工程热力学例题答案解
工程热力学习题集(含答案)
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o o
【解】 (1) 若任意温度在牛顿温标下的读数为 TN,而热力学温标上的读数为 T,则:
T / o N − 100 200 − 100 = N 373.15 − 273.15 T/K − 273.15
即
T/K =
故
373.15 − 273.15 (TN / o N − 100) + 273.15 200 − 100
例 2.5 图
5
【解】 以例 2.5 图中入口、开口和开口系组成的闭口系为研究对象,其能量方程为
q = Δu + w = Δu + ∫ pdv = Δ (u + pv ) − ∫ vdp = Δh + wt
2 2 1 1
(a)
以例 2.5 图中虚线包围的开口系为研究对象,其稳定工况的能量和质量方程分别为
⎧ pg,A = pI − p0 ⎪ ⎨ pg,B = pI − pII ⎪p = p − p II 0 ⎩ g,C
解得
⎧ pg,C = pg,A − pg, B = 190kPa ⎪ ⎨ pI = pg,A + p0 = 362.3kPa ⎪ p = p + p = 192.3kpa g,C 0 ⎩ II
(
2
) 中的常数 A、B 的数值。
10 = R0 ⎧ ⎪ 4 ⎨ 14.247 = R0 (1 + 100A + 10 B) ⎪27.887 = R (1 + 446A + 1.989 × 105 B) 0 ⎩
联立求解,可得:
R0 = 10Ω A = 4.32 ×10−3 1/ ℃ B = −6.83 ×10−7 1/ ℃
2 ⎞ ⎛ ⎞ c12 c2 -W +⎛ ⎜ ⎟ ⎜ ⎟ 2 = 0 Q h + + gz m h + + gz - sh 1 1 1 2 2 ⎜ ⎟ ⎜ ⎟m 2 2 ⎝ ⎠ ⎝ ⎠ 1 − m 2 = 0 m
(完整版)工程热力学习题册有部分答案
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第一篇工程热力学第一章基本概念及气体的基本性质第二章热力学第一定律一、选择题3、已知当地大气压P b , 真空表读数为Pv , 则绝对压力P 为(a )。
(a) P=P b -Pv (b )P=Pv -P b (c )P=P b +Pv4、.若已知工质的绝对压力P=0.18MPa,环境压力Pa=0.1MPa,则测得的压差为( b )A.真空p v=0.08MpaB.表压力p g=0.08MPaC.真空p v=0.28MpaD.表压力p g=0.28MPa5、绝对压力p, 真空pv,环境压力Pa间的关系为( d )A.p+pv+pa=0B.p+pa-pv=0C.p-pa-pv=0D.pa-pv-p=06、气体常量R( d )A.与气体种类有关,与状态无关B.与状态有关,与气体种类无关C.与气体种类和状态均有关D.与气体种类和状态均无关7、适用于( c )(a) 稳流开口系统(b) 闭口系统(c) 任意系统(d) 非稳流开口系统8、某系统经过一个任意不可逆过程达到另一状态,表达式(c )正确。
(a) ds >δq/T (b )ds <δq/T (c )ds=δq/T9、理想气体1kg 经历一不可逆过程,对外做功20kJ 放热20kJ ,则气体温度变化为(b )。
(a) 提高(b )下降(c )不变10、平衡过程是可逆过程的(b )条件。
(a) 充分(b )必要(c )充要11、热能转变为机械能的唯一途径是通过工质的( a )(a) 膨胀(b) 压缩(c) 凝结(d) 加热13、经历一不可逆循环过程,系统的熵( d )(a) 增大(b )减小(c)不变(d )可能增大,也可能减小14、能量方程适用于( d )(a) 只要是稳定流动,不管是否为可逆过程(b)非稳定流动,可逆过程(c) 非稳定流动,不可逆过程(d) 任意流动,任意过程15、理想气体可逆绝热过程中的技术功等于(a )(a) -△ h (b )u 1 -u 2 (c )h 2 -h 1 (d )-△ u16、可以通过测量直接得到数值的状态参数( c )(a) 焓(b) 热力学能(c) 温度(d) 熵18、若从某一初态经可逆与不可逆两条途径到达同一终态,则不可逆途径的△S 必( b )可逆过程△S。
工程热力学习题附答案解析
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工程热力学习题集一、填空题1.能源按使用程度和技术可分为能源和能源。
2.孤立系是与外界无任何和交换的热力系。
3.单位质量的广延量参数具有参数的性质,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=,那么容器内的绝对压力为。
5.只有过程且过程中无任何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、和。
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、水蒸气含量越,湿空气越潮湿。
〔填高、低和多、少〕8.克劳修斯积分/Q T δ⎰为可逆循环。
9.熵流是由引起的。
10.多原子理想气体的定值比热容V c =。
11.能源按其有无加工、转换可分为能源和能源。
12.绝热系是与外界无交换的热力系。
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=,那么容器内的绝对压力为。
15.如果系统完成某一热力过程后,再沿原来路径逆向进展时,能使都返回原来状态而不留下任何变化,那么这一过程称为可逆过程。
16.卡诺循环是由两个和两个过程所构成。
17.相对湿度越,湿空气越枯燥,吸收水分的能力越。
〔填大、小〕18.克劳修斯积分/Q T δ⎰为不可逆循环。
19.熵产是由引起的。
20.双原子理想气体的定值比热容p c =。
21、根本热力学状态参数有:〔〕、〔 〕、〔〕。
22、理想气体的热力学能是温度的〔〕函数。
23、热力平衡的充要条件是:〔〕。
24、不可逆绝热过程中,由于不可逆因素导致的熵增量,叫做〔〕。
25、卡诺循环由〔〕热力学过程组成。
26、熵增原理指出了热力过程进展的〔〕、〔〕、〔〕。
31.当热力系与外界既没有能量交换也没有物质交换时,该热力系为_______。
工程热力学 例题
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工程热力学例题例题1题目:有一用隔板分开的刚性容器,两边盛有压力不同的气体,为测量压力,共装有A、B、C压力表。
A表读数为4bar,B表读数为1.5bar,大气压力为1bar,求C表读数。
解答:依题意,有以下公式:pg,B=pI−pII ext{p}_{g,B} = p_I - p_{II}pg,B=pI−pIIpg,C=pI−pb ext{p}_{g,C} = p_I - p_bpg,C=pI−pbpg,A=pII−pb ext{p}_{g,A} = p_{II} - p_bpg,A=pII−pb可以推导出:pg,C=pg,A+pg,B ext{p}_{g,C} = ext{p}_{g,A} + ext{p}_{g,B}pg,C =pg,A+pg,B将已知数值代入公式:pg,C=4+1.5=5.5bar ext{p}_{g,C} = 4 + 1.5 = 5.5 ext{bar}pg,C=4+1.5=5.5bar注意,该结果为表压,若需要转换为绝对压力,应加上大气压力1bar。
但题目中只要求求C表读数,因此答案即为5.5bar。
例题2题目:定义一种新的线性温度标尺——牛顿温标(单位为牛顿度,符号为N),水的冰点和汽点分别为100N和200N。
试导出牛顿温标TN与热力学温标T的关系式,并求热力学温度为0K时,牛顿温度是多少。
解答:(1)若任意温度在牛顿温标上的读数为TN,而在热力学温标上的读数为T,则:TN−100200−100=T/K−273.15373.15−273.15\frac{ ext{T}_N - 100}{200 - 100} = \frac{T/ ext{K} - 273.15}{373.15 - 273.15}200−100TN−100=373.15−273.15T/K−273.15整理后得到:T/K=TN/N+173.15T/ ext{K} = ext{T}_N/ ext{N} + 173.15T/K=TN /N+173.15(2)当T=0K时,代入上式得:TN=−173.15N ext{T}_N = -173.15 ext{N}TN=−173.15N例题3题目:一气缸活塞装置内的气体由初态(p1=0.3MPa,V1=0.1m³)缓慢膨胀到末态(V2=0.2m³),若过程中压力和体积间的关系为npV=常数,试分别求出n=1.5,n=1.0和n=0时的膨胀功。
郑大工程热力学例题答案
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例1.1:已知甲醇合成塔上压力表的读数150kgf/cm 2,这时车间内气压计上的读数为780mmHg 。
试求合成塔内绝对压力等于多少kPa ? 14819kPa例1.2:在通风机吸气管上用U 型管压力计测出的压力为300mmH 2O ,这时气压计上的读数750mmHg 。
试:(1)求吸气管内气体的绝对压力等于多少kPa ? 103kPa(2)若吸气管内的气体压力不变,而大气压下降至735mmHg ,这时U 型管压力计的读数等于多少?504mmH 2O例1.3:某容器被一刚性壁分成两部分,在容器的不同部位安装有压力计,如图所示。
压力表A 、C 位于大气环境中,B 位于室Ⅱ中。
设大气压力为97KPa :(1)若压力表B 、表C 的读数分别为75kPa 、0.11MPa ,试确定压力表A 上的读数及容器两部分内气体的绝对压力;p A =35kPa , p Ⅰ=207kPa , p Ⅱ=132kPa(2)若表C 为真空计,读数为24kPa ,压力表B 的读数为36kPa ,试问表A 是什么表?读数是多少? A 为真空计,且p A =60kPa例1.4:判断下列过程中哪些是①可逆的②不可逆的③不确定是否可逆的,并扼要说明不可逆的原因。
(1)对刚性容器内的水加热,使其在恒温下蒸发;是不确定的。
(2)对刚性容器内的水作功,使其在恒温下蒸发;是不可逆的。
(3)对刚性容器中的空气缓慢加热。
使其从50℃升温到100℃。
是不确定的。
(4)一定质量的空气,在无摩擦、不导热的汽缸和活塞中被缓慢压缩。
是可逆的。
(5)50℃的水流与25℃的水流绝热混合。
是不可逆的。
例2.1:如图所示,某种气体工质从状态1(p 1、V 1)可逆地膨胀到状态2(p 2、V 2)。
膨胀过程中:(a )工质的压力服从p=a-bV ,其中a 、b 为常数;(b )工质的pV 值保持恒定为p 1V 1试:分别求两过程中气体的膨胀功。
答案:(a )()()2221212b W a V V V V =---;(b )2111ln V W p V V =例2.2:如图所示,一定量气体在气缸内体积由0.9m 3可逆地膨胀到1.4m 3,过程中气体压力保持定值,且p=0.2MPa ,若在此过程中气体内能增加12000J ,试求:(1)求此过程中气体吸入或放出的热量;112000J(2)若活塞质量为20kg ,且初始时活塞静止,求终态时活塞的速度(已知环境压力p 0=0.1Mpa )。
工程热力学习题附答案解析
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工程热力学习题集一、填空题1.能源按使用程度和技术可分为能源和能源。
2.孤立系是与外界无任和交换的热力系。
3.单位质量的广延量参数具有参数的性质,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=,则容器的绝对压力为。
5.只有过程且过程中无任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、和。
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、水蒸气含量越,湿空气越潮湿。
(填高、低和多、少)8.克劳修斯积分/Q T δ⎰为可逆循环。
9.熵流是由引起的。
10.多原子理想气体的定值比热容V c =。
11.能源按其有无加工、转换可分为能源和能源。
12.绝热系是与外界无交换的热力系。
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=,则容器的绝对压力为。
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,能使都返回原来状态而不留下任变化,则这一过程称为可逆过程。
16.卡诺循环是由两个和两个过程所构成。
17.相对湿度越,湿空气越干燥,吸收水分的能力越。
(填大、小)18.克劳修斯积分/Q T δ⎰为不可逆循环。
19.熵产是由引起的。
20.双原子理想气体的定值比热容p c =。
21、基本热力学状态参数有:()、( )、()。
22、理想气体的热力学能是温度的()函数。
23、热力平衡的充要条件是:()。
24、不可逆绝热过程中,由于不可逆因素导致的熵增量,叫做()。
25、卡诺循环由()热力学过程组成。
26、熵增原理指出了热力过程进行的()、()、()。
31.当热力系与外界既没有能量交换也没有物质交换时,该热力系为_______。
32.在国际单位制中温度的单位是_______。
工程热力学课后题答案
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工程热力学习题解答工程热力学习题解答第1章 基本概念基本概念1-1体积为2L 的气瓶内盛有氧气2.858g,求氧气的比体积、密度和重度。
解:氧气的比体积为3310858.2102−−××==m V v =0.6998 m 3/kg密度为vm V 110210858.233=××==−−ρ=1.429 kg/m 3重度80665.9429.1×==g ργ=14.01 N/m 31-2某容器被一刚性器壁分为两部分,在容器的不同部分安装了测压计,如图所示。
压力表A 的读数为0.125MPa,压力表B 的读数为0.190 MPa,如果大气压力为0.098 MPa,试确定容器两部分气体的绝对压力可各为多少?表C 是压力表还是真空表?表C的读数应是多少?解:设表A、B、C 读出的绝对压力分别为A p 、B p 和C p 。
则根据题意,有容器左侧的绝对压力为=+=+==125.0098.0gA b A p p p p 左0.223 MPa 又∵容器左侧的绝对压力为gB C B p p p p +==左 ∴033.0190.0223.0gB C =−=−=p p p 左 MPa<b p∴表C 是真空表,其读数为033.0098.0C b vC −=−=p p p =0.065 MPa 则容器右侧的绝对压力为=−=−=065.0098.0vC b p p p 右0.033 MPa1-3上题中,若表A 为真空表,其读数为24.0kPa,表B 的读数为0.036 MPa,试确定表C 的读数。
解:则根据题意,有容器左侧的绝对压力为=−=−==024.0098.0vA b A p p p p 左0.074 MPa 若表B 为压力表,则容器左侧的绝对压力为gB C B p p p p +==左 ∴038.0036.0074.0gB C =−=−=p p p 左 MPa<b p∴表C 是真空表,其读数为038.0098.0C b vC −=−=p p p =0.060 MPa 则容器右侧的绝对压力为=−=−=060.0098.0vC b p p p 右0.038 MPa 若表B 为真空表,则容器左侧的绝对压力为vB C B p p p p −==左习题1-2图∴110.0036.0074.0vB C =+=+=p p p 左 MPa>b p∴表C 是压力表,其读数为098.0110.0b C gC −=−=p p p =0.012 MPa1-4由于水银蒸气对人体组织有害,所以在水银柱面上常注入一段水,以防止水银蒸气发生。
工程热力学课后题答案
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习题及部分解答第一篇 工程热力学 第一章 基本概念1. 指出下列各物理量中哪些是状态量,哪些是过程量: 答:压力,温度,位能,热能,热量,功量,密度。
2. 指出下列物理量中哪些是强度量:答:体积,速度,比体积,位能,热能,热量,功量,密度。
3.用水银差压计测量容器中气体的压力,为防止有毒的水银蒸汽产生,在水银柱上加一段水。
若水柱高mm 200,水银柱高mm 800,如图2-26所示。
已知大气压力为mm 735Hg ,试求容器中气体的绝对压力为多少kPa ?解:根据压力单位换算kPap p p p kPaPa p kPap Hg O H b Hg O H 6.206)6.106961.1(0.98)(6.10610006.132.133800.96.110961.180665.92002253=++=++==⨯=⨯==⨯=⨯=4.锅炉烟道中的烟气常用上部开口的斜管测量,如图2-27所示。
若已知斜管倾角 30=α,压力计中使用3/8.0cm g =ρ的煤油,斜管液体长度mm L 200=,当地大气压力MPa p b 1.0=,求烟气的绝对压力(用MPa 表示)解:MPaPa g L p 6108.7848.7845.081.98.0200sin -⨯==⨯⨯⨯==αρMPa p p p v b 0992.0108.7841.06=⨯-=-=-5.一容器被刚性壁分成两部分,并在各部装有测压表计,如图2-28所示,其中C 为压力表,读数为kPa 110,B 为真空表,读数为kPa 45。
若当地大气压kPa p b 97=,求压力表A 的读数(用kPa表示)kPa p gA 155=6. 试述按下列三种方式去系统时,系统与外界见换的能量形式是什么。
(1).取水为系统;(2).取电阻丝、容器和水为系统; (3).取图中虚线内空间为系统。
答案略。
7.某电厂汽轮机进出处的蒸汽用压力表测量,起读数为MPa 4.13;冷凝器内的蒸汽压力用真空表测量,其读数为mmHg 706。
工程热力学考试和答案
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工程热力学考试和答案一、选择题(每题2分,共20分)1. 热力学第一定律的数学表达式为:A. ΔU = Q + WB. ΔH = Q + WC. ΔG = Q + WD. ΔS = Q/T + W/T答案:A2. 理想气体的内能仅与下列哪个因素有关?A. 体积B. 压力C. 温度D. 质量答案:C3. 在绝热过程中,下列哪项是恒定的?A. 焓B. 熵C. 内能D. 温度答案:B4. 卡诺循环的效率与下列哪个因素有关?A. 工作介质B. 循环类型C. 热源温度D. 热汇温度答案:C5. 理想气体的比热容在下列哪种情况下是恒定的?A. 等压过程B. 等容过程C. 绝热过程D. 等熵过程答案:D6. 根据热力学第二定律,下列哪项是正确的?A. 热量不能自发地从低温物体传向高温物体B. 熵总是减少的C. 热机的效率可以超过100%D. 任何过程都是可逆的答案:A7. 理想气体的绝热指数γ与下列哪个比值有关?A. Cp/CvC. R/CvD. R/Cp答案:A8. 理想气体的节流过程是:A. 等温过程B. 等压过程C. 等熵过程D. 等容过程答案:C9. 理想气体的混合过程中,下列哪项是守恒的?A. 内能B. 焓C. 熵答案:D10. 根据热力学第三定律,下列哪项是正确的?A. 绝对零度是可以达到的B. 绝对零度时,所有完美晶体的熵为零C. 绝对零度时,所有物质的内能为零D. 绝对零度时,所有物质的熵为零答案:B二、填空题(每题2分,共20分)11. 理想气体的比热容Cp和Cv之间的关系为:Cp = Cv + _______。
答案:R12. 理想气体的绝热指数γ定义为:γ = _______ / Cv。
答案:Cp13. 卡诺循环的效率η_Carnot = 1 - T_Cold / _______。
答案:T_Hot14. 理想气体的熵变ΔS可以通过公式ΔS = _______ / T计算。
答案:Q_Rev15. 理想气体的节流过程是 _______ 过程。
工程热力学习题及答案
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工程热力学习题及答案
工程热力学学习题及答案
热力学是工程学习中的重要一环,它涉及到能量转化、热力循环等方面的知识。
在学习热力学的过程中,我们常常会遇到各种各样的学习题,下面就来看一些
典型的热力学学习题及答案。
1. 问题:一个理想气体在等压过程中,从初始状态到终了状态,其内能增加了
多少?
答案:在等压过程中,内能的增加量等于热量的增加量,即ΔU = q。
因此,
内能增加量等于所吸收的热量。
2. 问题:一个气缸中的气体经历了一个等温过程,温度为300K,初始体积为
1m³,末了体积为2m³,求气体对外界所做的功。
答案:在等温过程中,气体对外界所做的功等于PΔV,即气体的压强乘以体
积的变化量。
因此,气体对外界所做的功为PΔV = nRTln(V₂/V₁)。
3. 问题:一个理想气体经历了一个绝热过程,初始温度为400K,初始体积为
1m³,末了体积为0.5m³,求末了温度。
答案:在绝热过程中,气体的内能保持不变,即ΔU = 0。
根据理想气体的状
态方程PV = nRT,我们可以得到P₁V₁^γ = P₂V₂^γ,其中γ为绝热指数。
利用这个关系式,可以求得末了温度。
通过以上几个典型的热力学学习题及答案,我们可以看到热力学知识的应用和
计算是非常重要的。
只有通过不断的练习和思考,我们才能更好地掌握热力学
的知识,为今后的工程实践打下坚实的基础。
希望大家在学习热力学的过程中
能够勤加练习,不断提高自己的能力。
《工程热力学》部分习题解答
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640
20
M 28.84 = 0.232 × = 0.209 M o2 32 M 28.84 rN 2 = g N 2 = 0.768 × = 0.791 M N2 28 RT 288.32 × 273 v0 = 0 = = 0.7768m 3 / kg p0 101325 1 1 ρ0 = = = 1.287 kg / m 3 v0 0.7768 ro2 = g o2
ww w.
第二章
kh da
w.
co
m
②按真实比热经验公式计算 由P 26表2 − 3和是空气的定压摩尔比 热与温度的关系为
Mc P = 28.106 + 1.9665 × 10 −3 T + 4.8023 × 10T 2 − 1.9661 × 10 −9 T 3
∴ Q = n ∫ Mc p dT = n ∫ [28.106 + 1.9665 × 10 −3 T + 4.8023 × 10T 2 − 1.9661 × 10 −9 T 3 ]dT
• • •
3 T ( V0 = p1V1 ⋅ 0 = 608 ×10 × 0.5 × 273 = 2.795 Nm 3 ) T1 p0 293 ×101325 由表查得氧的平均比热容:
网
cp cp
640 0 20 0
= 0.9978kJ / kg ⋅ K = 0.9166kJ / kg ⋅ K
→
案
2-19、(1) 理想气体状态方程 mRT mR0T 0.5 × 8314 × 373 p= = = = 19382012.5 Pa = 19.38MPa V MV 16 × 0.005 mRT 0.5 × 518.2 × 373 或p= = = 19328860Pa = 19.33MPa V 0.005
工程热力学习题及答案
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习题一刚性容器中贮有空气2kg,初态参数P 1=0.1MPa,T 1=293K,内装搅拌器,输入轴功率W S =0.2kW,而通过容器壁向环境放热速率为kW Q 1.0.= .求:工作1小时后由容器和外环境所构成地孤立系统地熵增.(已知空气定容比热为0.7175 kJ/kg.K,气体常数为0.287 kJ/kg.K )解:取刚性容器中空气为系统,由闭系能量方程:U Q W s ∆+=..经1小时,()12..36003600T T mC Q W v s -+= ()K mC Q W T T v 5447175.021.02.036002933600..12=⨯-+=⎪⎭⎫ ⎝⎛-+= 由定容过程:1212T T P P =, MPa T T P P 186.02935441.01212=⨯== 取以上系统及相关外界构成孤立系统:sur sys iso S S S ∆+∆=∆ K kJ T Q S sur /2287.12931.036000=⨯==∆ K kJ S iso /12.22287.18906.0=+=∆习题二压气机空气由P 1 = 100 kPa,T 1 = 400 K,定温压缩到终态P 2 = 1000 kPa,过程中实际消耗功比可逆定温压缩消耗轴功多25%.设环境温度为T 0 = 300 K.求:压缩每kg 气体地总熵变.(已知空气气体常数为0.287 kJ/kg.K )解:取压气机为控制体.按可逆定温压缩消耗轴功:kg kJ P P RT v v RT W SO /3.2641000100ln 400287.0ln ln 2112-=⨯=== 实际消耗轴功:()kg kJ W S /4.3303.26425.1-=-=由开口系统能量方程,忽略动能、位能变化:21h q h W S +=+因为理想气体定温过程:h 1=h 2故:kg kJ W q S /4.330-==孤立系统熵增:sur sys iso S S S ∆+∆=∆稳态稳流:0=∆sys Sk kg kJ T q P P R T q S S S sur ⋅=+=+=+-=∆/44.03004.3301000100ln 287.0ln 021012习题三如果室外温度为-10℃,为保持车间内最低温度为20℃,需要每小时向车间供热36000kJ,求:1) 如采用电热器供暖,需要消耗电功率多少.2) 如采用热泵供暖,供给热泵地功率至少是多少.3) 如果采用热机带动热泵进行供暖,向热机地供热率至少为多少.图1为热机带动热泵联合工作地示意图.假设:向热机地供热温度为600K,热机在大气温度下放热.图1解:1)用电热器供暖,所需地功率即等于供热率, 故电功率为360036000..==Q W = 10kW 2)如果热泵按逆向卡诺循环运行,而所需地功最少.则逆向卡诺循环地供暖系数为211..T T T W Q W +==ε=9.77 热泵所需地最小功率为W Q W ε..==1.02kW3)按题意,只有当热泵按逆卡诺循环运行时,所需功率为最小.只有当热机按卡诺循环运行时,输出功率为.W 时所需地供热率为最小.由 56.06002631112=-=-=T T c η 热机按所需地最小供热率为263KkW W Q tc 82.156.002.1/..min ===η习题四求出下述情况下,由于不可逆性引起地作功能力损失.已知大气p 0=1013215Pa,温度T 0为300K. (1)将200kJ 地热直接从p A =p 0、温度为400K 地恒温热源传给大气.(2)200kJ 地热直接从大气传向p B =p 0、温度为200K 地恒温热源B . (3)200kJ 地热直接从热源A 传给热源B .解:由题意画出示意图5.4.(1)将200kJ 地热直接从400K 恒温热源A 传给300K 地大气时, 5.0400200-=-=-=∆A A T Q S kJ/K 667.030020000-===∆T Q S kJ/K 热源A 与大气组成地系统熵变为kJ/K167.0667.05.001=+-=∆+∆=∆S S S A此传热过程中不可逆性引起地作功能力损失为kJ1.50167.03000=⨯==∏T(2)200kJ 地热直接从大气传向200K 地恒温热源B 时,1200200===∆B B T Q S kJ/K 667.030020000-=-=-=∆T Q S kJ/K kJ/K 333.01667.002=+-=∆+∆=∆B S S S 此过程不可逆引起地作功能力损失kJ100333.030020=⨯=∆=∏ S T (3)200kJ 直接从恒温热源A 传给恒温热源B ,则Q 图25.0400200-=-=-=∆A A T Q S kJ/K 1200200===∆B B T Q S kJ/K 5.015.03=+-=∆S kJ/K作功能力损失kJ 1505.030030=⨯=∆=∏S T可见(1)和(2)两过程地综合效果与(3)过程相同.。
工程热力学课后题答案
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(2)按平均比热容计算。
解
(1)
(2)查得
7.摩尔质量为 的某理想气体,在定容下由 ,加热到 ,若热力学能变化为 ,问焓变化了多少?
答案
8.将 氮气由 定压加热到 ,分别用定值比热容,平均比热容(表)计算其热力学能和焓的变化。
用定值比热容计算
用平均比热容计算
9. 的 ,由 膨胀到 ,试利用定值比热容求其热力学能、焓和熵的变化。
答案
6.有 空气,初态为 ,分别经下列三种可逆过程膨胀到 ,试将各过程画在 图和 图上,并求各过程始态温度、做工量和熵的变化量:
(1)定温过程;
(2) 的多变过程;
(3)绝热过程。
答案
(1)
(2)
(3)
图和 图如图3-39所示。
7.一容积为 的贮气罐,内装氮气,其初压力 ,温度 。若对氮气加热,其压力、温度都升高。贮气罐上装有压力控制阀,当压力超过 时,阀门便自动打开,防走部分氮气,即罐中维持最大压力为 ,问当贮气罐中氮气温度为 时,对罐内氮气共加入多少热量?设氮气比热容为定值。
解
(1)
(2)
(3)两过程在 图和 图上的表示分别如图3-37(a)和3-37(b)所示。图中过程线 为定温过程, 为绝热过程线。从 图中可以看到,绝热过程耗功比定温过程耗功多出曲边三角形面积 。
4.使将满足以下要求的理想气体多变过程在 和 图上表示出来(先画出4个基本热力过程):
(1)气体受压缩、升温和放热;
12.流速为 的高速空气突然受阻停止流动,即 ,称为滞止。如滞止过程进行迅速,以致气流受阻过程中与外界的热交换可以忽略,问滞止过程空气的焓变化了多少?
答案
第三章理想气体及其混合物
《工程热力学》参考试题及答案试卷
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《工程热力学》参考试题及答案试卷一、填空题(每题2分,共20分)1. 热力学系统是指在一定范围内,与外界有能量和物质交换的物体或物体系。
根据系统与外界交换物质的可能性,可以将系统分为__________和__________。
答案:开放系统;封闭系统2. 在热力学中,状态参数是描述系统状态的物理量,其中独立状态参数的数目称为系统的__________。
答案:自由度3. 理想气体的状态方程为__________,其中p表示气体压强,V表示气体体积,T表示气体温度,R为通用气体常数,n为气体的物质的量。
答案:pV=nRT4. 等压过程是指系统在__________下进行的过程。
答案:压强不变5. 等熵过程是指系统在__________下进行的过程。
答案:熵不变二、选择题(每题2分,共20分)6. 下列哪个过程是绝热过程?A. 等压过程C. 等熵过程D. 绝热过程答案:D7. 下列哪个状态参数是强度量?A. 内能B. 熵C. 温度D. 压强答案:C8. 在下列哪个过程中,系统的热力学能不变?A. 等压过程B. 等温过程C. 等熵过程D. 绝热过程答案:B9. 下列哪个过程是可逆过程?A. 等压过程B. 等温过程D. 不可逆过程答案:C10. 下列哪个过程是等温过程?A. 等压过程B. 等温过程C. 等熵过程D. 绝热过程答案:B三、判断题(每题2分,共20分)11. 热力学第一定律表明,能量不能被创造或消灭,只能从一种形式转化为另一种形式。
()答案:正确12. 在等熵过程中,系统的熵保持不变。
()答案:正确13. 理想气体的内能只与温度有关,与体积和压强无关。
()答案:正确14. 等压过程和等温过程都是可逆过程。
()答案:错误15. 在等温过程中,系统的温度保持不变。
()答案:正确四、计算题(每题20分,共60分)16. 一台理想气体压缩机,将0.1kg的空气从状态1(p1=0.1MPa,T1=300K)压缩到状态2(p2=0.5MPa,T2未知),已知压缩过程为等熵过程。
《工程热力学》参考试题及答案
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《工程热力学》参考试题及答案一、选择题(每题5分,共30分)1. 热力学第一定律表明()A. 热量不能自发的从低温物体传到高温物体B. 热量不能完全转化为功C. 能量守恒D. 热量总是从高温物体传到低温物体答案:C2. 下列哪个过程是可逆过程?()A. 自由膨胀B. 等温膨胀C. 等压膨胀D. 绝热膨胀答案:B3. 在热力学中,以下哪个参数是状态函数?()A. 功B. 热量C. 温度答案:C4. 下列哪个参数表示热力学系统的内能?()A. 温度B. 压力C. 熵D. 内能答案:D5. 在下列哪个过程中,熵增最大?()A. 等温膨胀B. 等压膨胀C. 绝热膨胀D. 等温压缩答案:A6. 下列哪个过程是绝热过程?()A. 等温膨胀B. 等压膨胀C. 绝热膨胀D. 等温压缩二、填空题(每题10分,共30分)1. 热力学第一定律的表达式为:△U = Q - W,其中△U 表示____,Q表示____,W表示____。
答案:系统内能的变化、系统吸收的热量、系统对外做的功2. 在等温过程中,理想气体的熵变为:△S =nRln(V2/V1),其中n表示____,R表示____,V1表示____,V2表示____。
答案:气体的物质的量、气体常数、初始体积、终态体积3. 下列热力学过程中,熵增最小的是____过程。
答案:绝热过程三、计算题(每题20分,共40分)1. 已知某理想气体的初始状态为:T1 = 300K,P1 =1MPa,V1 = 0.1m³。
经过一个等温膨胀过程,气体的终态压力为P2 = 0.5MPa。
求气体的终态体积V2和膨胀过程中气体对外做的功W。
解:根据理想气体状态方程:PV = nRT,可得P1V1 = P2V2解得:V2 = 2V1 = 0.2m³膨胀过程中气体对外做的功为:W = P1V1ln(P1/P2) = 1 × 10⁶ × 0.1 × ln(1/0.5) = 1.69 × 10⁴ J2. 一台理想卡诺热机的热源温度为800K,冷源温度为300K。
工程热力学习题解答
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1. 热量和热力学能有什么区别?有什么联系?答:热量和热力学能是有明显区别的两个概念:热量指的是热力系通过界面与外界进行的热能交换量,是与热力过程有关的过程量。
热力系经历不同的过程与外界交换的热量是不同的;而热力学能指的是热力系内部大量微观粒子本身所具有的能量的总合,是与热力过程无关而与热力系所处的热力状态有关的状态量。
简言之,热量是热能的传输量,热力学能是能量?的储存量。
二者的联系可由热力学第一定律表达式d d q u p v δ=+ 看出;热量的传输除了可能引起做功或者消耗功外还会引起热力学能的变化。
2. 如果将能量方程写为 d d q u p v δ=+或d d q h v p δ=-那么它们的适用范围如何?答:二式均适用于任意工质组成的闭口系所进行的无摩擦的内部平衡过程。
因为 uh pv =-,()du d h pv dh pdv vdp =-=-- 对闭口系将 du 代入第一式得 q dh pdv vdp pdv δ=--+ 即 q dh vdp δ=-。
3. 能量方程变大) 与焓的微分式变大) 很相像,为什么热量 q 不是状态参数,而焓 h 是状态参数?答:尽管能量方程 qdu pdv δ=+ 与焓的微分式变大)似乎相象,但两者的数学本质不同,前者不是全微分的形式,而后者是全微分的形式。
是否状态参数的数学检验就是,看该参数的循环积分是否为零。
对焓的微分式来说,其循环积分:()dh du d pv =+⎰⎰⎰因为0du =⎰,()0d pv =⎰所以0dh =⎰,因此焓是状态参数。
而对于能量方程来说,其循环积分:q du pdv δ=+⎰⎰⎰虽然: 0du =⎰ 但是: 0pdv ≠⎰ 所以: 0q δ≠⎰ 因此热量q 不是状态参数。
4. 用隔板将绝热刚性容器分成A 、B 两部分(图2-13),A 部分装有1 kg 气体,B 部分为高度真空。
将隔板抽去后,气体热力学能是否会发生变化?能不能用 d d q u p v δ=+ 来分析这一过程?答:这是一个有摩擦的自由膨胀过程,相应的第一定律表达式为q du dw δ=+。
(完整版)工程热力学试题附答案
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一、 判断命题是否正确,错误的加以改正1、 孤立系统的热力状态不能发生变化。
2、 答:×,只要孤立系统发生热力过程,其热力状态就会发生变化。
2、 工质从同一初态出发,经过一可逆过程和一不可逆过程到达相同的终态,则两种过程中可逆不可逆g g S S ∆>∆、可逆不可逆f f S S ∆>∆、可逆不可逆S S ∆=∆。
答:×,可逆不可逆f f S S ∆<∆3、 热力过程中,系统向外界放热,其温度必然降低。
4、 答:×,热力过程中,系统向外界放热,其温度不一定降低。
5、 一切不可逆循环的热效率1q w net t <η。
答:×,一切循环的热效率1q w net t =η。
6、 系统吸热,其熵一定增加,系统放热,其熵一定减小。
7、 答:×,系统吸热,其熵一定增加,系统放热,其熵不一定减小。
6、工质经过不可逆循环后,有0<⎰r T Q δ,根据r T Q dS δ=,则有⎰<0dS 。
答:×,工质经过不可逆循环后,有0<⎰r T Q δ,但 ⎰=0dS 。
二、选择题 1、 刚性绝热容器中间用隔板分为两部分,一部分为高压气体,一部分保持真空,抽去隔板前后 DA 、0=∆S ,0=∆U ;B 、0=∆S ,0=∆H ;C 、0<∆S ,0>∆U ;D 、0>∆S ,0=∆U 。
2、 t p w T c q +∆= 适用于 CA 、任意气体、闭口系统、可逆过程;B 、实际气体、开口系统、可逆过程;C 、理想气体、开口系统、稳流过程;D 、任意气体、开口系统、可逆过程。
3、 经过不等温传热后, BA 、热量的可用能和废热均减少;B 、热量的可用能减少,废热增加;C 、热量的可用能不变,废热增加;D 、热量的可用能不变,废热减少。
4、当孤立系统中进行了一不可逆过程后,则孤立系统的总能、总熵、总 用的变化为 CA 、0<∆E ,0>∆S ,0>∆X E ;B 、0>∆E ,0>∆S ,0<∆X EC 、0=∆E ,0>∆S ,0<∆X E ;D 、0=∆E ,0>∆S ,0=∆X E5、在紧闭门窗的房间内,启动一台打开的冰箱,经过一段时间的运行,则室温将BA 、降低;B 、升高;C 、不变;D 、不定。
工程热力学习题解答-4
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第四章 热力学第二定律例 题例4-1 先用电热器使 20 kg 、温度t 0=20 ℃的凉水加热到t 1=80 ℃,然后再与40 kg 、温度为 20 ℃的凉水混合。
求混合后的水温以及电加热和混合这两个过程各自造成的熵产。
水的比定压热容为 4.187 kJ/(kg·K );水的膨胀性可忽略。
[编题意图] 实际过程中熵产的计算是本章的重点和难点之一,本题的目的在于检测和练习电热器加热造成的熵产和不等温水混合过程中的熵产的分析计算。
[解题思路] 电加热水过程引起熵产是由于电功转变为热产,水吸收这个热后其自身温度逐渐上升,这是一个不断积累过程,需通过微元热产量g Q δ与水变化的水温T 之比这个微元熵产的积分求得。
要求凉水与热水混合造成的熵产,必须先求出20kg80℃的水放热的熵减与20℃的凉水吸热的熵增,这种内热流造成的熵产也是个逐渐积累的过程,也需积分求得。
整个加热混合造成的总熵产由二者相加得到。
[求解步骤]设混合后的温度为t ,则可写出下列能量方程:()()1120p p m c t t m c t t -=-即 ()()2041878040418720kg kJ /(kg C)C kg kJ /(kg C)C o o o o ⨯⋅⨯-=⨯⋅⨯-..t t 从而解得 t = 40 ℃ (T = 313.15 K ) 电加热过程引起的熵产为1g 0g11g 10d lnT Qp p T Q m c T T S m c TTT δ===⎰⎰353.15K 20kg 4.187kJ/(kg K)ln =⨯⋅⨯=15.593 kJ / K 混合过程造成的熵产为i 1012ig 1210d d ln lnTT p p Q p p T T m c T m c T Q T T S m c m c T T T T T δ==+=+⎰⎰⎰313.15K20kg 4.187kJ/(kg K)ln353.15K313.15K40kg 4.187kJ/(kg K)ln293.15K10.966kJ/K 11.053kJ/K 0.987kJ/K=⨯⋅⨯+⨯⋅⨯=-+= 总的熵产S S S QQ g g g g ikJ /K kJ /K kJ /K =+=+=15593098716580...由于本例中无熵流(将使用电热器加热水看作水内部摩擦生热),根据式(4-12)可知,熵产应等于热力系的熵增。
工程热力学例题答案解
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例1:如图,已知大气压p b=101325Pa,U型管内汞柱高度差H=300mm,气体表B读数为0。
2543MPa,求:A室压力p A及气压表A的读数p e,A 。
解:强调:P b是测压仪表所在环境压力例2:有一橡皮气球,当其内部压力为0。
1MPa(和大气压相同)时是自由状态,其容积为0。
3m3。
当气球受太阳照射而气体受热时,其容积膨胀一倍而压力上升到0.15MPa。
设气球压力的增加和容积的增加成正比。
试求:(1)该膨胀过程的p~f(v)关系;(2)该过程中气体作的功;(3)用于克服橡皮球弹力所作的功。
解:气球受太阳照射而升温比较缓慢,可假定其,所以关键在于求出p~f(v) (2)(3)例3:如图,气缸内充以空气,活塞及负载195kg,缸壁充分导热,取走100kg负载,待平衡后,不计摩擦时,求:(1)活塞上升的高度;(2)气体在过程中作的功和换热量,已知解:取缸内气体为热力系-闭口系分析:非准静态,过程不可逆,用第一定律解析式.计算状态1及2的参数:过程中质量m不变据因m2=m1,且T2=T1体系对外力作功注意:活塞及其上重物位能增加例4:如图,已知活塞与气缸无摩擦,初始时p1=p b,t1=27℃,缓缓加热,使p2=0。
15MPa,t2=207℃,若m=0.1kg,缸径=0。
4m,空气求:过程加热量Q。
解:据题意例6已知:0。
1MPa、20℃的空气在压气机中绝热压缩后,导入换热器排走部分热量,再进入喷管膨胀到0。
1MPa、20℃。
喷管出口截面积A=0。
0324m2,气体流速c f2=300m/s。
已知压气机耗功率710kW,问换热器的换热量。
解:稳定流动能量方程——黑箱技术例7:一台稳定工况运行的水冷式压缩机,运行参数如图.设空气比热cp=1。
003kJ/(kg·K),水的比热c w=4。
187kJ/(kg·K).若不计压气机向环境的散热损失、动能差及位能差,试确定驱动该压气机所需功率。
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例1:如图,已知大气压p b=101325Pa,U型管汞柱高度差H=300mm,气体表B读数为0.2543MPa,求:A室压力p A及气压表A的读数p e,A 。
解:强调:P b是测压仪表所在环境压力例2:有一橡皮气球,当其部压力为0.1MPa(和大气压相同)时是自由状态,其容积为0.3m3。
当气球受太阳照射而气体受热时,其容积膨胀一倍而压力上升到0.15MPa。
设气球压力的增加和容积的增加成正比。
试求:(1)该膨胀过程的p~f(v)关系;(2)该过程中气体作的功;(3)用于克服橡皮球弹力所作的功。
解:气球受太阳照射而升温比较缓慢,可假定其,所以关键在于求出p~f(v)6101325Pa0.254310Pa355600PaB b eBp p p=+=+⨯=(133.32300)Pa355600Pa0.3956MPaA Bp H pγ=+=⨯+=0.3956MPa0.101325MPa0.2943MPaA b eAeA A bp p pp p p=+=-=-=21dw p v=⎰d()dpK p V c aVκ==+3311226360.1MPa0.3m0.15MPa20.30.0510Pa/m0.0510Pa0.3p V p V mCκ====⨯⨯⇒==⨯{}{}366Pa m0.5100.05103p V⨯=+⨯(2)()()()()622621216226610.5100.0510230.5100.60.30.05100.60.360.037510J37.5kJV V V V⨯=⨯-+⨯-⨯=-+⨯-=⨯=(3)例3:如图,气缸充以空气,活塞及负载195kg,缸壁充分导热,取走100kg负载,待平衡后,不计摩擦时,求:(1)活塞上升的高度 ;(2)气体在过程中作的功和换热量,已知解:取缸气体为热力系—闭口系分析:非准静态,过程不可逆,用第一定律解析式。
计算状态1及2的参数:过程中质量m不变6226110.510d d0.0510d3W p V V V V⨯==+⨯⎰⎰()()6302160.110Pa0.60.3m0.0310J30kJW p V V=-=⨯⨯-=⨯=斥luWWWW++=斥kJ5.7kJ)305.37(=--=--=斥WWWWulL∆{}{}kJ/kg K0.72u T=12TT=511195771133.3298100 2.94110Pa100bFp pA=+=⨯+⨯=⨯231(0.01m0.1m)0.001mV A L=⨯=⨯=5221.96010PabFp pA=+=⨯2()0.01()V A L L L L=⨯+∆=⨯+∆112212g1g2p V p Vm mR T R T===()53121522.94110Pa0.001m0.011.96010PapV V L Lp⨯==⨯=⨯+∆⨯据 因m 2=m 1,且 T 2=T 1体系对外力作功注意:活塞及其上重物位能增加例4:如图,已知活塞与气缸无摩擦,初始时p 1=p b ,t 1=27℃,缓缓加热,使 p 2=0.15MPa ,t 2=207℃ ,若m =0.1kg ,缸径=0.4m ,空气 求:过程加热量Q 。
解: 据题意()()121272.0T T m u u m U -=-=∆()()()()2122122122122221x x K V V p x x K x x Ap Adx x A K p W b b x x b -+-=-+-=⎪⎭⎫ ⎝⎛+=∴⎰m L L x mL m p T mR V mA V L mP T mR V g g 617.0302.116359.0685.00861.0101)27327(2871.0122232221135111=-=======⨯+⨯⨯==0.05m 5cmL ∆==W U Q +∆=()()212211U U U m u m u ∆=-=-{}{}kJ/kg K0.72u T =0U ∆=W Q =2521.96010Pa (0.01m 0.05m)98Je W F L p A L=⨯∆=⨯⨯∆=⨯⨯⨯=Jmgh E p 6.4610581.9952=⨯⨯⨯==∆-{}{}kJ/kgK0.72u T =W U Q +∆=21d W p V =⇒⎰d d b K p p x V A xA=+=22b b Kx Kxp p p AAττ==+=+()()22222410183N/mb b D p p A p p K x x π--===()()()2221219687.3J 20.720.12972719.44kJb K W p V V x x U =-+-==∆=⨯⨯-=例6已知:0.1MPa 、20℃的空气在压气机中绝热压缩后,导入换热器排走部分热量,再进入喷管膨胀到0.1MPa 、20℃。
喷管出口截面积A =0.0324m2,气体流速c f2=300m/s 。
已知压气机耗功率710kW ,问换热器的换热量。
解:稳定流动能量方程——黑箱技术例7:一台稳定工况运行的水冷式压缩机,运行参数如图。
设空气比热cp =1.003kJ/(kg·K),水的比热c w=4.187kJ/(kg·K)。
若不计压气机向环境的散热损失、动能差及位能差,试确定驱动该压气机所需功率。
[已知空气的焓差h 2-h 1=cp (T 2-T 1)]解:取控制体为压气机(不包括水冷部分流入: 流出: 增: 0g V m pq q R T =()f 22g p c A R T=620.110Pa 300m/s 0.0324m 11.56kg/s 287J/(kg K)293K ⨯⨯⨯==⋅⨯Pc q P z g q c qd H f m m f m +∆=+∆+∆+∆=Φ222121τ()11111111m V m P e q p q P q u p v ++⇒++()12122222m V m e q p q q u p v ++Φ⇒Φ++水水取整个压气机(包括水冷部分)为系统: 流入: 流出: 增 : 0查水蒸气表得本题说明:1)同一问题,取不同热力系,能量方程形式不同。
2)热量是通过边界传递的能量,若发生传热两物体同在一体系,则能量方程中不出现此项换热量。
3)黑箱技术不必考虑部细节,只考虑边界上交换及状况。
4)不一定死记能量方程,可从第一定律的基本表达出发。
例9:若容器A 刚性绝热,初态为真空,打开阀门充气,使压力p 2=4MPa 时截止。
若空气u =0.72T 求容器A 达平衡后温度T 2及充入气体量m 。
解:取A 为CV.——非稳定开口系容器刚性绝热000===∴out m W Q δδδ忽略动能差及位能差,则()()()()131214321()1.5 4.1873015 1.29 1.00310018200.3kWm m w m p P q h h q c t t q c T T =Φ+-=-+-=⨯⨯-+⨯⨯-=水113113m V m P u q p q q h ++++Φ水1313m m P q h q h ⇒++1231322424m V m m m u q p q q h q h q h ++⇒+()()132143m m P q h h q h h =-+-43125.66kJ/kg 62.94kJ/kg 200.2kW h h P ===22f f 11δd δδδ22CV out in out inQ E h c gz m h c gz m W⎛⎫⎛⎫=+++-+++ ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭由或流入:hinδmin流出: 0增:uδm例10:已知储气罐中原有的空气质量m1,热力学能u1,压力p1,温度T1。
充气后,储气罐气体质量为m2,热力学能u2,忽略动能差与位能差,且容器为刚性绝热。
导出u2与h的关系式。
解:方法一取气罐为系统。
考虑一股气体流入,无流出22f f11δdδδδ22CV out inout inQ E h c gz m h c gz m W⎛⎫⎛⎫=+++-+++⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭()d d di ih m E mu==()d di ih m muττττττ+∆+∆=⎰⎰221122umumummhii=-=2im m=22305.3423.99K150.84C0.72ih u T∴====即5g4010132.87kg287423.99pVmR T⨯⨯===⨯()δ0inh u m-=uhin=2f1δdδδ2CV in iQ E m h c gz W⎛⎫=-+++⎪⎝⎭δ0;δ0,dδdδiCV ininQ WE m hU m h====忽略动能差和位能差()()22112121112inm u m u m h m m hm m h m uu-==--+=积分方法二:取气罐全部空气(m2)为闭口系Q=ΔU+WQ:容器刚性绝热充入气体与管气体热力学状态相同Q=0第四章例3:某理想气体经历4个过程,如T-s图1)将各过程画在p-v图上;2)指出过程吸热或放热,膨胀或压缩。
解:1-31-21-41-5例4:封闭气缸中气体初态p1=8MPa,t1=1300℃,经过可逆多变膨胀过程变化到终态p2=0.4MPa,t2=400℃。
已知气体常数R g=0.287kJ/(kg·K),试判断气体在该过程中是放热还是吸热?[比热容为常数,c v=0.716 kJ/(kg·K)]解:计算初,终态比容多变指数()[]ummumumUU121122:-+-=∆∆()pvmmWW12:--=()()()()22112121221121211122m u m u m m u m m pvm u m u m m hm m h m uum-----=---=-+=1313311ssTTn<><<-及且κ边压缩,边放热∴121221ssTTn<<∞<<-及且κ边膨胀,边放热∴1414410ssTTn>>-∞>>-及且边膨胀,边吸热∴1515511ssTTn><<<-及且κ温边膨胀,边吸热,边降∴()()g13161g23262287J/(kg K)1300273K0.05643m/kg810Pa287J/(kg K)400273K0.48288m/kg0.410PaR TvpR Tvp⋅⨯+===⨯⋅⨯+===⨯\多变过程膨胀功和热量故是吸热过程第五章例1:某专利申请书提出一种热机,它从167℃的热源 吸热,向7℃冷源放热,热机每接受1000kJ 热量,能发出0.12kW·h 的电力。
请判定专利局是否应受理其申请,为什么? 解:从申请是否违反自然界普遍规律着手 故不违反第一定律根据卡诺定理,在同温限的两个恒温热源之间工作的热机,以可逆机效率最高违反卡诺定理,所以不可能例2:某循环在700K 的热源及400K 的冷源之间工作,如图,试判别循环是热机循环还是制冷循环,可逆还是不可逆?66123321ln(/)ln(810Pa/0.410MPa) 1.395ln(/)ln(0.48288m /kg /0.05643m /kg)p p n v v ⨯⨯===()()12287J/(kg K)1573673K 653.92kJ/kg 1 1.3951g R w T T n ⋅=-=-=--()()210.716kJ/(kg K)6731573K 653.92kJ/kg 9.52kJ/kg 0V q u w c T T w=∆+=-+=⋅⨯-+=>net 10.123600432kJ 1000kJ W Q =⨯=<=(273.157)K 110.364(273.15167)K L C h T T η+=-=-=+net,max,max 1C t WQ ηη==()net,max 10.3641000kJ 364kJ 432kJ C W Q P η==⨯=<=net 1432kJ 0.4321000kJ t CW or Q ηη===>解:方法1:设为热机循环不可能设为制冷循环:符合克氏不等式,所以是不可逆制冷循环 方法2:设为热机循环设为制冷循环注意:net 121net 210000kJ 4000kJ 14000kJW Q Q Q W Q =-=+=+=1212δr r r Q Q Q T T T =-⎰14000kJ 4000kJ 10kJ/K 0700K 400K =-=>1212δ14000kJ 4000kJ10kJ/K 700K 400Kr r r Q Q Q T T T =-+=-+=-⎰C 400K 110.4286700KL h T T η=-=-=net 110000kJ 0.712614000kJ t W Q η===Ct ηη>不可能0400K 1.33700K 400Kc c c T T T ε===--2net 4000kJ 0.410000kJ Q w ε===可能但不可逆⇒<c εε1)任何循环(可逆,不可逆;正向,反向)第一定律都适用。