习题1-级的热力计算过程
工程热力学(第五版)第4章练习题
第4章 理想气体热力过程及气体压缩4.1 本章基本要求熟练掌握定容、定压、定温、绝热、多变过程中状态参数p 、v 、T 、∆u 、∆h 、∆s 的计算,过程量Q 、W 的计算,以及上述过程在p -v 、T -s 图上的表示。
4.2 本章重点结合热力学第一定律,计算四个基本热力过程、多变过程中的状态参数和过程参数及在p -v 、T -s 图上表示。
本章的学习应以多做练习题为主,并一定注意要在求出结果后,在p -v 、T -s 图上进行检验。
4.3 例 题例1.2kg 空气分别经过定温膨胀和绝热膨胀的可逆过程,如图4.1,从初态1p =9.807bar,1t =300C ο膨胀到终态容积为初态容积的5倍,试计算不同过程中空气的终态参数,对外所做的功和交换的热量以及过程中内能、焓、熵的变化量。
图4.1解:将空气取作闭口系对可逆定温过程1-2,由过程中的参数关系,得bar v v p p 961.151807.92112=⨯==按理想气体状态方程,得111p RT v ==0.1677kg m /3 125v v ==0.8385kg m /312T T ==573K 2t =300C ο气体对外作的膨胀功及交换的热量为1211lnV V V p Q W T T ===529.4kJ 过程中内能、焓、熵的变化量为12U ∆=0 12H ∆=0 12S ∆=1T Q T=0.9239kJ /K 或12S ∆=mRln12V V =0.9238kJ /K 对可逆绝热过程1-2′, 由可逆绝热过程参数间关系可得kv v p p )(211'2= 其中22'v v ==0.8385kg m /3 故 4.12)51(807.9'=p =1.03barRv p T '''222==301K '2t =28C ο气体对外所做的功及交换的热量为)(11)(11'212211T T mR k V p V p k W s --=--==390.3kJ 0'=s Q过程中内能、焓、熵的变化量为kJ T T mc U v 1.390)(1212''-=-=∆或kJ W U 3.390212'-=-=∆kJ T T mc H p 2.546)(1212''-=-=∆ '12S ∆=0例2. 1kg 空气多变过程中吸取41.87kJ 的热量时,将使其容积增大10倍,压力降低8倍,求:过程中空气的内能变化量,空气对外所做的膨胀功及技术功。
热力学习题与答案(原件)
材料热力学习题1、阐述焓H 、内能U 、自由能F 以及吉布斯自由能G 之间的关系,并推导麦克斯韦方程之一:T P PST V )()(∂∂-=∂∂。
答: H=U+PV F=U-TS G=H-TS U=Q+W dU=δQ+δWdS=δQ/T, δW=-PdV dU=TdS-PdVdH=dU+PdV+VdP=TdS+VdP dG=VdP-SdTdG 是全微分,因此有:TP P TP ST V ,PT G T P G ,T V P G T P T G P ST G P T P G )()()()()()(2222∂∂-=∂∂∂∂∂=∂∂∂∂∂=∂∂∂∂=∂∂∂∂∂-=∂∂∂∂=∂∂∂因此有又而2、论述: 试绘出由吉布斯自由能—成分曲线建立匀晶相图的过程示意图,并加以说明。
(假设两固相具有相同的晶体结构)。
由吉布斯自由能曲线建立匀晶相图如上所示,在高温T 1时,对于所有成分,液相的自由能都是最低;在温度T 2时,α和L 两相的自由能曲线有公切线,切点成分为x1和x2,由温度T 2线和两个切点成分在相图上可以确定一个液相线点和一个固相线点。
根据不同温度下自由能成分曲线,可以确定多个液相线点和固相线点,这些点连接起来就成为了液相线和固相线。
在低温T 3,固相α的自由能总是比液相L 的低,因此意味着此时相图上进入了固相区间。
HPV UGTSTS FPV3、论述:通过吉布斯自由能成分曲线阐述脱溶分解中由母相析出第二相的过程。
第二相析出:从过饱和固溶体α中(x0)析出另一种结构的β相(xβ),母相的浓度变为xα. 即:α→β+ α1α→β+ α1 的相变驱动力ΔGm的计算为ΔGm=Gm(D)-Gm(C),即图b中的CD段。
图b中EF是指在母相中出现较大为xβ的成分起伏时,由母相α析出第二相的驱动力。
4、根据Boltzman方程S=kLnW,计算高熵合金FeCoNiCuCrAl和FeCoNiCuCrAlTi0.1(即FeCoNiCuCrAl各为1mol,Ti为0.1mol)的摩尔组态熵。
工程热力学-计算题
1、1kg 氧气置于图所示的气缸内,缸壁能充分导热,且活塞与缸壁无摩擦。
初始时氧气压力为0.5Mpa 、温度为27℃。
如果气缸长度为2L ,活塞质量为10kg ,试计算拔除销钉后,活塞可能达到的最大速度。
氧气的比热容)/(918.0K kg kJ c p ⋅=,k=1.395,)/(260.0K kg kJ R g ⋅=解:取气缸内的氧气为研究对象。
根据热力学第一定律W U Q +∆=知道,加入系统的热量一部分用于增加系统的热力学能,一部分用于对外做功。
根据题意:活塞如果要达到最大速度,那么氧气膨胀过程中吸入的热量全部用于对外做功,所以氧气的热力学能不发生变化。
由于氧气可以看作理想气体,而理想气体的热力学能是温度的单值函数,所以氧气膨胀过程为可逆定温膨胀过程。
设环境温度为T 0,环境压力为P 0,氧气的质量为m ,活塞的质量为M ,活塞最大速度为V max 。
氧气初始状态的压力为P 1,温度为T 1,容积为V 1,氧气膨胀后的容积为V 2,膨胀过程的膨胀功为W 。
V P W MV ∆-=02max 21 211lnV V T R W g =111T mR V P g = 12V V V -=∆122V V = 所以有:2ln 1T R W g = 110/P T R V P g =∆ 代入数据:7.38484)2.02(ln )2715.273(2602ln 102111012max =-⨯+⨯=-=⨯⨯p T R P T R V g g s m V /73.87max =2、空气等熵流经一缩放喷管,进口截面上的压力和温度分别是0.58Mpa 、440K ,出口截面℃上的压力MPa p 14.02=。
已知喷管进口截面面积为 2.6×10-3m 2,空气的质量流量为1.5kg/s ,试求喷管喉部面积及出口截面的面积和出口流速。
空气的比热容)/(005.1K kg kJ c p ⋅=,k=1.4,)/(287.0K kg kJ R g ⋅=解:根据题意知道,进口参数为MPa p 58.01=,K T 4401=。
汽轮机计算题
汽轮机计算题这是汽轮机的思考题,可以使我们更好的掌握汽轮机的基本原理汽轮机原理练习题1.1 已知喷管进口蒸汽压力P0=8.4MPa,温度t0=490℃,初速C0=50m/s;喷管后压力P1=5.8MPa。
试求:①喷管前滞止焓、滞止压力;②若速度系数为0.97,喷管出口理想速度与实际速度;③当P1降为临界压力时的临界速度。
1.2 已知喷管前蒸汽参数为P0=8.824MPa,温度t0=500℃;喷管后压力P1=3.431MPa,蒸汽流量30kg/s,流量系数μn=0.96,问应采用何种喷管?并求喷管出口面积(若采用缩放喷管还应计算喷管喉部面积)。
1.3 一个具有斜切部分的渐缩喷管前的蒸汽压力P0=1.078MPa,温度t0=280℃,初速C0=90m/s,求此喷管的临界压力和临界速度。
当喷管出口P1=0.49MPa时,求喷管出口速度和汽流偏转角,喷管出口角α1=15。
若此喷管的临界流量Gc=13.89kg/s,求P1=0.392MPa,及P1=0.70MPa 时该喷管的流量。
1.4 某汽轮机级前参数P0=10MPa,x0=0.93。
级后压力P2=4MPa,进入该级的初速动能δhc0=8kJ/kg,问最小反动度应为多少方能保证喷管斜切部分中汽流不发生膨胀?设汽流在喷管中为理想流动。
1.5 汽轮机某级的入口参数为P0=3.4MPa,温度t0=435℃,该级反动度Ωm=0.38,级后P2=2.2MPa,该级采用渐缩喷管,其出口面积An=52cm2。
试计算:这是汽轮机的思考题,可以使我们更好的掌握汽轮机的基本原理①通过喷管的实际流量;②若级后压力降为1.12 MPa,反动度降为0.3,通过喷管的流量又为多少?1.6 某级级前参数P0=2.0MPa,温度t0=350℃,级后P2=1.5MPa,反动度Ωm=0.15,速比x1=0.53,出汽角α0=14,β入口动能为0,试求:①解出并画出该级的速度三角形;②轮周有效焓降和轮周效率。
气体主要热力过程的基本公式
气体主要热力过程的基本公式1.等容过程(isochoric process)在等容过程中,气体体积保持不变。
根据理想气体状态方程PV=nRT,结合理想气体的内能U=C_vT(其中C_v表示摩尔定容热容量),可以得到气体的内能和温度的关系为U2-U1=C_v(T2-T1)2.等压过程(isobaric process)在等压过程中,气体的压强保持不变。
根据理想气体状态方程PV=nRT,结合理想气体的焓H=U+PV(其中H表示焓),可以得到气体的焓和温度的关系为H2-H1=C_p(T2-T1)其中C_p表示摩尔定压热容量。
3. 绝热过程(adiabatic process)在绝热过程中,气体在没有与外界交换热量的情况下发生压缩、膨胀等过程。
根据绝热条件PV^γ=常数,可以得到气体压强和体积的关系为P2V2^γ=P1V1^γ其中γ=C_p/C_v表示绝热指数。
4.等温过程(isothermal process)在等温过程中,气体的温度保持不变。
根据理想气体状态方程PV=nRT,可以得到气体的压强和体积的关系为P1V1=P2V2综合以上各种过程,可以得到气体的理想热力方程为C_p(T2 - T1) - R(ln(V2/V1)) = 0其中 R 表示气体常数,对于摩尔气体,R = 8.314 J/(mol·K)。
另外,对于理想气体的内能和焓,还可以利用摩尔定热容量和摩尔焓的定义进行计算:U=nC_vTH=nC_pT其中C_v和C_p分别为摩尔定容热容量和摩尔定压热容量,n表示气体的物质量。
需要注意的是,以上公式都是在理想气体的情况下推导得到的,在实际情况下可能需要考虑相对论效应、分子间相互作用等因素。
此外,还有其他一些非常特殊的热力过程,如绝热绝热过程、多孔气体的热力过程等,其公式推导及应用较为复杂,对于一般的热力学应用来说已经足够。
工程热力学第9讲-第二部分复习-工质热力性质及热力过程计算
c p 1.0041.859 0.001 d
Hale Waihona Puke R 0.287 0.4615 0.001d
s c p ln
T p R ln 273 100
湿空气的焓湿图
h 1.005t d (2501 1.863t )
h1 hw
湿球温度tw=绝热饱和温度
h h t tw td
研究蒸气热力过程的依据
1)第一定律
q u w h wt
2)状态参数 查图、查表
dh c p dT du cv dT
pv RT
c p cv R
3)过程参数(可逆过程)
q Tds
w w pdv pdv wt wt vdp vdp
研究蒸气热力过程的步骤
研究步骤: (1).利用图表,由已知的初态参数确定未知的初态参数;
(2).利用图表,根据过程特点和已知的终态参数确定未知 的终态参数; (3).由初态参数和代入有关公式计算过程中的能量传递、 转换量:q,w,wt。
水蒸气图、表的应用
应用: 1.已知某状态任意两个独立参数(p,v,t,u,h,s,x) 就 能查出其余各参数,并可判别工质的状态。 2.分析计算热力过程中工质状态变化及与外界的能量交换。 分析计算的一般步骤: (1)已知任意两个初态参数,查出其它各初态参数(p1,v1, t1,u1,h1,s1,x1)。 (2)根据过程条件(定压、定温、定熵、定容)及终态的一 个参数,查得终态各参数(p2,v2,t2,u2,h2,s2,x2)。 (3)根据初终态参数及过程条件计算能量交换。 (4)将过程表示在状态图上(p-v,T-s,h-s…)。
单级蒸汽压缩式制冷循环实际循环
产生液体过冷的原因:
实际冷凝面积大于所需冷凝面积;
设计条件是最不利条件;
人为设计过冷度;
设置了过冷器或回热器。
单 级 蒸 汽 压 缩 实 际 循 环 热 力 计 算
过冷循环在p-h图上的表示。
P C Pk P0 1 2
h
单 级 蒸 汽 压 缩 实 际 循 环 热 力 计 算
P C Pk P0 3' 3 2
增大,
使实际输气量Vs 减少
压缩是一个多变过程,熵增 排气:p2s >
pK
机械摩擦、高压向低压的泄漏、余隙容积的
存在,都使压缩机的Vs下降,w 增大
单 级 蒸 汽 压 缩 实 际 循 环 热 力 计 算
P C Pk P0 3 2 2s
4
1
h
单 级 蒸 汽 压 缩 实 际 循 环 热 力 计 算
单 级输气量与质量流量的关系 蒸 汽 压 缩 s m 吸 实 3 kg / s m3 / kg 际 m /s 循 环 吸 : 压缩机吸气点的比体积 热 思考: 力 计 已知 Vh、、吸 ,如何确定qm ? 算 注意:一定要保持单位一致
V q
单 级压缩机的制冷量 蒸 汽 压 即制冷循环的制冷量,制冷循环单 缩 实 位时间内制冷剂从低温热源中吸收 际 的热量。(公式3-16) 循 环 Q q q Vs q V q0 V q 0 m 0 0 s s v 热 吸 节流过程焓增。 缩 制冷剂在换热器和管道中存在流阻压降,管道 实 际 与外界存在换热。 循 制冷系统中存在不凝性气体。 环 热 力 计 算
单 级 蒸 汽 压 缩 实 际 循 环 热 力 计 算
一、压缩机的实际压缩过程(p69)
吸气:p1 < p0,低温蒸汽进入热汽缸,v
习题级的热力计算过程
习题1:级的热力计算过程例已知汽轮机转速n=3000rpm,流过该级的蒸汽量G=16.67kg/s,某冲动级中级的平均直径d m=1.44m,级前蒸汽压力P0=0.098MPa,干度x0=0.99,流入该级的蒸汽初速C0=91.5m/s。
级的理想比焓降为Δh t=125.6kJ/kg,级的平均反动度Ωm=0.2,叶顶反动度Ωt=0.24,喷嘴出汽角α1=19º。
隔板汽封采用平齿汽封,汽封齿的平均直径d p=200mm,汽封间隙=0.5mm,齿数=2,动叶顶当量间隙=2mm,余速利用系数=0.85试求:①进行喷管热力计算,确定喷管通流面积和叶高;②进行动叶热力计算,确定动叶通流面积和高度;③画出该级的进出口速度三角形;④计算级的内效率和内功率;⑤画出级的热力过程线。
解:根据已知条件求得:级的圆周速度:级前蒸汽初始动能:级的滞止理想比焓降:喷嘴的滞止理想比焓降:动叶的理想比焓降:由焓熵图可查得:级前滞止压力=0.1Mpa,喷嘴后压力=0.054MPa级前滞止焓=2656kJ/kg,级前滞止比体积,喷嘴出口理想比体积,级后压力=0.044MPa。
1.喷嘴热力计算等熵指数:临界压比:喷嘴压比:因为<,可知汽流在喷嘴的斜切部分发生膨胀。
喷嘴临界压力:由焓熵图可查得喷嘴临界状态参数:,喷嘴出口汽流理想速度:取喷嘴速度系数,则喷嘴出口汽流实际速度为喷嘴临界速度:因为喷嘴出口压力,喷嘴斜切部分中汽流产生膨胀,发生偏转,则喷嘴汽流出口角应为喷嘴出口角加上汽流偏转角,其正弦为喷嘴出口汽流角:根据之值可查得喷嘴流量系数隔板漏气量:流经喷嘴的流量:喷嘴叶栅流通面积:喷嘴叶片高度:喷嘴损失:喷嘴出口实际比焓值:由焓熵图可查得喷嘴出口实际比体积:2.动叶栅热力计算图1-53 动叶进出口速度三角形作动叶进口速度三角形,如上图。
由动叶进口速度三角形求动叶进口相对速度:动叶进口汽流相对速度方向角:动叶进口的能量:由焓熵图可查得:动叶前滞止压力,动叶进口蒸汽干度,动叶后蒸汽理想比体积。
大学物理化学 第二章 热力学第二定律学习指导及习题解答
3.熵可以合理地指定
Sm$
(0K)
0
,热力学能是否也可以指定
U
$ m
(0K)
0
呢?
答:按能斯特热定理,当温度趋于0K,即绝对零度时,凝聚系统中等温变化过
程的熵变趋于零,即
, 只要满足此式,我们就可以任意
选取物质在0K时的任意摩尔熵值作为参考值,显然 Sm$ (0K) 0 是一种最方便的
选择。但0K时反应的热力学能变化并不等于零,
(2)变温过程
A.等压变温过程 始态 A(p1,V1,T1) 终态 B(p 1,V2,T2)
S
T2
δQ R
T T1
T2 Cp d T T T1
Cp
ln
T2 T1
B.等容变温过程 始态 A(p1,V1,T1) 终态 B(p2,V1,T2)
S
T2
δQ R
T T1
C.绝热过程
T2 CV d T T T1
,所以不
能指定
U
$ m
(0K)
0
。
4.孤立系统从始态不可逆进行至终态S>0,若从同一始态可逆进行至同
一终态时,则S=0。这一说法是否正确?
答:不正确。熵是状态函数与变化的途径无关,故只要始态与终态一定S
必有定值,孤立系统中的不可逆过程S>0,而可逆过程S=0 是毋庸置疑的,
问题是孤立系统的可逆过程与不可逆过程若从同一始态出发是不可能达到相同
4.熵 (1)熵的定义式
dS δ QR T
或
S SB SA
B δ QR AT
注意,上述过程的热不是任意过程发生时,系统与环境交换的热量,而必须是在
可逆过程中系统与环境交换的热。
工程热力学习题集及答案(1)
工程热力学习题集及答案一、填空题1.能源按使用程度和技术可分为 常规 能源和 新 能源。
2.孤立系是与外界无任何 能量 和 物质 交换的热力系。
3.单位质量的广延量参数具有 强度量 参数的性质,称为比参数。
4.测得容器的真空度48V p KPa =,大气压力MPa p b 102.0=,则容器内的绝对压力为 54kpa 。
5.只有 准平衡 过程且过程中无任何 耗散 效应的过程是可逆过程。
6.饱和水线和饱和蒸汽线将压容图和温熵图分成三个区域,位于三区和二线上的水和水蒸气呈现五种状态:未饱和水 饱和水 湿蒸气、 干饱和蒸汽 和 过热蒸汽 。
7.在湿空气温度一定条件下,露点温度越高说明湿空气中水蒸气分压力越 高 、水蒸气含量越 多 ,湿空气越潮湿。
(填高、低和多、少)8.克劳修斯积分/Q T δ⎰ 等于零 为可逆循环。
9.熵流是由 与外界热交换 引起的。
10.多原子理想气体的定值比热容V c = g 72R 。
11.能源按其有无加工、转换可分为 一次 能源和 二次 能源。
12.绝热系是与外界无 热量 交换的热力系。
13.状态公理指出,对于简单可压缩系,只要给定 两 个相互独立的状态参数就可以确定它的平衡状态。
14.测得容器的表压力75g p KPa =,大气压力MPa p b 098.0=,则容器内的绝对压力为 173a KP 。
15.如果系统完成某一热力过程后,再沿原来路径逆向进行时,能使系统和外界都返回原来状态而不留下任何变化,则这一过程称为可逆过程。
16.卡诺循环是由两个 定温 和两个 绝热可逆 过程所构成。
17.相对湿度越 小 ,湿空气越干燥,吸收水分的能力越 大 。
(填大、小)18.克劳修斯积分/Q T δ⎰ 小于零 为不可逆循环。
19.熵产是由 不可逆因素 引起的。
20.双原子理想气体的定值比热容p c = 72g R 。
21.基本热力学状态参数有:( 压力)、(温度 )、(体积)。
22.理想气体的热力学能是温度的(单值 )函数。
汽轮机原理思考题及习题
绪论1、我国汽轮机系列标准和型号中,各字符代表什么意义?功率是什么单位?2、说明N200-130/535/535,N600-16.5/550/550,B10-8.83/3.33—1,CC12- 3.43/0.98/0.118的意义。
3、凝汽式机、背压机、调整抽汽机及中间再热机有什么区别?4、汽轮机作用及主要组成部件的作用?5、电厂汽轮机的发展方向有哪些?为什么?第一章级的工作原理1、冲动力和反冲力是怎么产生的?2、汽轮机级的反动度是怎样定义的?3、什么是冲动级?什么是纯冲动级?什么是反动级?什么是复速级?4、汽轮机的级分为哪几种类型?各有什么特点?说明应用情况。
5、基本方程的内容及应用注意条件是什么?6、Ф、Ψ、μn 、β的定义及影响因素?7、什么是临界状态?什么是临界压力比?什么是喷嘴的临界流量?怎样判别喷嘴或动叶是否达到临界状态?8、写出喷嘴出口速度的计算公式,喷嘴的流量计算公式。
9、写出级的热力计算的主要公式。
10、画出带反动度的冲动级的热力过程线,并标出喷嘴、动叶、余速损失、级的滞止理想焓降、喷嘴、动叶的理想焓降。
11、气流在什么情况下在斜切部分会膨胀及偏转,在什么情况下不膨胀与偏转?12、什么是轮周效率?13、什么是速比?什么是最佳速比?14、试用两种方法推导纯冲动级。
最佳速比15、纯冲动级、反动级、复速级的最佳速比各是多少?哪种级做功能力最大?为什么?16、叶栅的主要几何参数有哪些?它们对叶栅损失有什么影响?17、说明冲动级的反动度及叶栅出口汽流角度α1 、β2的选择方法?18、喷嘴和动叶栅的出口高度怎么确定?19什么是级内损失?级内损失有哪些类型?20、分析叶高损失、扇形损失、叶轮摩擦损失、湿汽损失产生的主要原因?减少方法?21、怎样降低凝汽式汽轮机末级动叶片的被冲蚀作用?22、高压级哪些损失较大?反动级什么损失可忽略不计?23、高、中、低压缸内效率有什么特点?24、级的热力计算的有哪些主要步骤?25、级的热力计算过程中要注意那些问题?26、什么是长叶片级?27、长叶片级采用一元流动设计带来哪些附加损失28、说明扭曲叶片的设计思想是什么?1、多级汽轮机相对单级汽轮机的优点是什么?2、多级汽轮机有哪些损失?怎样减少这些损失?汽轮机内部损失与外部损失有什么区别?3、多级汽轮机的重热现象和余速利用对汽轮机的相对内效率分别有什么影响?4、什么是汽轮机相对内效率?什么是汽轮发电机组的相对电效率?什么是汽轮发电机组的绝对电效率?5、什么是汽耗率和热耗率?6、平衡汽轮机轴向推力的措施有哪些?能否将轴向推力平衡为零而不用推力轴承?7、说明轴封系统的作用及工作原理。
清华大学工程热力学习题课
For personal use only in study and research; not for commercial use工程热力学课程习题第一章1-1 试将1物理大气压表示为下列液体的液柱高(mm),(1) 水,(2) 酒精,(3) 液态钠。
它们的密度分别为1000kg/m3,789kg/m3和860kg/m3。
1-4 人们假定大气环境的空气压力和密度之间的关系是p=cρ1.4,c为常数。
在海平面上空气的压力和密度分别为1.013×105Pa和1.177kg/m3,如果在某山顶上测得大气压为5×104Pa。
试求山的高度为多少。
重力加速度为常量,即g=9.81m/s2。
1-7如图1-15 所示的一圆筒容器,表A的读数为360kPa,表B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;(3) 圆筒顶面所受的作用力。
图1-151-8 若某温标的冰点为20°,沸点为75°,试导出这种温标与摄氏度温标的关系(一般为线性关系)。
1-10 若用摄氏温度计和华氏温度计测量同一个物体的温度。
有人认为这两种温度计的读数不可能出现数值相同的情况,对吗?若可能,读数相同的温度应是多少?1-14一系统发生状态变化,压力随容积的变化关系为pV1.3=常数。
若系统初态压力为600kPa,容积为0.3m3,试问系统容积膨胀至0.5m3时,对外作了多少膨胀功。
1-15气球直径为0.3m,球内充满压力为150kPa的空气。
由于加热,气球直径可逆地增大到0.4m,并且空气压力正比于气球直径而变化。
试求该过程空气对外作功量。
1-16 1kg气体经历如图1-16所示的循环,A到B为直线变化过程,B到C为定容过程,C到A为定压过程。
试求循环的净功量。
如果循环为A-C-B-A则净功量有何变化?图1-16第二章2-2 水在760mmHg下定压汽化,温度为100℃,比容从0.001m3/kg增加到1.1763m3/kg,汽化潜热为2250kJ/kg。
热力学知识点总结及习题
1.热力学第零定理:如果两个物体各自与第三个物体达到热平衡,他们彼此也必然处于热平衡2.热力学第一定律:能量可以从一种形式转变为另一种形式,但在转化过程中能量的总量保持不变3.热力学第二定理:实质:自然界中一切与热现象有关的实际过程都是不可逆过程,他们有一定的自发进行的方向开式:不可能从单一热源吸热使之完全变成有用的功而不引起其他变化 克式:不可能把热量从低温物体传到高温物体而不引起其他变化热力学第三(绝对零度定理):不可能通过有限步骤是一个物体冷却到热力学温度的零度4.孤立系统:与外界无物质、无能量交换 dQ=0 dW=05.封闭系统:与外界无物质交换、有能量交换 dQ ≠0 dW=06.准静态过程:是一个进行得无限缓慢以致系统连续不断的经历着一些列平衡态的过程。
只有系统内部各部分之间及系统与外界之间始终同时满足力学、热学、化学平衡条件的过程才是准静态过程(准静态过程是一个理想过程)7.熵增加原理:系统经可逆绝热过程熵不变,经不可逆绝热过程熵增加,在绝热条件下,熵减少过程是不可能实现的。
8.广延量:与系统大小成正比的热力学量(如质量M 、体积V 、内能U 等) 强度量:不随系统大小变化的热力学量(如系统的P 、T 、ρ等)9.获得低温的方法:节流过程、节流过程与绝热膨胀相结合、绝热去磁制冷、激光制冷、核绝热去磁10.特性函数的定义:在适当选择独立变量条件下,只要知道系统的一个热力学函数,就可以用只求偏导数的方法求出系统的其他基本热力学函数,从而完全确定均匀系统的平衡性质,这个热力学函数就称为特性函数。
11.一级相变:在相变点两点的化学势连续,但化学势的一阶偏导数存在突变12.二级相变:在相变点两点的化学势及一阶导数连续,但二阶导数存在突变13.单元复相系平衡条件:一个单元两个系统(ɑ相和β相)组成一孤立系统,其总内能总体积和总物质的量恒定。
14.中肯半径:在一定的蒸气压下,于正其达到平衡的液滴半径称为中肯半径15.能量均分定理:对于外在温度为T 的平衡状态的经典系统,例子的能量中每一个平方项的平均值等于(1/2)KT16.微观粒子全同性原理:微观粒子全同性原理指出,全同粒子是不可分辨的,在含有多个全同粒子的系统中,将任何两个全同粒子加以对换,不改变整个系统的微观运动状态。
物理化学课后习题与答案
逆过程。设气体的
Cv,m
=
3 2
R
。试计算各个状态的压力
p
并填下表。
V/dm3•mol-1
44.8 C B
22.4 A
273
546
T/K
1
步骤
A B C
过程的名称
等容可逆 等温可逆 等压可逆
Q/J W/J △U/J
8. 一摩尔单原子理想气体,始态为 2×101.325kPa、11.2dm3,经 pT = 常数的可逆过程(即过
(1) 298K 时的“平衡常数”; (2) 正、逆反应的活化能; (3) 反应热;
(4) 若反应开始时只有 A,pA,0=105Pa,求总压达 1.5×105Pa 时所需时间(可忽略逆反应)。
8.有一反应,其速率正比于反应物浓度和一催化剂浓度。因催化剂浓度在反应过程中不变, 故表现为一级反应。某温度下,当催化剂浓度为 0.01 mol·dm-3 时,其速率常数为 5.8×10-6 s-1。 试问其真正的二级反应速率常数是多少?如果催化剂浓度为 0. 10 mol·dm-3,表现为一级反应
4. 固体 CO2 的饱和蒸汽压在 -103℃ 时等于 10.226kPa,在 -78.5℃ 时等于 101.325 kPa,求: (1)CO2 的升华热;(2)在 -90℃ 时 CO2 的饱和蒸汽压。
5. 设你体重为 50kg,穿一双冰鞋立于冰上,冰鞋面积为 2cm3,问温度需低于摄氏零下几 度,才使冰不熔化?已知冰的 ΔfusHm = 333.4kJ·kg-1,水的密度为 1000 kg·m3,冰的密度为 900kg·m3。
(2) 1mol 水在 100℃恒 温下于真 空容器中 全部蒸发 为蒸气, 而且蒸气 的压力恰 好为
压缩机热力学计算
2 热力学计算2.1 初步确定各级排气压力和排气温度2.1.1 初步确定各级压力本课题所设计的压缩机为单级压缩 则: 吸气压力:P s =0.1Mpa排气压力:P d =0.8Mpa多级压缩过程中,常取各级压力比相等,这样各级消耗的功相等,而压缩机的总耗功也最小。
各级压力比按下式确定。
i ε=(2-1) 式中: i ε—任意级的压力比; t ε—总压力比;z —级数。
总压力比:t ε= 0.8/0.1=8各级压力比:83.28==εi压缩机可能要在超过规定的排气压力值下工作,或者所用的调解方式(如余隙容积调节和部分行程调节)要引起末级压力比上升而造成末级气缸温度过高,末级压力比值取得较低,可按下式选取:Z =εεt i)75.0~9.0( (2-2)则各级压力比:ε2=2.12~2.55=2.5 ε1=3.2各级名义进、排气压力及压力比已经调整后列表如下表2-1 各级名义进、排气压力及压力比级数 名义进气压力 p 1(MPa )名义排气压力 p 2(Mpa ) 名义压力比ε Ⅰ 0.1 0.32 3.2 Ⅱ0.320.82.52.1.2 初步确定各级排气温度各级排气温度按下式计算:1n nd s iT T ε-= (2-3)式中:T d —级的排气温度,K ; T s —级的吸气温度,K ;n —压缩过程指数。
在实际压缩机中,压缩过程指数可按以下经验数据选取。
对于大、中型压缩机:n k =对于微、小型空气压缩机:(0.9~0.98)n k =空气绝热指数k =1.4,则(0.9~0.98)(1.26~1.372)n k ==,取n =1.30 各级名义排气温度计算结果列表如下。
一级的吸气温度T s1=210C+273=294(K ) 一级的排气温度T d1==X =-2.323.0113.111294εT s 382(K)二级的吸气温度T s2=400C+273=313(K )二级的排气温度:=X =-5.223.0113.122313εT s 471(K)=386(K)表2-2 各级排气温度级数 名义吸气温度T 1压缩过程指数n nn 1-')(ε名义排气温度T 2 ℃ K ℃ K Ⅰ 21 294 1.30 1.31 130 382 Ⅱ 403131.301.3131.233862.2 确定各级的进、排气系数2.2.1 计算容积系数v λ容积系数是由于气缸存在余隙容积,使气缸工作容积的部分容积被膨胀气体占据,而对气缸容积利用率产生的影响。
蒸汽压缩式制冷循环原理图及计算(带例题)
蒸汽压缩式制冷循环原理图及计算(带例题)1、单级蒸汽压缩式制冷系统的组成压缩机:制冷系统的“心脏”,压缩和输送制冷剂蒸气。
冷凝器:输出热量,冷却制冷剂。
节流阀:节流降压,并调节进入蒸发器的制冷剂流量。
蒸发器:吸收热量(输出冷量)从而制冷。
2、单级蒸汽压缩式制冷理论循环热力计算图上各线段代表循环的不同过程1-2:压缩机中的等熵(绝热)压缩过程。
2-3:冷凝器内的等压冷却、冷凝、过冷过程。
3-4:节流阀内的等焓节流过程。
4-1:蒸发器内的吸热等压气化过程。
1.制冷压缩机2.冷凝器3.蒸发器4.节流阀状态点的确定1点:Po等压线与x=1蒸气干饱和线交点2点:Pk等压线与s1等熵线交点3点:Pk等压线与x=0液态饱和线交点4点:Po等压线与h3等焓线交点3、单级蒸汽压缩式制冷理论循环热力计算(1)单位质量制冷量q0 kJ/kg q0=h1- h4(2)单位容积制冷量qv kJ/m3 qv= q0/v1=(h1-h4)/v1(3)单位质量耗功率w kJ/kg w=h2-h1(4)单位冷器热负荷qk kJ/kg qk= h2-h3(5)理论制冷系数ε ε=q0/w=(h1-h4)/ (h2-h1)(6)制冷剂质量流量qm kg/s qm =Q0/q0(7)压缩机的理论耗功率N= qm w= qm(h2-h1) kW(8)冷凝器总负荷Qk kW Qk = qm qk= qm(h2-h3)例题:某单级蒸汽压缩式制冷循环系统,设定总制冷量Q0=100Kw,在空调工况下工作。
采用R22作制冷剂时,试做理论循环的热力计算。
解:在空调工况下工作,蒸发温度t0=5℃,冷凝温度tk=40 ℃R22的压焓图得:计算结果4、工况变化对运行特性的影响压缩机的工况:决定循环的蒸发、冷凝温度、过冷度等。
工况参数对制冷工作的影响:制冷压缩机的制冷量,制冷压缩机的轴功率。
其他条件不变,供液过冷度、吸气过热度的影响有害过热:发生在蒸发器后的吸气管中的过热过程,装置的q0未增加,Q0和 下降。
热力学重点
饱和水(0℃~临界点374.14℃)
汽液平衡
饱和液体摩尔性质
饱和蒸汽摩尔性质
汽化潜热
温度
压力
V
U
H
S
V
U
H
S
绝热节流过程是等焓过程,△H=0。节流时存在摩擦阻力损耗,故节流过程是不可逆过程,节流后熵值一定增加。
流体节流时,由于压力变化而引起的温度变化称为节流效应,同一气体在不同状态下节流,μJ有可能为正、为负或为零。
2)绝热可逆膨胀
等熵膨胀过程。
任何气体在任何条件下,进行等熵膨胀,气体温度必定是降低的,总是得到制冷效应。
偏摩尔性质的含意:在保持T,P和{n}≠i不变的条件下,在体系中加入极少量的i组分dni,引起体系的某一容量性质的变化;
偏摩尔吉氏函数就是一种化学位;
以偏摩尔吉氏函数表示的相平衡关系,在一定的T,P条件下,有
用偏摩尔性质表达摩尔性质
对于纯物质,有
理想气体的有些性质,也有
用摩尔性质表达偏摩尔性质
摩尔性质与偏摩尔性质的另一个重要关系是Gibbs-Duhem方程
过热水蒸汽(某压力下,系统温度高于汽液平衡温度的蒸汽)
系统条件
摩尔性质
温度
压力
V
U
H
S
相同
增大
减小
减小
减小
减小
增大
相同
增大
增大
增大
增大
相同压力条件下,随着温度的升高,过热水蒸汽的V、U、H、S等摩尔性质增大;相同温度条件下,随着压力的升高,过热水蒸汽的V、U、H、S等摩尔性质减小。
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习题1:级的热力计算过程
例
已知汽轮机转速n=3000rpm,流过该级的蒸汽量G=16.67kg/s,某冲动级中级的平均直径d m=1.44m,级前蒸汽压力P0=0.098MPa,干度x0=0.99,流入该级的蒸汽初速C0=91.5m/s。
级的理想比焓降为Δh t=125.6kJ/kg,级的平均反动度Ωm=0.2,叶顶反动度Ωt=0.24,喷嘴出汽角α1=19º。
隔板汽封采用平齿汽封,汽封齿的平均直径d p=200mm,汽封间隙=0.5mm,齿数=2,动叶顶当量间隙=2mm,余速利用系数=0.85试求:
①进行喷管热力计算,确定喷管通流面积和叶高;
②进行动叶热力计算,确定动叶通流面积和高度;
③画出该级的进出口速度三角形;
④计算级的内效率和内功率;
⑤画出级的热力过程线。
解:根据已知条件求得:
级的圆周速度:
级前蒸汽初始动能:
级的滞止理想比焓降:
喷嘴的滞止理想比焓降:
动叶的理想比焓降:
由焓熵图可查得:级前滞止压力=0.1Mpa,喷嘴后压力=0.054MPa级前滞止焓=2656kJ/kg,级前滞止比体积,喷嘴出口理想比体积,级后
压力=0.044MPa。
1.喷嘴热力计算
等熵指数:
临界压比:
喷嘴压比:
因为<,可知汽流在喷嘴的斜切部分发生膨胀。
喷嘴临界压力:
由焓熵图可查得喷嘴临界状态参数:,
喷嘴出口汽流理想速度:
取喷嘴速度系数,则喷嘴出口汽流实际速度为
喷嘴临界速度:
因为喷嘴出口压力,喷嘴斜切部分中汽流产生膨胀,发生偏转,则喷嘴汽流出口角应为喷嘴出口角加上汽流偏转角,其正弦为
喷嘴出口汽流角:
根据之值可查得喷嘴流量系数
隔板漏气量:
流经喷嘴的流量:
喷嘴叶栅流通面积:
喷嘴叶片高度:
喷嘴损失:
喷嘴出口实际比焓值:
由焓熵图可查得喷嘴出口实际比体积:
2.动叶栅热力计算
图1-53 动叶进出口速度三角形
作动叶进口速度三角形,如上图。
由动叶进口速度三角形求动叶进口相对速度:
动叶进口汽流相对速度方向角:
动叶进口的能量:
由焓熵图可查得:动叶前滞止压力,动叶进口蒸汽干度,动叶后蒸汽理想比体积。
动叶的滞止理想比焓降:
等熵指数:
临界压力比:
动叶前后压力比:
因为动叶压力比>,蒸汽在动叶中为亚临界流动。
动叶出口汽流理想相对速度:
查得动叶速度系数,则动叶出口汽流实际相对速度:
动叶出口汽流相对速度方向角一般,取
由动叶出口速度三角形,动叶出口汽流绝对速度:
动叶出口汽流绝对速度方向角:
动叶栅损失:
动叶栅出口理想比焓:
动叶栅出口实际比焓:
由焓熵图可查得:动叶后蒸汽实际比体积。
动叶栅进口高度:
动叶叶顶漏气量:
查得动叶流量系数,则动叶栅出口面积:动叶出口高度:
>,则的选择符合要求。
余速动能:
动叶进出口速度三角形如图1-53所示。
3.级的轮周效率和轮周功率
用轮周有效焓降计算轮周功为
通过速度三角形计算轮周功:
与基本符合,计算正确性符合要求。
级的轮周效率:
4.计算级内各项损失
叶高损失:
(单列级,包括扇形损失,所以取a=1.6)
叶轮摩擦损失:
隔板漏气损失:
叶顶漏气损失:
湿气损失(取平均干度):
5.级的内功率和内效率级内有效焓降:
级的热力过程线如下图。