热力学课后习题02答案

第2章 热力学第一定律

2-1 定量工质，经历了下表所列的4个过程组成的循环，根据热力学第一定律和状态参数的特性填充表中空缺的数据。

过程 Q/ kJ W/ kJ

△U/ kJ

1-2 0 100 -100

2-3

-110

80 -190

3-4 300 90 210 4-1 20 -60

80

2-2 一闭口系统从状态1沿过程123到状态3，对外放出47.5 kJ 的热量，对外作功为

30 kJ ，如图2-11所示。

（1） 若沿途径143变化时，系统对外作功为6 kJ ，求过程中系统与外界交换的热量； （2） 若系统由状态3沿351途径到达状态1，外界对系统作功为15 kJ ，求该过程与外界

交换的热量；

（3） 若U 2=175 kJ ，U 3=87.5 kJ ，求过程2-3传递的热量，及状态1的热力学能U 1。

图2-11 习题2-2

解：（1）根据闭口系能量方程，从状态1沿途径123变化到状态3时，12313123Q U W −=∆+，

得1347.5kJ 30kJ 77.5kJ U −∆=−−=−

从状态1沿途径143变化到状态3时，热力学能变化量13U −∆保持不变，由闭口系能量方程14313143Q U W −=∆+，得14377.5kJ 6kJ 71.5kJ Q =−+=−，即过程中系统向外界放热71.5kJ

（2）从状态3变化到状态1时，()31133113U U U U U U −−∆=−=−−=−∆，由闭口系能量方程35131351Q U W −=∆+，得35177.5kJ 15kJ 62.5kJ Q =−=，即过程中系统从外界吸热92.5kJ

（3）从状态2变化到状态3体积不变，3

23232323232

Q U W U pdV U −−−=∆+=∆+=∆∫

，

因此23233287.5kJ 175kJ 87.5kJ Q U U U −=∆=−=−=−

由1331187.577.5kJ U U U U −∆=−=−=−，得1165kJ U =

2-3 某电站锅炉省煤器每小时把670t 水从230℃加热到330℃，每小时流过省煤器的烟气的量为710t ，烟气流经省煤器后的温度为310℃，已知水的质量定压热容为 4.1868 kJ/(kg ·K)，烟气的质量定压热容为1.034 kJ/(kg ·K)，求烟气流经省煤器前的温度。 解：设烟气流经省煤器前的温度为t ℃，对省煤器列能量平衡方程：

c m t c m t ∆=∆水水水烟烟烟，4.1868670(330230) 1.034710(310)t ××−=××−

m

2-7 某实验室用如图2-12的电加热装置来测量空气的质量流量。已知加热前后空气的温度分别为t 1=20℃，t 2=25.5℃，电加热器的功率为800W 。假设空气的平均定压质量比热容为c pm =1.005kJ/（kg ·K ），试求每分钟空气的质量流量。

图2-12 习题2-7

解：列能量平衡方程，()3

1.0051025.52080060

m

q ××

×−=

2-9 某发电厂一台发电机的功率为25 000kW ，燃用发热量为27 800kJ/kg 的煤，该发电

机组的效率32%。求：（1）该机组每昼夜消耗多少吨煤？（2）每发一度电要消耗多少千克煤（1度电=1kW •h=3 600kJ ）？ 解：（1）煤消耗量为

25000kW

2.81kg/s 242.8t/d 27800kJ/kg 32%

==×，即每昼夜消耗煤242.8吨

（2）每发一度电消耗煤为

3600kJ

0.4047kg

27800kJ/kg32%

=

×

，即发一度电要消耗发热量

为27800kJ/kg的煤404.7克

2-10 某机组汽轮机高压缸进口蒸汽的焓值为3461kJ/kg，出口焓为3073kJ/kg，蒸汽流量为380t/h，求该汽轮机高压缸产生的功率。

解：汽轮机高压缸产生的功率为：

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空气的质量定压热容分别为5.204 kJ/(kg·K)、4.1868 kJ/(kg·K)和1.004 kJ/(kg·K)。