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1、第一篇工程热力学一.基本概念系统： 状态参数: 可逆过程： 循环:第一章基本概念可逆循环：不可逆循环:热力学平衡态：温度：热平衡定律：温标：准平衡过程:、习题1 .有人说，不可逆过程是无法恢复到起始状态的过程，这种说法对吗？错2 .牛顿温标，用符号“表示其温度单位，并规定水的冰点和沸点分别为100。“和200 N,且线性分布。(1) 试求牛顿温标与国际单位制中的热力学绝对温标(开尔文温标)的换算关系式；(2)绝对零度为牛顿温标上的多少度 ？3. 某远洋货轮的真空造水设备的真空度为0.0917MPa,而当地大气压力为 0.1013MPa,当航行至另一海域，其真空度变化为0.0874MPa,而当地
2、大气压力变化为0.097MPa。试问该真空造水设备的绝对压力有无变化？图1-14 .如图1-1所示，一刚性绝热容器内盛有水，电流通过容器底部的电阻丝加热 水。试述按下列三种方式取系统时，系统与外界交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)取虚线内空间为系统。(1 )不考虑水的蒸发，闭口系统。(2 )绝热系统。注：不是封闭系统，有电荷的交换(3)绝热系统。5.判断下列过程中那些是不可逆的，并扼要说明不可逆原因。(1) 在大气压力为0.1013MPa时，将两块0C的冰互相缓慢摩擦，使之化为0C的水。 耗散效应(2) 在大气压力为 0.1013MPa时，用(0
3、+ dt) C的热源(dt宀0给0C的冰加热使之变为 0C的水。 可逆(3) 一定质量的空气在不导热的气缸中被活塞缓慢地压缩(不计摩擦)。 可逆(4) 100 C的水和15C的水混合。有限温差热传递6 .如图1-2所示的一圆筒容器，表 A的读数为 360kPa ;表B的读数为170kPa,表示室I压力高于 室II的压力。大气压力为 760mmHg。试求：(1) 真空室以及I室和II室的绝对压力；表C的读数；#(2) 圆筒顶面所受的作用力。图1-2第二章热力学第一定律一.基本概念功：热量：体积功：节流：.习题1.膨胀功、流动功、轴功和技术功四者之间有何联系与区别？2 .下面所写的热力学第一定律表
4、达是否正确？若不正确，请更正。q = du 亠g zWs3 .一活塞、气缸组成的密闭空间，内充50g气体，用叶轮搅拌器搅动气体。活塞、气缸、搅拌器均用完全绝热的材料制成。搅拌期间，活塞可移动以保持压力不变，但绝对严密不漏气。已测得搅 拌前气体处于状态-搅拌停止后处于状态 2,如下表所示。状态p ( MPa)3v (m /kg)u (kJ/kg)h(kJ/kg)13.50.0071122.7547.6423.50.0191697.63164.69活塞与气缸壁间有一些摩擦。求搅拌器上输入的能量为多少? 耗散效应将输入能量转化为热量q=(u2-u1)+p(v2-v1) =h2-h14. 1kg 空气
5、由 pi=5MPa,ti=500C，膨胀到 p2=0.5MPa,t2=500 C,得到热量 506kJ,对外做膨胀功 506kJ。 接着又从终态被压缩到初态，放出热量390kJ,试求：(1) 膨胀过程空气热力学能的增量；(2)压缩过程空气热力学能的增量；(3)压缩过程外界消耗了多少功？5 .一活塞气缸装置中的气体经历了2个过程。从状态1到状态2，气体吸热500kJ，活塞对外作功800kJ。从状态2到状态3是一个定压的压缩过程，压力为p=400kPa，气体向外散热450kJ。并且已知U1=2000kJ, U3=3500kJ，试计算2-3过程中气体体积的变化。A 3=O. Sm2巧=7/囲 Aj-
6、 0, 15” =3? C ,-10s Pa500= U2-U1+800U2=1700-450= U3-U2+400(V3-V2)V3-V2=6 .现有两股温度不同的空气，稳定地流过如图 示的设备进行绝热混合，以形成第三股所需温度的空气流。各股空气的已知参数如图中所示。设空 气可按理想气体计，其焓仅是温度的函数，按h j/kg=1.004T k计算，理想气体的状态方程为 pv=RT, R=287J/(kg K)。若进出口截面处的动、位能变化可忽略，试求出口截面的空气温度和流速。m3=m1+m2h3=h1+h2图2-17 某气体从初态p1=0.1MPa , V1=0.3mW1=100kg/s*(
7、h2-h1) m*43960=100kg/s*(h2-h1)2 2 0.5w 3 -0.5W2 =h3-h2可逆压缩到终态P2=0.4MPa，设压缩过程中p=aV-2，式中a为 常数。试求压缩过程所必须消耗的功。P1=aVf2p2=aV22/ pdV= / aV-2dV=-aV 2-1+aV2-18 如图2-2所示，p-v图上表示由三个可逆过程所组成的一个循环。1-2是绝热过程；2-3是定压过程；33-1是定容过程。如绝热过程 1-2中工质比热力学能的变化量为-50kJ/kg, p1=1.6MPa , V1=0.025m /kg ,P2=0.1MPa, V2=0.2m3/kg。(1)试问这是一
8、个输出净功的循环还是消耗净功的循环？(2) 计算循环的净热。(1) 顺时针循环，输出净功;(2) Q=W=W12+W23+W31W12=50W23=W31=09 .某燃气轮机装置如图 2-3所示。已知压气机进口处空气的焓h1=290kJ/kg，经压缩后，空气升温使比焓增为h2=580kJ/kg，在截面2处与燃料混合，以W2=20m/s的速度进入燃烧室，在定压下燃烧，使 工质吸入热量q=670kJ/kg。燃烧后燃气经喷管绝热膨胀到状态3扣800kJ/kg ,流速增至W3燃气再进入动叶片，推动转轮回转做功。若燃气在动叶片中热力状态不变，最后离开燃气轮机速度为W4=100m/s。求：(1) 若空气流
9、量为100kg/s，压气机消耗的功率为多少？(2) 若燃料发热量q=43960kJ/kg，燃料消耗量为多少？ru图2-3(3) 燃气在喷管出口处的流速 W3,是多少？(4) 燃气涡轮(3-4过程)的功率为多少？(5) 燃气轮机装置的总功率为多少？2 2（4）Ws=0.5*100kg/s*（w 4 -W3）Ws-W1第三章热力学第二定律一. 基本概念克劳修斯说法：开尔文说法： 卡诺定理： 熵流： 熵产：熵增原理：二. 习题1 .热力学第二定律可否表述为：功可以完全变为热，但热不能完全变为功”，为什么？等温膨胀过程热完全转化为功2 .下列说法是否正确，为什么？1）熵增大的过程为不可逆过程； 只适用
10、于孤立系统2） 工质经不可逆循环，S 0;.S =03）可逆绝热过程为定熵过程，定熵过程就是可逆绝热过程；定熵过程就是工质状态沿可逆绝热线变化的过程4）加热过程，熵一定增大；放热过程，熵一定减小。根据ds淤q/T，前半句绝对正确，后半句未必，比如摩擦导致工质温度升高的放热过程。 对于可逆过程，都正确。3 .某封闭系统经历了一不可逆过程，系统向外界放热为10kJ，同时外界对系统作功为20kJ。1）按热力学第一定律计算系统热力学能的变化量；2） 按热力学第二定律判断系统熵的变化（为正、为负、可正可负亦可为零）。4 .判断是非（对画，错画X）1） 在任何情况下，对工质加热，其熵必增加。（）2） 在任
11、何情况下，工质放热，其熵必减少。（）3） 根据熵增原理，熵减少的过程是不可能实现的。（）4） 卡诺循环是理想循环，一切循环的热效率都比卡诺循环的热效率低。（）5） 不可逆循环的熵变化大于零。（）5 .若封闭系统经历一过程，熵增为25kJ/ K，从300K的恒温热源吸热 8000kJ，此过程可逆?不可逆？还是不可能？25Tb,两物体的质量相等 mA=mB=m，其比热容亦相等Ca=Cb=c,且为 常数。可逆热机在其间工作，从A吸热，向B放热，直至两物体温度相等时为止。(1 )试证明平衡时的温度为Tm = .Ta Tb ; (2)求可逆热机对外输出的净功。SA-SM=l nTA/TMSM-SB=l
12、nTM/TBSA-SM= SM-SB12. 如图3-1所示，用热机E带动热泵P工作，热机在热源和冷源T。之间工作，而热泵则在冷源 T。 和另一热源T之间工作。已知T1=1000K、T1 =310KTo=250K。如果热机从热源吸收热量Q1=1kJ , 而热泵向另一热源放出的热量Qh供冬天室内取暖用。(1) 如热机的热效率为t=0.50 ,热泵的供热系数 h=4，求Qh ；(2) 如热机和热泵均按可逆循环工作，求Qh ；(3) 如上述两次计算结果均为 QhQ1，表示冷源To中有一部分热量传入了温度 T的热源，而又不 消耗(除热机E所提供的功之外的)其他机械功，这是否违反热力学第二定律的克劳修斯说法？(1) W= Q 1*2 =1*0.5=0.5kJQh=W* h=4=0.5*4=2kJ(2) W=1*(1-250/1000)=0.75kT QH=0.75*(310/(310-250)=3.875kJ不违反，T1T1 To图3-1第四章理想气体的热力性质与过程一.基本概念理想气体：比热容:.习题21.热力学第一定律的数学表达式可写成q二山 w 或 q二4 pdv 两者有何不同？1q= u+w热力学第一定律的数学表达，普适的表达式q=Cv* AT+/pdv内能等于定容比热乘以温度变化，适用于理想气体；体积功等
