热工基础第二版_课后答案(全)_张学学

第二童

思考题

绝热刚性容器，中间用隔板分为两部分，左边盛有空气，右边为真空，抽掉隔板，空气将充满

整个容器。问：⑴空气的热力学能如何变化？（2）空气是否作出了功？（3）能否在坐标图上表示此过程？为什么？

答：（1）空气向真空的绝热自由膨胀过程的热力学能不变。

（2）空气对外不做功。

（3）不能在坐标图上表示此过程，因为不是准静态过程。

2.下列说法是否正确？

（1）气体膨胀时一泄对外作功。

错，比如气体向真空中的绝热自由膨胀，对外不作功。

（2）气体被压缩时一泄消耗外功。

对，因为根据热力学第二泄律，气体是不可能自压缩的，要想压缩体积，必须借助于外功。

（3）气体膨胀时必须对其加热。

错，比如气体向真空中的绝热自由膨胀，不用对其加热。

（4）气体边膨胀边放热是可能的。

对，比如多变过程，当n大于k时，可以实现边膨胀边放热。

（5）气体边被压缩边吸入热量是不可能的。

错，比如多变过程，当n大于k时，可以实现边压缩边吸热。

（6）对工质加热，其温度反而降低，这种情况不可能。

错，比如多变过程，当n大于1,小于k时，可实现对工质加热，英温度反而降低。

4.“任何没有体积变化的过程就一左不对外作功”的说法是否正确？

答：不正确，因为外功的含义很广，比如电磁功、表面力功等等，如果只考虑体枳功的话, 那么没有体积变化的过程就一定不对外作功。

5.试比较图2-6所示的过程1-2与过程l-a-2中下列各

量的大小:⑴ % 与％; （2） AL//2与他2；⑶

图2-6思考题4附图Qjj Qla2

答：(1)W⑷大。

(2)—样大。

(3)Q/c2 大。

6.说明下列各式的应用条件:

闭口系的一切过程

闭口系统的准静态过程

(3)q = Aw + (/?2v2 - )

开口系统的稳泄流动过程，并且轴功为零

(4)q =/?(v2 - )

开口系统的稳左左压流动过程，并且轴功为零：或者闭口系统的定压过程。

7.膨胀功、轴功、技术功、流动功之间有何区别与联系？流动功的大小与过程特性有无关

答：膨胀功是系统由于体积变化对外所作的功；轴功是指工质流经热力设备(开口系统)时, 热力设备与外界交换的机械功，由于这个机械功通常是通过转动的轴输入、输出，所以工程上习惯成为轴功；而技术功不仅包括轴功，还包括工质在流动过程中机械能(宏观动能和势能)的变化：流动功又称为推进功，1kg工质的流动功等于其压力和比容的乘积，它是工质在流动中向前方传递的功，只有在工质的流动过程中才出现。对于有工质组成的简单可压缩系统，工质在稳泄流动过程中所作的膨胀功包括三部分，一部分消耗于维持工质进出开口系统时的流动功的代数和，一部分用于增加工质的宏观动能和势能，最后一部分是作为热力设备的轴功。对于稳立流动，工质的技术功等于膨胀功与流动功差值的代数和。如果工质进、岀热力设备的宏观动能和势能变化很小，可忽略不计，则技术功等于轴功。

2-1 解：W = 2-At； = 50-80 =-30A:J ,所以是压缩过程

2-2 解：vv w;=(2«5~Q^ =2000 + 650-1200 = \450kJ

2-3 解：△U = 0 = 2xlO'x36OO =7.2xlO&J/力

2—4解：状态b和状态a之间的能之差为：

\U ab =U h-U a=Q-W = \00-40=60kJ

所以，a-d-b过程中工质与外界交换的热量为：

0宀=皿+W =60 + 20 = 80灯

工质沿曲线从b返回初态a时，工质与外界交换的热量为：

Q—=匕一匕 + W = -\U ob + W = -60 - 30 = —90kJ

根据题中给左的a点能值，可知b点的能值为60kJ,所以有：

MJ 赵=u b~u d =60 - 40 = 20灯

由于d-b过程为定容过程，系统不对外作功，所以d-b过程与外界交换的热量为：

Q“b=Ud_Ub=5=20kJ

所以a-d-b过程系统对外作的功也就是a-d过程系统对外作的功，故a-d过程系统与外界交换的热量为：

Qa-d = S -S -W- = △几-W— =40-(-20) = SkJ

2-5

2-5 解：由于汽化过程是左温、左压过程，系统焰的变化就等于系统从外界吸收的热量, 即汽化潜热，所以有：

Mi = q = 2257kJ/kg

能的变化为：

△ u = A/? - A( /?v) = A/J - /?(v2 - Vj)

=2257 +1.01xl02 x(0.001-l .674) = 208弘丿 / kg

2-6 解：选取气缸中的空气作为研究的热力学系统，系统的初压为:

〃 =p + = 1.028x 105 +

195x9 = 2.939x 1O 5

P« A lOOxlO-4 当去掉一部分负载，系统重新达到平衡状态时，英终压为：

］儿== 1.028 x 105 +

95X 9，S 4 =1.959X 105P6/ 2 & A lOOxlO^

由于气体通过气缸壁可与外界充分换热，所以系统的初温和终温相等，都等于环境温度 即：

根据理想气体的状态方程可得到系统的终态体积，为:

V _ 2.939X 10>X 100X 10-4X 10X 10-2

v 2 = ----- 一

Pi 所以活塞上升的距离为:

_ 匕-叫 _ 1.526x10700x10x10"

A 100 x IO'4 由于理想气体的能是温度的函数，而系统初温和终温相同，故此过程中系统的能变化为 零，同时此过程可看作泄压膨胀过程，所以气体与外界交换的热量为：

0 = w = “2A △厶=1 959 X 105 xlOO X IO -4

x 0.05 26 = 103.04J 2-8解：压缩过程中每千克空气所作的压缩功为：

vv = A M = 一50-146.5= -196・5L//kg

忽略气体进岀口宏观动能和势能的变化，则有轴功等于技术功，所以生产每kg 压缩空 气所需的轴功为：

叫一△〃 =-50-146・5 -(0・8 x 0.175 - 0.1 x0.845) x 10’ =-252制/kg

所以带动此压气机所需的功率至少为：

一_怛也42阳

60

2-9 解：是否要用外加取暖设备，要看室热源产生的热量是否大于通过墙壁和门窗传给外 界的

热量，室热源每小时产生的热量为：

什訓=(50000 +50 xl00)x 3600=1.98 x\O 5

kJ

小于通过墙壁和门窗传给外界的热虽:为3xlO 5kJ,所以必须外加取暧设备，供热量为: 0 = 3xlO 5 -1.98 x10s = 1.02 xlO 5

^J//? 2-10解：取容器的气体作为研究的热力学系统，根据系统的状态方程可得到系统终态体积 = 1.526x1 Of

1.959x10s =0.05 26m = 5.26 cm