第一章第二章习题课.pdf

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1、1 第一章第二章习题课第一章第二章习题课 中国石油大学能源与动力工程系 China University of Petroleum Dept. of Energy and Power Engineering 第一章 基本概念及定义 重点重点 热力系统的选取，对工质状态的描述，状态与状态参数 的关系，状态参数(p,T,V/v,U,H,S)，平衡状态，状态方程， 可逆过程。 热力系统的选取，对工质状态的描述，状态与状态参数 的关系，状态参数(p,T,V/v,U,H,S)，平衡状态，状态方程， 可逆过程。 注意注意 1.孤立系统：系统与外界既无能量传递也无物质交换 2.状态参数：描述工质状态特性的各

2、种状态的宏观物理量。 1.孤立系统：系统与外界既无能量传递也无物质交换 2.状态参数：描述工质状态特性的各种状态的宏观物理量。 状态参数的数学特性:状态参数的数学特性: 1 2 1 2 dxxx 表明：状态的路径积分仅与初、终状态有 关，而与状态变化的途径无关。 表明：状态的路径积分仅与初、终状态有 关，而与状态变化的途径无关。 0d x 表明：状态参数的循环积分为零表明：状态参数的循环积分为零 2 3. 正向循环热效率：3. 正向循环热效率： 1 2 1 0 1 q q q w t 4. 制冷循环：制冷系数：4. 制冷循环：制冷系数： 21 2 0 2 qq q w q 5. 热泵循环：热泵

3、系数（供热系数）：5. 热泵循环：热泵系数（供热系数）： 21 1 0 1 qq q w q 注意：(1) 以上三式，适用于可逆循环和不可逆循环； (2) 式中q 注意：(1) 以上三式，适用于可逆循环和不可逆循环； (2) 式中q1 1、q、q2 2、w、w0 0取绝对值。取绝对值。 第一章 基本概念及定义 第二章 热力学第一定律 重点重点 热力学能U、焓H(U+pV)、热力学第一定律的实质、熟练 应用热力学第一定律解决具体问题 热力学能U、焓H(U+pV)、热力学第一定律的实质、熟练 应用热力学第一定律解决具体问题 闭口系统能量方程闭口系统能量方程 WUQ 适用于适用于mkg质量工质质量工

4、质 wuq 适用于单位质量工质适用于单位质量工质 注意注意: 该方程适用于闭口系统、任何工质、任何过程。该方程适用于闭口系统、任何工质、任何过程。 WUQdwuqd 微元过程 可逆过程有 微元过程 可逆过程有 d dwp vqT s vpusTvpuqddddd 3 第二章 热力学第一定律 循环过程第一定律表达式循环过程第一定律表达式 wq 结论:第一类永动机不可能制造出来结论:第一类永动机不可能制造出来 对于理想气体：对于理想气体：Tcu vd d 理想气体可逆过程：理想气体可逆过程： vpTcsTvpTcq vv ddddd 第二章 热力学第一定律 开口系统能量方程开口系统能量方程 质量守

5、恒原理：质量守恒原理： 进入控制体的质量一离开控制体的质量=控制体中质量的增量进入控制体的质量一离开控制体的质量=控制体中质量的增量 能量守恒原理：能量守恒原理： 进入控制体的能量一控制体输出的能量=控制体中储存能的增量进入控制体的能量一控制体输出的能量=控制体中储存能的增量 icv WmgzchmgzchEQ) 2 1 () 2 1 (d 11 2 1122 2 22 注意:本方程适用于任何工质，稳态稳流、不稳定流动的 一切过程 注意:本方程适用于任何工质，稳态稳流、不稳定流动的 一切过程 4 第二章 热力学第一定律 稳定流动能量方程稳定流动能量方程 i wzgchqdd 2 1 d 2 适

6、用于任何工质，稳定流动热力过程 引入技术功： 适用于任何工质，稳定流动热力过程 引入技术功： it wzgcwdd 2 1 2 tt whqwhqd 上式变为： 可逆过程： 上式变为： 可逆过程： pvwtdpvhsTpvhqddddd 理想气体可逆过程理想气体可逆过程 pvTcsTpvTcq pp ddddd 第二章 热力学第一定律 功和技术功在p-V图上的表示功和技术功在p-V图上的表示 5 1、当真空表指示数值愈大时，表明被测对象的 实际压力愈大还是愈小？ 1、当真空表指示数值愈大时，表明被测对象的 实际压力愈大还是愈小？ 思考题思考题 2、不可逆过程是无法回复到初态的过程，这种 说法是

7、否正确？ 2、不可逆过程是无法回复到初态的过程，这种 说法是否正确？ 答：真空表指示数值愈大时，表明被测对象的实 际压力愈小。 答：不正确。不可逆过程是指不论用任何方法都 不能在外界不遗留任何变化不遗留任何变化的情况下使系统回 复到初态，并不是不能回复到初态。 3、系统内部各种参数均匀的必定平衡，平衡时各 种参数必定均匀。以上说法是否正确？ 3、系统内部各种参数均匀的必定平衡，平衡时各 种参数必定均匀。以上说法是否正确？ 思考题思考题 答：前半句是正确的，后半句是错误的。 均匀必平衡，平衡未必均匀！均匀必平衡，平衡未必均匀！ 刚性绝热容器里，水和水蒸气的压力 相同、温度相等、均不随时间变化，且

8、 不受外界影响，该汽水混合物已处于平 衡态。 但汽相与液相的密度显然不同，该平衡态系统 内各参数不均匀。 6 4、给理想气体加热，其热力学能总是增加的。 这种说法是否正确？ 4、给理想气体加热，其热力学能总是增加的。 这种说法是否正确？ 思考题思考题 答：此种说法是错误的。根据热力学第一定律 Q=U+W，气体吸热可能使热力学能增加，也 可能对外作功；或者二者同时进行。如果加入 的热量和对外所做的膨胀功相等，理想气体的 热力学能将不发生变化。 理想气体的热力学能只是热力学能只是温度温度的函数，初终 态温度相同，则热力学能相等 的函数，初终 态温度相同，则热力学能相等。 5、试比较下图所示的过程1

9、-2与过程1-a-2中下 列各量的大小： W 5、试比较下图所示的过程1-2与过程1-a-2中下 列各量的大小： W1212与W与W1a21a2；(2)；(2)U U1212与与U U1a21a2； (3) Q； (3) Q1212与Q与Q1a21a2 思考题思考题 答： （1）（1）W W1a2 1a2大。 （2）一样。 （3） 大。 （2）一样。 （3）Q Q1a2 1a2大。 大。 7 6、热力系经过不可逆循环后，其熵变必然大于 零。是否正确？ 6、热力系经过不可逆循环后，其熵变必然大于 零。是否正确？ 思考题思考题 7、7、“任何没有体积变化的过程就一定不对外作功任何没有体积变化的过程

10、就一定不对外作功” 的说法是否正确？的说法是否正确？ 答：不正确。熵是状态参数，变化量只与其起点 和终点有关，与路径无关。 答：不正确，因为外功的含义很广，比如电磁功、 表面张力功等等，如果只考虑容积功的话，那 么没有容积变化的过程就一定不对外作功。 思考题思考题 8. 下列说法是否正确？8. 下列说法是否正确？ 气体膨胀时一定对外作功。 气体膨胀时一定对外作功。 答：错，一般情况下，气体膨胀要对外作功，但当 气体向真空中的绝热自由膨胀时，对外不作功。 气体被压缩时一定消耗外功。 气体被压缩时一定消耗外功。 答：对，因为根据热力学第二定律，气体是不可能 自压缩的，要想压缩体积，必须借助于外功。

11、 气体膨胀时必须对其加热。 气体膨胀时必须对其加热。 答：错，比如气体向真空中绝热自由膨胀，不用对 其加热。 8 1、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，设大气压力为97kPa (1)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。 (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？ 1、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，设大气压力为97kPa (1)压力表B，表C的读数分别为75kPa，0.11MPa， 试确定

12、压力表A上的读数，及容器两部分内气体的绝 对压力。 (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？ 计算题计算题 计算题计算题 解：解： 1, = g Cb ppp ,11 = g B pp , = g Bg Ab ppp , = g Cg Bg A ppp 得 压力表A上的读数 , 0.11MPa75kPa35kPa g Ag Cg B ppp 容器中的绝对压力 1, =0.11MPa97kPa207kPa g Cb ppp (1) 容器中的绝对压力 11, =35kPa97kPa132kPa g Ab ppp 9 计算题计算题 1, =

13、 bv C ppp ,11 = g B pp , = g Bbv A ppp 压力表A上的读数 , =36kPa24kPa60kPa v Ag Bv C ppp 由表B为压力表，知pp(2) 由表C为真空计，知pbp pbpp 表A为真空计。 , = v Ag Bv C ppp 得 2、一蒸汽动力厂，锅炉的蒸汽产量D=180102、一蒸汽动力厂，锅炉的蒸汽产量D=180103 3kg/h，输出功率 P=55000kW，全厂耗煤G=19.5t/h，煤的发热量为 QH=30103kJ/kg，蒸汽在锅炉中的吸热量q=2680kJ/kg。求： (1)该动力厂的热效率 kg/h，输出功率 P=55000

14、kW，全厂耗煤G=19.5t/h，煤的发热量为 QH=30103kJ/kg，蒸汽在锅炉中的吸热量q=2680kJ/kg。求： (1)该动力厂的热效率t t； (2)锅炉的效率 ； (2)锅炉的效率B B（蒸汽总吸热量煤的总发热量）。（蒸汽总吸热量煤的总发热量）。 计算题计算题 解:(1)煤的总发热量为解:(1)煤的总发热量为 则则 t. 1 55000kW 33.85% 162500kW P Q (2)蒸汽总吸热量(2)蒸汽总吸热量 . 3 1 (180 10 /3600)kg/s 2680kJ/kg =134000kWQD q . B. 1 13400kW 82.46% 162500kW Q

15、 Q kW162500kJ/kg1030kg/s)3600/105 .19( 33 . H GQQ 10 3、一活塞汽缸设备内装有5kg的水蒸气，由初态的 比热力学能u 3、一活塞汽缸设备内装有5kg的水蒸气，由初态的 比热力学能u1 1=2709.0kJ/kg，膨胀到 u =2709.0kJ/kg，膨胀到 u2 2=2659.6kJ/kg，过程中加给水蒸气的热量为 80kJ，通过搅拌器的轴输入系统18.5kJ的轴功。 若系统无动能、位能的变化，试求通过活塞所做 的功。 =2659.6kJ/kg，过程中加给水蒸气的热量为 80kJ，通过搅拌器的轴输入系统18.5kJ的轴功。 若系统无动能、位能的变化，试求通过活塞所做 的功。 计算题计算题 解:这是一闭口系，所以能量方程为:解:这是一闭口系，所以能量方程为: QUW 方程中的总功，应包括搅拌器的轴功和活 塞膨胀功，则能量方程为 方程中的总功，应包括搅拌器的轴功和活 塞膨胀功，则能量方程为 paddlepiston QU WW 计算题计算题 (+80kJ) ( 18.5kJ) (5kg)(2659.6 2709.9)kJ/kg psitonpaddle21 ()WQ Wmuu 350kJ 讨论:讨论: （） 求出的活塞功为正值，说明系统通过活塞膨胀对 外做功。 （）我们提出膨