工程热力学

工程热力学

一、

第一定律

1、一闭口系统经历了一个由四个过程组成的循环，试填充表中所缺数据。 Q=W+ΔU

过程

热量Q （KJ ） 膨胀功 W(KJ)

内能变化 ΔU （KJ ）

1—2 1000 0 1000 2—3 0 200 -200 3—4

-750

-750

4—1 0 0 0

2、四种功的关系，及做功来源

做功根源：△ c 2/2，g △z ，w s ，△(pv)

二、理想气体

1、容积 V =0.5m 3 的空气初压 p1=0.3MPa ，初温t1 =150℃，经可逆多变膨胀过程到终态p2 =0.08MPa ， t2 =20℃，求：过程中热力学能、焓及熵的变化量.（空气作为理想气体，其比热容可取定值，气体常数 =287J/(kg.K)； =1005 J/(kg.K)）

1、解：

q u w =∆+t

()t

q h w u pv w =∆+=∆+∆+2

t 1

2s

w c g z w

=∆+∆+()t

w pv w

=∆+

kg

J/(kg.K)

kJ

kJ

J

2、有5kg的空气，初态时T 1 =477K,P 1

=0.32Mpa，经可逆定容加热，终温T 2 =600K.

设空气为理想气体，求过程功及过程热量（Rg =287J/( kg·K)，=1.005 k

J/( kg·K)）

2、kJ

kJ

kJ/K

定容加热，过程功为 0 ，过程热量kJ

三、第二定律

1、有人声称已设计成功一种热工设备,不消耗外

功,可将65 ℃的热水中的20%提高到95 ℃,而其余80%的65 ℃的热水则降到环境温度15 ℃,分析是否可能? 若能实现,则65 ℃热水变成95 ℃水的极限比率为多少?已知水的比热容为4.1868kJ/kg.K

1、解：热一律, 热平衡，设有1kg 65 ℃的热水

m kg 从65 ℃提高到95 ℃, 吸热

(1-m )kg 从65 ℃降低到15 ℃, 放热

热二律 取孤立系

解得

368.15288.15

ln (1)ln

338.15338.15

cm c m =+-[]

(9565)(1)(1565)288.15

cm c m --+--+

iso mkg (1-m)kg 0

S S S S ∆=∆+∆+∆=环境iso mkg (1-m)kg S S S S ∆=∆+∆+∆环境

=0.6249m =

2、某循环在700K 的热源及400K 的冷源之间工作，如图示。试用克劳修斯不等式判断是热机循环还是制冷循环？可逆循环还是不可逆循环？

2、解：由热力学第一定律，无论是热机循环还是制冷循环，无论可逆与否，都有： ⎰⎰=W

Q δδ 即

W

Q Q =-21

kJ W Q Q 140004000100002

1=+=+=

用克劳修斯不等式判断： 如

果

是

热

机循环0/10400

4000

700140002211<-=+-=+-=

⎰K kJ T Q T Q T

Q

r

δ

0/10400

4000700140002211>=-=-+=

⎰K kJ T Q T Q T

Q

r

δ 不可能

如果是制冷循环 可能

根据克劳修斯不等式0<⎰r

T

Q

δ，为不可逆循环，所以此循环是一不可逆的制冷循环。

四、水蒸汽

1、人体热量的消耗率通常为356kJ/h，在作激烈运动时则达628kJ/h。在热天皮肤经由汗的蒸发来散热，若汗的蒸发在定压且与皮肤相同温度(27℃)下进行，问运动时多余热量需每小时蒸发多少汗才能排出？(已知：t=26℃：h '=108.95 kJ/kg、h "=2548.6 kJ/kg ；t =28℃：h '=117.31 kJ/kg、h "=2552.3 kJ/kg)

1、

t=27 ℃时

kJ/kg

kJ/kg

kg

2、水蒸汽郎肯循环的新蒸汽压力为100bar ，排气压力为0.04bar ，新蒸汽温度为350 ℃，蒸汽轮机的内效率为0.8 ，对于 1 kg 工质求：１）理论循环中汽轮机和给水泵的技术功

２）理论循环中吸热量、放热量和热效率

３）若考虑汽轮机内的不可逆绝热过程，忽略泵耗功，求出实际出口蒸汽的干度、实际出口焓。

2、已知： h 1 =3450 kJ/kg s 1 =6.695 kJ/(kg ﹒ K) s2=s1

kJ

kJ

kJ

汽轮机和给水泵的技术功：

汽轮机：kJ/kg

给水泵：kJ/kg

吸热量：kJ/kg 放热量：kJ/kg 热效率：

实际循环：kJ/kg

kJ/kg