武汉理工工程热力学和传热学作业

图
图2-1
7．某气体从初态p1=0.1MPa，V1=0.3m3可逆压缩到终态p2=0.4MPa，设压缩过程中p=aV-2，式中a为常数。试求压缩过程所必须消耗的功。
8．如图2-2所示，p-v图上表示由三个可逆过程所组成的一个循环。1-2是绝热过程；2-3是定压过程；3-1是定容过程。如绝热过程1-2中工质比热力学能的变化量为-50kJ/kg，p1=1.6MPa，v1=0.025m3/kg，p2=0.1MPa，v2=0.2m3/kg。（1）试问这是一个输出净功的循环还是消耗净功的循环？
工程热力学和传热学
第二章基本概念
一．基本概念
系统：
状态参数：
热力学平衡态：
温度：热平衡ຫໍສະໝຸດ 律：温标：准平衡过程：
可逆过程：
循环：
可逆循环：
不可逆循环：
二、习题
1．有人说，不可逆过程是无法恢复到起始状态的过程，这种说法对吗？
2．牛顿温标,用符号°Ｎ表示其温度单位,并规定水的冰点和沸点分别为100°Ｎ和200°Ｎ，且线性分布。（1）试求牛顿温标与国际单位制中的热力学绝对温标(开尔文温标)的换算关系式；（2）绝对零度为牛顿温标上的多少度?
（3）一定质量的空气在不导热的气缸中被活塞缓慢地压缩（不计摩擦）。
（4）100℃的水和15℃的水混合。
6．如图1-2所示的一圆筒容器，表A的读数为360kPa；表B的读数为170kPa，表示室I压力高于室II的压力。大气压力为760mmHg。试求:
（1）真空室以及I室和II室的绝对压力；
（2）表C的读数；
（1）取水为系统；（2）取电阻丝、容器和水为系统；（3）取虚线内空间为系统。
图1-1
5．判断下列过程中那些是不可逆的，并扼要说明不可逆原因。
（1）在大气压力为0.1013MPa时，将两块0℃的冰互相缓慢摩擦，使之化为0℃的水。
（2）在大气压力为0.1013MPa时，用(0＋dt)℃的热源(dt→0)给0℃的冰加热使之变为0℃的水。
（1）膨胀过程空气热力学能的增量；（2）压缩过程空气热力学能的增量；（3）压缩过程外界消耗了多少功？
5．一活塞气缸装置中的气体经历了2个过程。从状态1到状态2，气体吸热500kJ，活塞对外作功800kJ。从状态2到状态3是一个定压的压缩过程，压力为p=400kPa，气体向外散热450kJ。并且已知U1=2000kJ, U3=3500kJ，试计算2-3过程中气体体积的变化。
6．现有两股温度不同的空气，稳定地流过如图2-1所示的设备进行绝热混合，以形成第三股所需温度的空气流。各股空气的已知参数如图中所示。设空气可按理想气体计，其焓仅是温度的函数，按{h}kJ/kg=1.004{T}K计算，理想气体的状态方程为pv=RT, R=287J/(kg·K)。若进出口截面处的动、位能变化可忽略，试求出口截面的空气温度和流速。
3．某远洋货轮的真空造水设备的真空度为0.0917ＭＰａ，而当地大气压力为0.1013MPa，当航行至另一海域，其真空度变化为0.0874MPa，而当地大气压力变化为0.097MPa。试问该真空造水设备的绝对压力有无变化?
4．如图1-1所示，一刚性绝热容器内盛有水，电流通过容器底部的电阻丝加热水。试述按下列三种方式取系统时，系统与外界交换的能量形式是什么。
（2）计算循环的净热。
图2-2
9．某燃气轮机装置如图2-3所示。已知压气机进口处空气的焓h1=290kJ/kg，经压缩后，空气升温使比焓增为h2=580kJ/kg，在截面2处与燃料混合，以w2=20m/s的速度进入燃烧室，在定压下燃烧，使工质吸入热量q=670kJ/kg。燃烧后燃气经喷管绝热膨胀到状态3’,h3’=800kJ/kg，流速增至w3’，燃气再进入动叶片，推动转轮回转做功。若燃气在动叶片中热力状态不变，最后离开燃气轮机速度为w4=100m/s。求：
3）根据熵增原理，熵减少的过程是不可能实现的。（）
4）卡诺循环是理想循环，一切循环的热效率都比卡诺循环的热效率低。（）
5）不可逆循环的熵变化大于零。（）
状态
p（MPa）
v（m3/kg）
u（kJ/kg）
h(kJ/kg)
1
3.5
0.00711
22.75
47.64
2
3.5
0.01916
97.63
164.69
活塞与气缸壁间有一些摩擦。求搅拌器上输入的能量为多少？
4．1kg空气由p1=5MPa,t1=500℃，膨胀到p2=0.5MPa,t2=500℃，得到热量506kJ，对外做膨胀功506kJ。接着又从终态被压缩到初态，放出热量390kJ,试求：
卡诺定理：
熵流：
熵产：
熵增原理：
二．习题
1．热力学第二定律可否表述为：“功可以完全变为热，但热不能完全变为功”，为什么？
2．下列说法是否正确，为什么？
1）熵增大的过程为不可逆过程；
2）工质经不可逆循环，S0；
3）可逆绝热过程为定熵过程，定熵过程就是可逆绝热过程；
4）加热过程，熵一定增大；放热过程，熵一定减小。
3．某封闭系统经历了一不可逆过程，系统向外界放热为10kJ，同时外界对系统作功为20kJ。
1）按热力学第一定律计算系统热力学能的变化量；
2）按热力学第二定律判断系统熵的变化（为正、为负、可正可负亦可为零）。
4．判断是非（对画，错画×）
1）在任何情况下，对工质加热，其熵必增加。（）
2）在任何情况下，工质放热，其熵必减少。（）
（1）若空气流量为100kg/s，压气机消耗的功率为多少？
（2）若燃料发热量q=43960kJ/kg，燃料消耗量为多少？
（3）燃气在喷管出口处的流速w3’是多少？
（4）燃气涡轮（3’-4过程）的功率为多少？
（5）燃气轮机装置的总功率为多少？
图2-3
第四章热力学第二定律
一．基本概念
克劳修斯说法：
开尔文说法：
（3）圆筒顶面所受的作用力。
图1-2
第三章热力学第一定律
一．基本概念
功：
热量：
体积功：
节流：
二．习题
1．膨胀功、流动功、轴功和技术功四者之间有何联系与区别？
2．下面所写的热力学第一定律表达是否正确？若不正确，请更正。
3．一活塞、气缸组成的密闭空间，内充50g气体，用叶轮搅拌器搅动气体。活塞、气缸、搅拌器均用完全绝热的材料制成。搅拌期间，活塞可移动以保持压力不变，但绝对严密不漏气。已测得搅拌前气体处于状态1，搅拌停止后处于状态2，如下表所示。