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1、例2-1 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，求： （1）活塞上升的高度 （2）气体在过程中作的功及与外界交换的热量， 已知 解：取缸内气体为热力系闭口系。 分析：突然取走100kg负载， 气体失去平衡，振荡后最终建 立新的平衡。虽不计摩擦，但 由于非准静态，故过程不可逆， 但仍可应用第一定律解析式。 过程中质量m不变 据 由于m2=m1且 T2=T1 不可逆 外力 向上移动了5cm，因此体系对外力作功 注意：活塞及其上重物位能增加 ？ 例2-2 如图，已知活塞与气缸无摩擦，初始时p1=pb， t1=27 ，缓缓加热，使p2=0.15MPa
2、, t2=297 若m1=0.1kg，缸径=0.4m ，空气 求：过程加热量Q 解： 据题意 可以求出； W斥 W弹 取缸内气体为热力系闭口系。 例2-3 0.1MPa，20的空气在压气机中绝热压缩升压升温后, 导入换热器排走部分热量后再进入喷管膨胀到0.1MPa, 20。喷管出口截面积A=0.0324m2,气体流速cf2=300m/s, 已知压气机耗功率710kW，问换热器中空气散失的热量。 解： 对CV列能量方程 流入： 流出： 内增： 0 据题义， 或稳定流动能量方程 黑箱技术 例2-4 有一台稳定工况下运行的水冷式压缩机，运行参数如 附图所示。设空气的比热容cp=1.003kJ/(kg
3、K),水的比热 容cw=4.187kJ/(kgK)。若不计压气机向环境的散热损失 以及动能差及位能差，试确定驱动该压气机所需的功率 。已知空气的焓差h2-h1=cp(T2-T1) 解： 取控制体为压气机 （但不包括水冷部分） 考察能量平衡 流入： 流出： 内增： 0 ？ 若取整个压气机（包括水冷部分）为系统，忽略动能差 及位能差则： 流入： ？ 流出： 内增 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 同在一体系内，则能量方程中不出现此项换热量。 3）黑箱技术不必考虑内部细节，只考虑边界上交换 及状况。 4）不一
4、定死记能量方程，可从第一定律的基本表达 出发。 例2-5 充气问题 若容器A为刚性绝热 初态为真空，打开阀门 充气，使压力p2=4MPa 时截止。若空气u=0.72T 求容器A内达平衡后温度 T2及充入气体量m。 解：取A为CV. 非稳定开口系 容器刚性绝热 忽略动能差及位能差，则 由 或 流入：hinmin 流出： 0 内增：u m 讨论： 1）非稳态流动问题可用一般能量方程式也可用基本 原则。在一些条件下，后者常更方便。 2）能量方程中若流体流出、入系统，物质能量用h， 若不流动用u。 3）t2=150.8430？ 是否不计及cfin？ 否，即使cfin达当地音速（T=303K时，c=349m/s），也 仅能使空气升温85， 说明是推动功转换成热力学能! 例2-6 充气问题（延伸） 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，储气罐内气体 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。考虑一股流体流入，无流出 方法二 取终态时气罐内全部 （m2）空气为封闭系 闭口系 Q=U+W Q：容器刚性绝热 充入气体与管内气体温度相等 Q=0 方法三 取充入气罐的m2-m1空气为闭口系 另取原罐内m1kg空气为闭口系，则 代入（A）式，整理得
