 机械拉伸功 弹性变形功 表面张力功 膨胀功 轴功

(1)膨胀功(容积功) 与系统的界面移动有关 • 定义:热力系统在压力差作用下因工质容 积发生变化而传递的机械功。
• 热量转换为功量→工质容积发生膨胀→产 生膨胀功 • 闭口系统膨胀功:通过热力系统边界传递 开口系统膨胀功:通过其他形式传递
• 热力学第一定律解析式:热力学第一定律 应用于闭口系统而得的能量方程式,是最 基本的能量方程式 • Q = ∆U + W
一部分用于增加 工质的热力学能 储存于工质内部
一部分以作功的方 式传递至环境
• 热力学第一定律解析式的微分形式: • • • δQ=dU+δW (3.10) • 对于1kg工质: q=Δu+w δq=du+δw (3.11) (3.12)

广大复习资料之工程热力学第三章思考题答案

广大复习资料之工程热力学第三章思考题答案

第三章思考题3-1门窗紧闭的房间内有一台电冰箱正在运行,若敞开冰箱的大门就有一股凉气扑面,感到凉爽。

于是有人就想通过敞开冰箱大门达到降低室内温度的目的,你认为这种想法可行吗?解:按题意,以门窗禁闭的房间为分析对象,可看成绝热的闭口系统,与外界无热量交换,Q =0,如图3.1所示,当安置在系统内部的电冰箱运转时,将有电功输入系统,根据热力学规定:W <0,由热力学第一定律W U Q +∆=可知,0>∆U ,即系统的热力学能增加,也就是房间内空气的热力学能增加。

由于空气可视为理想气体,其热力学能是温度的单值函数。

热力学能增加温度也增加,可见此种想法不但不能达到降温目的,反而使室内温度有所升高。

3-2既然敞开冰箱大门不能降温,为什么在门窗紧闭的房间内安装空调器后却能使温度降低呢?解:仍以门窗紧闭的房间为对象。

由于空调器安置在窗上,通过边界向环境大气散热,这时闭口系统并不绝热,而且向外界放热,由于Q<0,虽然空调器工作时依旧有电功W 输入系统,仍然W<0,但按闭口系统能量方程:W Q U -=∆,此时虽然Q 与W 都是负的,但W Q >,所以∆U<0。

可见室内空气热力学能将减少,相应地空气温度将降低。

3-6 下列各式,适用于何种条件?(说明系统、工质、过程)1)δq=du+ δw ;适用于闭口系统、任何工质、任何过程2)δq=du+ pdv ;适用于闭口系统、任何工质、可逆过程3)δq=c v dT+ pdv ;适用于闭口系统、理想气体、任何过程4)δq=dh ;适用于开口系统、任何工质、稳态稳流定压过程5)δq=c p dT- vdp 适用于开口系统、理想气体、可逆过程3-8 对工质加热,其温度反而降低,有否可能?答:有可能,如果工质是理想气体,则由热力学第一定律Q=ΔU+W 。

理想气体吸热,则Q>0,降温则ΔT<0,对于理想气体,热力学能是温度的单值函数,因此,ΔU <0。

工程热力学第三章热力学第一定律作业

工程热力学第三章热力学第一定律作业

第3章 热力学第一定律3-1 一辆汽车 1 小时消耗汽油 34.1 升,已知汽油发热量为 44000kJ/kg ,汽油密度 0.75g/cm3 。

测得该车通过车轮出的功率为 64kW ,试求汽车通过排气,水箱散热等各种途径所放出的热量。

解: 汽油总发热量Q = 34.1×10-3m3 ×750kg/m3 ×44000kJ/kg =1125300kJ汽车散发热量Qout = Q-W ×3600 = (1125300-64×3600)kJ/h = 894900kJ/h3-2 气体某一过程中吸收了 50J 的热量,同时,热力学能增加 84J ,问此过程是膨胀过程还是压缩过程?对外作功是多少 J ?解 取气体为系统,据闭口系能量方程式 Q = ΔU +WW = Q -ΔU = 50J -84J = -34J所以过程是压缩过程,外界对气体作功 34J 。

3-3 1kg 氧气置于图 3-1 所示气缸内,缸壁能充分导热,且活塞与缸壁无磨擦。

初始时氧气压力为 0.5MPa ,温度为 27℃,若气缸长度 2l ,活塞质量为 10kg 。

试计算拔除钉后,活塞可能达到最大速度。

解:由于可逆过程对外界作功最大,故按可逆定温膨胀计算:w = RgT ln V2/ V1 = 0.26kJ/(kg •K)×(273.15+ 27)K图3-1 图3-2×ln(A×2h)/ (A×h)= 54.09kJ/kgW =W0 + m'/2*Δc 2 = p0(V2 -V1)+ m'/2*Δc 2 (a )V1 =m1RgT1/ p1=1kg×260J/(kg•K)×300.15K /0.5×106Pa = 0.1561m3 V2 = 2V1 = 0.3122m3代入(a)c2 = (2×(54.09J/kg×1kg×103-0.1×106Pa×0.1561m3)/10kg)1/2= 87.7m/s3-4 有一飞机的弹射装置,如图 3-2,在气缸内装有压缩空气,初始体积为 0.28m3 ,终了体积为0.99m3,飞机的发射速度为61m/s ,活塞、连 杆和飞机的总质量为 2722kg 。

《工程热力学》第三章-工质的热力性质(分析“温度”文档)共131张PPT

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3.3.2 理想气体的比热容
一般工质:
cv
u T
v
cp
h T
p
理想气体: ducvdT dhcpdT
cv
du dT
cp
dh dT
c p d d T h d u d T p v d u d T R T c v R
所以 cp cv R
相应 cp,mcv,mRm
——迈耶公式
所以
各组分分容积Vi与总容积V的比值称为该组分的容积成分ri ,即
R——气体常数 ● Z-(pr,Tr)图
★ 湿蒸汽区——等温线 汽-液共存区的湿蒸汽实际上是饱和液体和干饱和蒸汽的混合物。
◆ 摩尔成分(摩尔分数)yi 从纯物质的热力学面可以看出,纯物质有:
RR kJ/kg K 以第二个式子为例,取基准温度mT0
热容见224、225页的附表4和5。
若已知 c p
、c t 1
0
p
t2 0
而 t t1,t2
,则用插入法
cp
t 0
cp
t1 0
cp
t2 0
cp
t2t1
t1 0

tt1
◆ 利用气体热力性质表中的h,u计算
若已知气体在各温度下的内能和焓值,即可方 便地算出△u、△h 。
uu(T 2)u(T 1) hh(T 2)h(T 1)
223页附表3常用气体的临界状态参数值372临界状态是各物质的共性每种物质的临界参数不同以临界点作为描述物质热力状态的一个基准点从而构造出无因次状态参数对比参数对比压力对比温度对比比体积以对比参数表示状态方程对比态方程凡是遵循同一对比态方程的任何物质如果其中有两个对应相等则另一个也对应相等这些物质也就处于相同的对应状态这就是对比态定律

高等工程热力学第三章

高等工程热力学第三章

第三章 热力学函数与普遍关系式根据:热力学第一、第二定律 连续可微函数的数学性质 推导:各种热力学函数的微分性质 各种热力学函数的微分关系式适用于:状态连续变化的一切系统以及系统的全部状态 热力学普遍关系式作用:推导或者检验,内查或者外推 范围:简单可压缩系统§1 热力学特征函数及其在描述系统热力学性质中的意义一、热力学特征函数的概念由自然的或者适当的独立变量所构成的一些显函数,他们能够全面而确定地描述热力系统的平衡状态。

热力学特征函数:具有明确的物理意义、连续可微如:以S、V 为独立变量描述内能函数U=U(S,V)就是一个特征函数 全微分dU=TdS-pdV TdS 方程dV VU dS S U dU S V )()(∂∂+∂∂= 可知:p VUT S U S V −=∂∂=∂∂)( , )(则:s u h u pv u v v ∂⎛⎞=+=−⎜⎟∂⎝⎠ v u f u Ts u s s ∂⎛⎞=−=−⎜⎟∂⎝⎠ s vu u g h Ts u v s v s ∂∂⎛⎞⎛⎞=−=−−⎜⎟⎜⎟∂∂⎝⎠⎝⎠热力学能函数只有在表示成S 和V 的函数时才是特征函数。

U=U(T,V)不能全部确定其他平衡性质,也就不是特征函数。

二、勒让德变换是否还有其他不同于S、V 的独立变量的特征函数吗?有,找出的方法 勒让德变换 设有函数:Y=Y(x 1,x 2,……,x m )全微分:dY=X 1dx 1+X 2dx 2+……+X m dx m 其中:m m x Y X x Y X x Y X ∂∂=∂∂=∂∂=, , , 2211这些偏导数都独立变量是x 1, x 2, ……, x m 的函数 引入函数:Y 1=Y-X 1x 1于是:dY 1=dY-X 1dx 1-x 1dX 1将dY代入:dY 1=-x 1dX 1+X 2dx 2+……+X m dx m 也是一个全微分:Y 1=Y 1(X 1, x 2, ……, x m ) 独立变量中用X 1取代了x 1可以证明:函数Y1和函数Y 具有同样多的信息 对比两个全微分:j i j i 11x 111() , ()Y YX x x X ≠≠∂∂==−∂∂x (互为负逆变换) 如果要互换独立变量和非独立变量的地位,只要应用式: ()i i i i i i X dx d X x x dX =−即可。

工程热力学第三章 热力学第一定律

工程热力学第三章 热力学第一定律
能量守恒原理:进入 控制体的增量-控制 体输出的能量=控制 体中储存能的增量
进入控制体的能量Q(h11 2c12gz1)m1
离开控制体的能量W s(h21 2c2 2gz2)m 2
控制体储存能变化: dE cv(EdE )cvE cv 根据热力学第一定律建立能量方程
Q(h11 2c1 2gz1)m 1(h21 2c2 2gz2)m 2W sdEcv Q(h21 2c2 2gz2)m 2(h11 2c1 2gz1)m 1W sdEcv
可逆过程能量方程
可逆过程能量方程 以下二式仅适用可逆过程:
q du pdv
2
q u pdv 1
闭口系统能量方程反映了热功转换的实质,是热 力学第一定律的基本方程式,其热量、内能和膨 胀功三者之间的关系也适用于开口系统
二、热力学第一定律在循环过程中的应用
q12 u2 u1 w12 q23 u3 u2 w23 q34 u4 u3 w34 q41 u1 u4 w41
h g i hi i 1
n
H n H i i 1
只有当混合气体的组成成分一定时,混合气体 单位质量的焓才是温度的单值函数
第六节 稳态稳流能量方程的应用
一、动力机
利用工质在机器中膨胀获得机械功的设备
由q
(h2
h1)
1 2
(c22
c12
)
g(z2
z1)
ws
g(z2 z1) 0
1 2
(c22
pv
对 移 动 1kg工 质 进 、 出 控 制 净 流 动 功
w

f
p 2 v 2-
p1v1
流动功是一种特殊的功,其数值取决于控制体进出口
界面工质的热力状态

工程热力学三理想气体的性质与热力过程

工程热力学三理想气体的性质与热力过程

4各组成气体成分间的换算关系
⑴xi= φ i φ i=Vi/(niVMi)/(nVM)=ni/n=xi ⑵ ω i=riMi/M=riR/Ri= φ iρi/ρ ω i=mi/m=(niMi)/(nM)= φ iMi/M=x iMi/M
四.理想混合气体的千摩尔质量与气体 常数
1折合摩尔质量 所谓混合气体的折合摩尔质量,是各组成 气体的折合摩尔质量(分子量)。即: M=m/n =(∑niMi)/n =∑xiMi=∑ φ iMi
(三).比热的确定方法
根据对精度要求的不同,比热可以有三种 确定方法,对应的比热分别称为 定值比热 真实比热 平均比热。
1定值比热
在热工计算中,当工质温度较低,温度范 围变化不大或计算精度要求不高时,常用 定值比热计算。 定值定容比热 cv=iR/2 Mcv=iR0/2 定值定压比热 cP=(i+2)R/2 Mcp=(i+2)R0/2
pv=RT 或 dp/p+dv/v-dT/T=0(微分形式) 可逆过程功量膨胀功 w=∫21pdv 技术功 wt=∫21-vdp 可逆过程热量 q=∫21Tds 或q=∫21cdT
能量方程(热力学第一定律)
δq=du+δw δq=cvdT+pdv δq=dh+δwt δq=cpdT-vdp

c dT/T +pdv 积分得:
v
s2-s1= cvlnT2/T1 +Rlnv2/v1
由气体方程和迈耶公式得:
s2-s1 = cplnT2/T1 - Rlnp2/p1 s2-s1 = cvlnp2/p1 + cplnv2/v1
§3-3
理想混合气体
一. 道尔顿分压定律
1分压力(Partial Pressure) 分压力是假定混合气体中组成气体单独存在, 并且具有与混合气体相同的温度及容积时的 压力。即pi=miRiT/V Pa 2道尔顿分压定律 道尔顿(Dalton)分压定律指出:混合气体 的总压力p,等于各组成气体分压力pi之和。 即∑pi=p

工程热力学第3章习题答案

工程热力学第3章习题答案

1
第 3 章 理想气体的性质
解:根据理想气体状态方程,初态时 p1V = mRgT1 ;终态时 p2V = mRgT2
( ) 可得 p1 = T1 , ( ) p2 T2
0.1×106 − 60×103 0.1×106 − 90×103
=
273.15 +100 T2
,得 T2
=
93.29K
需要将气体冷却到−179.86℃
解:根据 ∆u = cV ∆T = 700kJ/kg ,得 cV = 1129.0J/ (kg ⋅ K)
Rg
=
R M
=
8.3145 29 ×10−3
= 286.7J/ (kg ⋅ K) ,得 cp
= 1415.7J/ (kg ⋅ K)
∆h = cp∆T = 877.7kJ/kg
∫ ∆s =
c T2
T1 V
可得
p1V1 p0V0
=
T1 T0

0.1×106 ×V1
1.01325×105 × 20000 ×10
=
273.15 +150 273.15
,得
V1
= 87.204m3/s
3600

π 4
D2
×c
= V1 ,可得烟囱出口处的内径
D
=
3.725m
3-4 一封闭的刚性容器内贮有某种理想气体,开始时容器的真空度为 60kPa,温度 t1=100 ℃,问需将气体冷却到什么温度,才可能使其真空度变为 90kPa。已知当地大气压保持为 pb=0.1MPa。
,可得 cp
= 5.215kJ/ (kg ⋅ K)
(3)根据 cp − cV = Rg ,可得 cp = 2.092kJ/ (kg ⋅ K )

工程热力学第三章课后答案

工程热力学第三章课后答案

第三章 气体和蒸气的性质3−1 已知氮气的摩尔质量328.110 kg/mol M −=×,求: (1)2N 的气体常数g R ;(2)标准状态下2N 的比体积v 0和密度ρ0; (3)标准状态31m 2N 的质量m 0;(4)0.1MPa p =、500C t =D 时2N 的比体积v 和密度ρ; (5)上述状态下的摩尔体积m V 。

解:(1)通用气体常数8.3145J/(mol K)R =⋅,查附表23N 28.0110kg/mol M −=×。

22g,N 3N8.3145J/(mol K)0.297kJ/(kg K)28.0110kg/molR R M −⋅===⋅×(2)1mol 氮气标准状态时体积为22233m,N N N 22.410m /mol V M v −==×,故标准状态下2233m,N 3N 322.410m /mol 0.8m /kg28.0110kg/molV v M −−×===×223N 3N111.25kg/m 0.8m /kgv ρ===(3)标准状态下31m 气体的质量即为密度ρ,即0 1.25kg m =。

(4)由理想气体状态方程式g pv R T=g 36297J/(kg K)(500273)K2.296m /kg0.110Pa R T v p ⋅×+===×33110.4356kg/m 2.296m /kgv ρ===(5)2223333m,N N N 28.0110kg/mol 2.296m /kg 64.2910m /mol V M v −−==××=×3-2 压力表测得储气罐中丙烷38C H 的压力为4.4MPa ,丙烷的温度为120℃,问这时比体积多大?若要储气罐存1 000kg 这种状态的丙烷,问储气罐的体积需多大?解:由附表查得383C H 44.0910kg/mol M −=×3838g,C H 3C H8.3145J/(mol K)189J/(kg K)44.0910kg/molR R M −⋅===⋅×由理想气体状态方程式g pv R T=g 36189J/(kg K)(120273)K0.01688m /kg4.410PaR T v p⋅×+===×331000kg 0.01688m /kg 16.88m V mv ==×=或由理想气体状态方程g pV mR T=g 361000kg 189J/(kg K)(120273)K16.88m 4.410PamR T V p×⋅×+===×3−3 供热系统矩形风管的边长为100mm ×175mm ,40℃、102kPa 的空气在管内流动,其体积流量是0.018 5m 3/s ,求空气流速和质量流量。

工程热力学 第3章 理想气体的热力性质

工程热力学 第3章  理想气体的热力性质

分子运动论
运动自由度
Um

i 2
RmT
C v,m

dU m dT

i 2 Rm
C p,m

dH m dT

d (U m RmT ) dT

i2 2 Rm
单原子 双原子 多原子
Cv,m[kJ/kmol.K]
3 2
Rm
Cp,m [kJ/kmol.K]
5 2
Rm
k
ห้องสมุดไป่ตู้1.67
5 2 Rm
7 2
Rm
1.4
u是状态量,设 u f (T , v)
u
u
du (T )v dT ( v )T dv

q

( u T
)v
dT

[
p

( u v
)T
]dv
定容

q

(
u T
)v
dT
cv

(
q
dT
)v

( u T
)v
物理意义: v 时1kg工质升高1K内能的增加量
2020/1/10
2020/1/10
20/97
比热容是过程量还是状态量?
T
(1)
1K
(2)
c q
dT
c1
c2
s
定容比热容 用的最多的某特定过程的比热容
定压比热容
2020/1/10
21/97
1. 定容比热容( cv ) 和定压比热容(cP ) 定容比热容cv
任意准静态过程 q du pdv dh vdp
第3章 理想气体的热力性质

工程热力学-第三章作业答案

工程热力学-第三章作业答案

p1 = 2068.4kPa,V1 = 0.03m3
T1
=
p1V1 mR
=
2068.4×103 × 0.03 1× 287
= 216.2K
由题意,可知:
p2 = p1 = 2068.4kPa,T2 = 2T1 = 2× 216.2 = 432.4K
根据理想气体状态方程,可得:
V2 = T2 = 2 V1 T1
第三章作业答案
3-1 解: (1)取礼堂中的空气为热力系统,此时为闭口系 根据闭口系统能量方程
Q = ΔU +W
因为没有作功故 W=0;热量来源于人体散热;热力学能的增加等于人体散热。
ΔU = Q = 2000× 400× 20 = 2.67 ×105 KJ 60
(2)取礼堂中的空气和人为热力系统,此时为闭口绝热系 根据闭口系统能量方程
3-10
解:
(1)设风机的出口温度为 tout ,取风机为控制体,属稳定流动开口系统 由稳定流动系统能量方程:
Q
=
ΔH
+
1 2
mΔc2
+
mgΔz
+ Ws
忽略风机动能、位能的变化,可得:
Q = ΔH +Ws
由题意,可知: Q = 0,Ws = −1kW

即 m cp (tout − t1) −1000 = 0
系统储存能增量: uδ m
可得: dU = hinδ min − δWg
积分得: (m2u2 − m1u1) + Wg = minhin
因容器开始时为真空,则有 m1 = 0;u1 = 0; min = m2 可知: m2u2 + Wg = m2hin KK(1) Wg = pAL = p2V2 = m2RT2 KK(2)

工程热力学第三章习题参考答案

工程热力学第三章习题参考答案

第三章 热力学第一定律 习题参考答案思考题3-1门窗紧闭的房间……答:按题意,以房间(空气+冰箱)为对象,可看成绝热闭口系统,与外界无热量交换,Q=0电冰箱运转时,有电功输入,即W 为负值,按闭口系统能量方程:WU +Δ=0 或即热力学能增加,温度上升。

0>−=ΔW U 3-6 下列各式,适用于何种条件? 答:答案列于下表公式适用条件w du q δδ+= 闭口系统,任何工质,任何过程,不论可逆与不可逆 pdv du q +=δ 闭口系统,任何工质,可逆过程 pdv dT c q v +=δ闭口系统,理想气体,可逆过程dh q =δ 闭口系统,定压过程; 或开口系统与环境无技术功交换。

vdp dT c q v −=δ开口系统,理想气体,稳态稳流,可逆过程3-10 说明以下结论是否正确: (提示:采用推理原则,否定原则) ⑴ 气体吸热后一定膨胀,热力学能一定增加。

答:错误,如等容过程吸热后不膨胀;如不是等容过程吸热后热力学能也不一定增加,当对外净输出功量大于吸热量时,则热力学能不增加。

⑵ 气体膨胀一定对外作功。

答:错误,如气体向真空膨胀则不作功,另外气体膨胀对外作膨胀功的充要条件是:气体膨胀和要有功的传递和接受机构。

⑶ 气体压缩时,一定消耗外功。

答:错误,如处于冷却过程的简单可压缩系统,则会自发收缩(相当于被压缩),并不消耗外功。

⑷ 应设法利用烟气离开锅炉时带走的热量。

答:错误不应说设法利用烟气离开锅炉时带走的热量。

因为热量是过程量,不发生则不存在。

应该说设法利用烟气离开锅炉时带走的热能(或热焓)。

习 题3-1 已知:min 202000/400===time N hkJ q 人人求:?=ΔU 解:依题意可将礼堂看作绝热系统,思路:1、如何选取系统?2、如何建立能量方程? ⑴ 依题意,选取礼堂空气为系统,人看作环境,依热力学第一定律,建立能量方程:kJ time N q Q U W W Q U 51067.2602020004000×=××=⋅⋅==Δ∴=−=Δ人Q⑵ 如选“人+空气”作系统, 依据热力学第一定律:W Q U −=Δ0,0,0=Δ∴==U Q W Q如何解释空气温度升高:该系统包括“人+空气”两个子系统 ,人散热给空气,热力学能降低,空气吸热,能内升高,二者热力学能代数和为零。

工程热力学名词解释(第三章)

工程热力学名词解释(第三章)

工程热力学名词解释(部分三)
3.1
1、理想气体:分子是某些不具体积的质点,分之间没有相互作用力的可压缩流体。

2、Rg:气体常数,它只与气体种类有关,而与气体所处状态无关的物理量。

3.2
1、比热容:单位量物质在某个特定的无摩擦的准静态的过程中。

做单位温度改变时所吸收或放出的热量。

3.3
1、理想气体的热力学能和焓都只是温度的单值函数。

3.4
1、饱和状态:液相和气相处于动态平衡的状态。

2、饱和液体:处于饱和状态的液体(t = t s)
3、饱和蒸汽:处于饱和状态的蒸汽。

4、干饱和蒸汽:处于饱和状态的蒸汽:t = t s
5、未饱和液:温度低于所处压力下饱和温度的液体:t < t s
6、过热蒸汽:温度高于饱和温度的蒸汽:t > t s, t –t s = d 称过热度
7、湿饱和蒸汽:饱和液和干饱和蒸汽的混合物:t = t s
3.5
1、一点、三区、两线、五态:临界点、过冷水区湿蒸汽区过热蒸汽区、饱和水线饱和蒸汽线、未饱和水饱和水湿饱和蒸汽干饱和
蒸汽过热蒸汽。

3.6
1、零点:273.16K的液相水作为基准点,规定在该点状态下的液相水的热力学能和熵为零。

2、干度:在1Kg湿蒸汽中含x Kg的饱和蒸汽,而余下的(1-x)Kg 则为饱和水。

工程热力学第三版课后习题答案

工程热力学第三版课后习题答案

工程热力学第三版课后习题答案工程热力学是工程学科中的重要分支,它研究能量转化和传递的原理及其应用。

在学习过程中,课后习题是巩固知识、提高能力的重要途径。

然而,由于工程热力学的内容较为复杂,课后习题往往令人感到困惑。

为了帮助学习者更好地掌握工程热力学,下面将给出《工程热力学第三版》课后习题的答案。

第一章:基本概念和能量转化原理1. 答案略。

2. 根据能量守恒定律,系统的内能增加等于吸收的热量减去对外做功的量。

因此,ΔU = Q - W。

3. 根据能量守恒定律,系统的内能增加等于吸收的热量减去对外做功的量。

因此,ΔU = Q - W。

4. 答案略。

5. 答案略。

第二章:气体的状态方程和热力学性质1. 对于理想气体,状态方程为PV = nRT,其中P为气体的压力,V为气体的体积,n为气体的摩尔数,R为气体常数,T为气体的温度。

2. 对于理想气体,内能只与温度有关,与体积和压力无关。

3. 对于理想气体,焓的变化等于吸收的热量。

4. 对于理想气体,熵的变化等于吸收的热量除以温度。

5. 答案略。

第三章:能量转化和热力学第一定律1. 根据热力学第一定律,系统的内能增加等于吸收的热量减去对外做功的量。

因此,ΔU = Q - W。

2. 根据热力学第一定律,系统的内能增加等于吸收的热量减去对外做功的量。

因此,ΔU = Q - W。

3. 根据热力学第一定律,系统的内能增加等于吸收的热量减去对外做功的量。

因此,ΔU = Q - W。

4. 答案略。

5. 答案略。

第四章:热力学第二定律和熵1. 答案略。

2. 答案略。

3. 答案略。

4. 答案略。

5. 答案略。

通过以上对《工程热力学第三版》课后习题的答案解析,相信读者对工程热力学的相关知识有了更深入的了解。

掌握热力学的基本概念和原理,对于工程学科的学习和实践具有重要意义。

希望读者能够通过课后习题的解答,提高自己的热力学能力,并将其应用于工程实践中,为社会发展做出贡献。

工程热力学第三章气体和蒸气的性质

工程热力学第三章气体和蒸气的性质


capacity per unit of mass)
•质量定容热容(比定容热容)
•及
•(constant volume specific heat
• capacity per unit of mass)
•二、理想气体比定压热容,比定容热容和迈耶公式
•1.比热容一般表达式
•代入式(A)得
•2. cV
h’=191.76, h”=2583.7
s’=0. 649 0, s”=8.1481
t
v
h
s
v
h
s
v
h
s
℃ m3/kg kJ/kg kJ/(kg· m3/kg kJ/kg kJ/(kg· m3/kg kJ/kg kJ/(kg·
K)
K)
K)
0 0.0010002 -0.05 -0.0002 0.0010002 -0.05 -0.0002 0.0010002 -0.04 -0.0002 10 130.598 2519.0 8.9938 0.0010003 42.01 0.1510 0.0010003 42.01 0.1510
•本例说明:低温高压时,应用理想气体假设有较大误差。
•例A411133
•讨论理想气体状态方程式
•3–2 理想气体的比热容
•一、比热容(specific heat)定义和分类 •c与过程有关
•定义: •分类:
•c是温度的函数
•按物 量
•质量热容(比热容)c J/(kg·K)
•(specific heat capacity per unit of mass)
• 干饱和蒸汽(dry-saturated vapor; dry vapor )
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Fluid properties which should be understood
• See Chapter 1 of Potter and Wiggert • specific weight ( γ = ρg - weight per unit volume), • compressibility (define bulk modulus of elasticity) ∂p β ≡ −V ∂V T • surface tension ( σ - force per unit length), • vapor pressure (equilibrium pressure reached by a liquid vapor mixture in the absence of other substances), • viscosity ( µ -‘stickiness of fluid’).
Pv n = PV = nR T
• dividing by the mass:
PV nR T R T = Pv = = ≡ RT m m M
Heat Transfer
• Conduction • Convection Correlations for • Radiation: Emit
∂T q = −kA ∂x
For an introductory course we restrict attention to: “those liquids and gases that move under the action of a shear stress, no matter how small that shear stress may be.” • In studying fluid dynamics, fluids are treated as a continuum. • This is OK if the linear dimensions of infinitesimal volumes over which fluid properties are constant are >> the mean free path • Eg 10-9 mm3 of air contains 3 x 107 molecules •
e
µ
υ
is a dimensionless number which represents the ratio of inertial forces to viscous forces. • L is the appropriate “characteristic length” • Re is used to predict the transition from laminar to turbulent flow. • Transition occurs at a critical Reynolds number which is a function of the flow geometry/situation,eg Recrit=2000 for flow in rough walled pipe.
Ideal Gases
• Low density gases behave as “ideal gases”, to a good approximation the molecules can be modeled as if they don’t interact • The equation of state is Pv = R T ( R is the universal gas constant = 8.3144 kJ kmol-1K-1 ) • multiplying both sides by the number of moles gives;
For a liquid, µ decreases with temperature, cohesive forces are reduced as average molecular kinetic energy increases
• For a gas, µ increases with temperature as the frequency of molecular collisions increases
Fluids are gases or liquids, ie a liquid is: • “A state of matter in which the molecules are relatively free to change their positions with respect to each other but restricted by cohesive forces so as to maintain relatively fixed volume.” And a gas is: • “A state of matter in which the molecules are practically unrestricted by cohesive forces. A gas has neither definite shape or volume.”
Classification of Flows
Flows can be classified according to whether they can be modeled as: • 3D/2D/1D. • Viscid/Inviscid. • Laminar/turbulent. Need to be familiar with definitions of; • plane flow, • developed flow, • uniform flow, • stagnation point.
Some reminders from 2222
Problem solving methodology
Developing an effective problem solving methodology is essential: • Think explicitly about exactly what is the system being studied, drawing sketches is almost essential in this process. • The hardest part of thermodynamics is usually converting a real world situation into a problem that can be analysed avoid the temptation to start analysing before you know what it is you want to analyse. • Where manipulation of formulas is required, don't substitute numerical values until all manipulation is complete. • Try to develop a habit of self verifying analysis (in the real world there are no solutions in the back of the book).
Physical Laws
• Fluid dynamics is governed by the same basic physical laws as other mechanical systems, ie given the continuum assumption and assuming non-relativistic velocities (<< the speed of light!): − Conservation of mass. dp − Newton's second law; ∑ F = . dt − First law of thermodynamics (conservation ∆Q = ∆Ε + ∆W of energy); . • An equation of state (eg tables or ideal gas) may also be needed if temperature changes are expected. • The study of fluid dynamics is essentially the formulation of these laws for the general case of fluid flow, after that it is just special cases and examples!
τ =µ
• Kinematic viscosity is;
du dr
ν=
µ ρ
• For a Newtonian fluid µ is independent of du/dr. Silly putty and hair cream are Non-newtonian fluids, where viscosity increases and decreases respectively, with increasing shear stress.
Good techniques include: • Carrying all units through a calculation when substituting numerical values in order to check the final result has the right unit dimensions and order of magnitude. • Using simplified analysis to check the order of magnitude of the final result. • Checking that derived formula have the right behavior in limiting situations. • Reversing analysis or taking it around a ‘full circle’ to check for self consistency. • Checking that results are consistent with common sense expectations where appropriate.
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