工程热力学复习 (2)

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1、工程热力学复习工程热力学复习n主要内容主要内容n基本要求基本要求n举例举例主要内容主要内容n基本概念基本概念n热力学第一定律热力学第一定律n气体和蒸气的性质气体和蒸气的性质n气体和蒸气的基本热力过程气体和蒸气的基本热力过程n热力学第二定律热力学第二定律n其它其它第一章第一章 基本概念基本概念1 1、注意基本概念和公式的使用条件和适用范围、注意基本概念和公式的使用条件和适用范围 2 2、掌握下列基本概念：热力系统、闭口系统；、掌握下列基本概念：热力系统、闭口系统；开口系统，绝热系统；孤立系统、平衡态、开口系统，绝热系统；孤立系统、平衡态、准静态过程（准平衡过程）、可逆过程，准静态过程（准平衡过程

2、）、可逆过程，基本状态参数、热力循环基本状态参数、热力循环 。3 3、掌握表压、真空度和绝对压力之间的关系，、掌握表压、真空度和绝对压力之间的关系，掌握测量环境对表压的影响并会进行计算；掌握测量环境对表压的影响并会进行计算；4 4、了解摄氏温度、华氏温度、开氏温度的区别、了解摄氏温度、华氏温度、开氏温度的区别和联系和联系5 5、会用系统的状态参数对可逆过程的热量和功、会用系统的状态参数对可逆过程的热量和功量进行计算量进行计算 基本要求基本要求第二章第二章 热力学第一定律热力学第一定律1 1、理解热力学第一定律的实质，熟练掌握热力、理解热力学第一定律的实质，熟练掌握热力学第一定律及其表达式。能够

3、正确、灵活地学第一定律及其表达式。能够正确、灵活地应用热力学第一定律来分析、简化工程实际应用热力学第一定律来分析、简化工程实际问题（如稳定流动，换热器、热力回转机械，问题（如稳定流动，换热器、热力回转机械，风机和泵等）；风机和泵等）；2 2、掌握膨胀功、推动功、技术功和轴功的概念、掌握膨胀功、推动功、技术功和轴功的概念及计算式以及在及计算式以及在pv图图上如何表示；上如何表示；3 3、掌握焓、热力学能、能量等概念、掌握焓、热力学能、能量等概念基本要求基本要求第三章第三章 气体和蒸气的性质气体和蒸气的性质1、掌掌握握气气体体常常数数Rg、通通用用气气体体常常数数R所所代代表的物理意义。表的物理意

4、义。2、熟熟练练掌掌握握并并正正确确应应用用理理想想气气体体状状态态方方程式；程式；3、正正确确理理解解理理想想气气体体比比热热容容的的概概念念；熟熟练练掌掌握握和和正正确确应应用用定定值值比比热热容容、平平均均比比热热容容来来计计算算过过程程热热量量，以以及及计计算算理理想气体热力学能、焓和熵的变化。想气体热力学能、焓和熵的变化。 基本要求基本要求4、掌掌握握基基本本概概念念：汽汽化化、凝凝结结、饱饱和和状状态态、饱饱和和蒸蒸汽汽、饱饱和和液液体体、饱饱和和温温度度、饱饱和和压力、三相点、临界点、汽化潜热等压力、三相点、临界点、汽化潜热等5、掌掌握握蒸蒸汽汽定定压压发发生生过过程程及及其其在

5、在pv图图和和Ts图图上上的的表表示示，何何谓谓一一点点、二二线线、三三区区、五五状状态态。了了解解水水的的饱饱和和、过过热热、过过冷状态之间压力、温度的关系；冷状态之间压力、温度的关系；6、了解蒸汽图表的结构，并掌握其应用、了解蒸汽图表的结构，并掌握其应用基本要求基本要求第四章第四章 气体和蒸气的气体和蒸气的 基本热力过程基本热力过程1、熟熟练练掌掌握握4种种基基本本过过程程以以及及多多变变过过程程的的初初终终状态基本状态参数状态基本状态参数p，v，T之间的关系。之间的关系。2、熟熟练练掌掌握握4种种基基本本过过程程以以及及多多变变过过程程系系统统与与外界交换的热量、功量的计算。外界交换的热

6、量、功量的计算。3、能能将将各各过过程程表表示示在在pv图图和和Ts图图上上，并并能能正正确确地地应应用用pv图图和和Ts图图判判断断过过程程的的特特点点，即即u、h、q、w及及wt等的正负值。等的正负值。 4、了解蒸汽热力过程的热量和功量的计算。、了解蒸汽热力过程的热量和功量的计算。基本要求基本要求第五章第五章 热力学第二定律热力学第二定律1、深刻领会热力学第二定律实质的基础上，、深刻领会热力学第二定律实质的基础上，认识能量不仅有认识能量不仅有“量量”的多少，而且还有的多少，而且还有“质质”的高低。的高低。2、掌握下列概念：自发过程，非自发过程；、掌握下列概念：自发过程，非自发过程；实现非自

7、发过程的条件；卡诺循环；逆卡实现非自发过程的条件；卡诺循环；逆卡诺循环；熵流、熵产、物质熵；最大作功诺循环；熵流、熵产、物质熵；最大作功能力；孤立系统的熵增与作功能力损失的能力；孤立系统的熵增与作功能力损失的关系。关系。基本要求基本要求第五章第五章 热力学第二定律热力学第二定律3、掌握卡诺定理。掌握熵的意义、计算和、掌握卡诺定理。掌握熵的意义、计算和应用。会判断过程进行的方向。应用。会判断过程进行的方向。4、掌握孤立系统和绝热系统熵增的计算，、掌握孤立系统和绝热系统熵增的计算，会计算热力系统的可用能损失。会计算热力系统的可用能损失。基本要求基本要求 其它其它n理解压气机的热力过程理解压气机的热

8、力过程n理解典型热力循环：理解典型热力循环：蒸汽动力装置循环朗肯循环蒸汽动力装置循环朗肯循环蒸汽压缩式制冷循环、热泵循环蒸汽压缩式制冷循环、热泵循环n了解处理理想气体混合物的基本原则和了解处理理想气体混合物的基本原则和计算特点计算特点基本要求基本要求多变过程多变过程过程在过程在图、图、图上的表示与综合分析图上的表示与综合分析 多变过程线在多变过程线在 pv 图及图及 Ts 图上的对应位置，由图上的对应位置，由多变指数多变指数 n 的数值确定。的数值确定。在在图上，过程线的斜率可根据图上，过程线的斜率可根据得出得出（1）在）在图、图、图上多变的过程线的分布规律图上多变的过程线的分布规律 举例举例

9、得出得出所以斜率同样随所以斜率同样随n而变。而变。 4种种基基本本过过程程 的的 斜斜 率率变化情况变化情况 在在图上，过程线的斜率可根据图上，过程线的斜率可根据四种基本过程在四种基本过程在Ts图上相对图上相对位置位置TOsn = 1从从Ts 图中可看到，图中可看到，从定容线出发，从定容线出发，n由 沿顺时针方向递增。沿顺时针方向递增。 结论结论（2）pv图图和和Ts图图上各线群的上各线群的变化趋向变化趋向 在在pv图上图上，定压线群和定容线群各参数的大小很容，定压线群和定容线群各参数的大小很容易判断，而易判断，而定温线群、定熵线群定温线群、定熵线群的变化趋向如下图的变化趋向如下图 pOv定温

10、线群定温线群pOv定熵线群定熵线群 在在Ts图上，定温群和定熵线群图上，定温群和定熵线群各对应参数的大小很容各对应参数的大小很容易判断，而易判断，而定压线群、定容线群变化趋向定压线群、定容线群变化趋向如下图如下图 TOs定容线群定容线群 v1v2v3v 0TOs定压线群定压线群 p 0 u0 h0 h0w0w0wt0wt0q0u,h(T) w(v) wt(p) q(s)q0 膨胀功膨胀功 w 的正负判断的正负判断，以过起点的定容线为分界，以过起点的定容线为分界。在在Pv图上位于定容线的右方图上位于定容线的右方，Ts图上位于定容线的右下图上位于定容线的右下方的各过程线，比体积增大，工质膨胀对外做

11、功。方的各过程线，比体积增大，工质膨胀对外做功。 在在pv图和图和Ts图上画出与预分析的多变过程线从同图上画出与预分析的多变过程线从同一点出发的四条基本过程线，作为分析的参考线一点出发的四条基本过程线，作为分析的参考线 ； 技术功技术功 wt 的正负判断的正负判断，以过起点的定压线为分界，以过起点的定压线为分界。在在Pv图上位于定压线的下方图上位于定压线的下方，Ts图上位于定压线的右下图上位于定压线的右下方的各过程线，压力降低，工质对外输出技术功。方的各过程线，压力降低，工质对外输出技术功。 （3）过程中过程中值正负的判断方法值正负的判断方法（3）过程中过程中值正负的判断方法值正负的判断方法

12、的正负判断的正负判断，以过起点的定温线为分界，以过起点的定温线为分界。在在Pv图上位于定温线的右上方图上位于定温线的右上方，Ts图上位于定温线的上图上位于定温线的上方的各过程线，温度升高，工质的热力学能和焓增加。方的各过程线，温度升高，工质的热力学能和焓增加。 热量热量 q 的正负判断的正负判断，以过起点的定熵线为分界，以过起点的定熵线为分界。在在Pv图上位于定熵线的右上方图上位于定熵线的右上方，Ts图上位于定熵线的右图上位于定熵线的右方的各过程线，比熵增大，吸热，方的各过程线，比熵增大，吸热， q 为正。为正。（4）根据过程的要求，在 pv、Ts图上表示该过程 例如将工质例如将工质又膨胀、又

13、又膨胀、又吸热、又降温吸热、又降温的过程表的过程表示在示在 pv、Ts 图上图上上述过程可以写为：工质又膨胀上述过程可以写为：工质又膨胀（w 0）、又吸热又吸热（q 0）、又降温（、又降温（u0,h0或或T 0w 0工质又膨胀（工质又膨胀（w 0）、又吸热（）、又吸热（q 0）、）、又降温（又降温（u0,h0或或T0）的过程）的过程T0T0理想气体热力过程例题理想气体热力过程例题 例题例题4-24-2 在在温熵图温熵图中，如何将中，如何将理想气体理想气体在任意在任意两状态间两状态间内能的变化和焓的变化内能的变化和焓的变化表示出来表示出来? ? 分析分析 可逆过程中系统与外界交换的热量可以可逆过

14、程中系统与外界交换的热量可以用温熵图过程线下面的面积来表示。用温熵图过程线下面的面积来表示。只要只要内能的变化和焓的变化刚好表示为热量内能的变化和焓的变化刚好表示为热量，则，则内能的变化和焓的变化可以在温熵图上表示。内能的变化和焓的变化可以在温熵图上表示。对于可逆定压过程：对于可逆定压过程：对于可逆定容过程：对于可逆定容过程：TOsTOsu等等容容线线理想气体理想气体在任在任意两状态间意两状态间内内能的变化能的变化任任意意过过程程 1234123 4理想气体理想气体在任在任意两状态间意两状态间焓焓的变化的变化等等压压线线任任意意过过程程h卡诺定理卡诺定理n卡诺定理卡诺定理热力学第二定热力学第二

15、定律的推论之一律的推论之一定定理理：在在两两个个不不同同温温度度的的恒恒温温热热源源间间工工作作的的所所有有热热机机，以以可可逆逆热机热机的热效率为的热效率为最高。最高。卡诺定理小结卡诺定理小结1 1、在两个在两个不同不同 T 的的恒温热源恒温热源间工作的间工作的 一切一切可逆可逆热机热机 tR = tC 2、多热源间多热源间工作的一切可逆热机工作的一切可逆热机 tR多多 同温限间工作卡诺机同温限间工作卡诺机 tC 3、不可逆不可逆热机热机 tIR 同热源间工作同热源间工作可逆可逆热机热机 tR tIR 不可逆过不可逆过程程不可逆绝热过程，有不可逆绝热过程，有 从同一初始状态出发，经不可逆从同

16、一初始状态出发，经不可逆过程达到的终态与可逆时不一致过程达到的终态与可逆时不一致 特例特例1、从同一初始状态出发，经不可逆过程和可、从同一初始状态出发，经不可逆过程和可逆过程，终态压力相等，分析两过程的热力学能、逆过程，终态压力相等，分析两过程的热力学能、膨胀功（比体积）及熵的变化。膨胀功（比体积）及熵的变化。（理想气体）（理想气体）对于理想气体，由上述分析可知：对于理想气体，由上述分析可知：t2t2s ，v2v2s ；不不可可逆逆绝绝热热过过程程中中的的熵熵增增，是是由由于于过过程程中中存存在在不不可可逆逆因因素素引引起起的的耗耗散散效效应应，使使损损失失的的机机械械功功在在工工质质内内部部

17、重重新新转转化化为为热热能能( (耗耗散散热热) )被被工工质质吸吸收。这部分由收。这部分由耗散热产生的熵增量，叫做熵产耗散热产生的熵增量，叫做熵产 绝热闭口系绝热闭口系 熵产是过程不可逆程度的量度。熵产只增不熵产是过程不可逆程度的量度。熵产只增不减，极限情况（可逆过程）为零。减，极限情况（可逆过程）为零。 作功能力损失作功能力损失RQ1Q2WR卡诺定理卡诺定理 tR tIR可逆可逆T1T0IRWIRQ1Q2作功能力作功能力: :以环境为基准以环境为基准, ,系统可能作出的最大功系统可能作出的最大功假定假定 Q1=Q1 ， WR WIR 作功能力损失作功能力损失作功能力损失作功能力损失T1T0

18、RQ1Q2WIRWQ1Q2假定假定 Q1=Q1 ， W R WIR 作功能力损失作功能力损失2 2、熵增原理的实质、熵增原理的实质 n熵增原理阐明了过程进行的方向熵增原理阐明了过程进行的方向 n熵增原理给出系统达到平衡状态的判据。熵增原理给出系统达到平衡状态的判据。 n熵增原理只适用于孤立系统熵增原理只适用于孤立系统 热力学第二定律数学表达式小结热力学第二定律数学表达式小结 循环过程循环过程 闭口系统闭口系统 绝热闭口系绝热闭口系 孤立系统孤立系统 熵的小结：熵的小结：定义：定义：熵熵克劳修斯不等式克劳修斯不等式可逆过程可逆过程， ， 代表某一代表某一状态函数状态函数。比比熵熵熵的导出熵的导出

19、= = 可逆循环可逆循环 不可逆不可逆 S S与传热量与传热量的关系的关系热力学第二定律表达式之一热力学第二定律表达式之一对于循环对于循环克劳修斯不等式克劳修斯不等式除了传热除了传热, ,还有其它因素影响熵还有其它因素影响熵不可逆绝热过程不可逆绝热过程不可逆因素会引起熵变化不可逆因素会引起熵变化=0总是熵增总是熵增针对过程针对过程= = 可逆可逆 不可逆不可逆 ：不可逆过程：不可逆过程定义定义熵产：纯粹由不可逆因素引起熵产：纯粹由不可逆因素引起结论：结论：熵产是过程不可逆性大小的度量熵产是过程不可逆性大小的度量。熵流：熵流：永远永远热力学第二定律表达式之一热力学第二定律表达式之一熵流、熵产和熵

20、变熵流、熵产和熵变任意不可逆过程任意不可逆过程可逆过程可逆过程不可逆绝热过程不可逆绝热过程可逆绝热过程可逆绝热过程不易求不易求熵变的计算方法熵变的计算方法理想气体理想气体Ts1234任何过程任何过程熵熵变的计算方法变的计算方法非理想气体：查图表非理想气体：查图表固体和液体：固体和液体： 通常通常常数常数例：水例：水熵变与过程无关，假定可逆：熵变与过程无关，假定可逆：将将3kg温度为温度为0的冰的冰，投入盛有，投入盛有20kg温度为温度为50的水的水的闭口的闭口绝热容器中，已知水的比热容为绝热容器中，已知水的比热容为4.187 kJ/(kgK)，冰的融解，冰的融解热为热为335kJ/kg（不考虑

21、体积变化，环境温度（不考虑体积变化，环境温度20）。）。 求：求：1 1）达到热平衡时的温度）达到热平衡时的温度 2 2）绝热混合过程系统的熵变）绝热混合过程系统的熵变 3 3）绝热混合过程可用能的损失）绝热混合过程可用能的损失本题要点：本题要点：热力学第一定律热力学第一定律的应用，的应用，熵变熵变的计算，的计算，可可用能用能损失的计算损失的计算解：解：（1）平衡时的温度）平衡时的温度 由题意知，冰、水混合是在由题意知，冰、水混合是在闭口绝热闭口绝热设备中进行，且此设备中进行，且此热力过程和外界没有能量交换，故此系统为热力过程和外界没有能量交换，故此系统为孤立系统孤立系统。即：。即：热水放出的

22、热量被冰吸收。设混合平衡时的温度为热水放出的热量被冰吸收。设混合平衡时的温度为T2，则，则 34.187 (T2273.15 K) +3353=204.187 (323.15 KT2)解得：解得：T2 306.2 K （2 2）系统的熵增）系统的熵增 （3 3）可用能的损失）可用能的损失 可逆与不可逆可逆与不可逆 (例例1)可逆热机可逆热机2000 K300 K100 kJ15 kJ85 kJ 可逆与不可逆可逆与不可逆 (例例1)可逆热机可逆热机2000 K300 K100 kJ15 kJ85 kJ Scycle=0, Siso=0ST2000 K300 K 可逆与不可逆可逆与不可逆 (例例2

23、)2000 K300 K100 kJ15 kJ85 kJ不可逆热机不可逆热机83 kJ17 kJ由于膨胀时摩擦由于膨胀时摩擦摩擦耗功摩擦耗功 2kJ当当T0=300K作功能力损失作功能力损失I=T0 Siso= 2kJ 可逆与不可逆可逆与不可逆 (例例2)2000 K300 K100 kJ15 kJ85 kJ不可逆热机不可逆热机83 kJ17 kJ由于膨胀时摩擦由于膨胀时摩擦I= 2kJ I Scycle=0T0ST2000 K300 K Siso=0.0067可逆与不可逆可逆与不可逆 (例例3)有温差传热的可逆热机有温差传热的可逆热机2000 K300 K100 kJ16 kJ84 kJ10

24、0 kJ1875 K可逆与不可逆的深层含义可逆与不可逆的深层含义不可逆不可逆, 必然有熵产必然有熵产, 对应于作功能力损失对应于作功能力损失 试判断下列各情况的熵变是：试判断下列各情况的熵变是： a）正；正；b）负；负；c）可正可负；可正可负；d）零）零1）闭口系经历一可逆变化过程，系统与外界交换）闭口系经历一可逆变化过程，系统与外界交换 10kJ，热量，热量 - -10kJ，系统熵变系统熵变 。“-”2）闭口系经历一不可逆变化过程，系统与外界交换功量）闭口系经历一不可逆变化过程，系统与外界交换功量10 kJ，热量热量- -10kJ，系统熵变系统熵变 。“- -”or”+ +”3）在一稳态稳流

25、装置内工作的流体经历一不可逆过程）在一稳态稳流装置内工作的流体经历一不可逆过程,装置装置作作 功功20kJ，与外界交换热量与外界交换热量-15kJ，流体进出口熵变。流体进出口熵变。“+ +”or”- -”4）在一稳态稳流装置内工作的流体流，经历一可逆过程，装）在一稳态稳流装置内工作的流体流，经历一可逆过程，装 置作功置作功20kJ，与外界交换热量与外界交换热量-15kJ，流体进出口熵变。流体进出口熵变。“- -”5）流体在稳态稳流的情况下按不可逆绝热变化，系统对外作）流体在稳态稳流的情况下按不可逆绝热变化，系统对外作 功功10kJ，此开口系统的熵变。此开口系统的熵变。0A140155简答题简答

26、题1 1、系统经历了一不可逆过程，已知终态熵、系统经历了一不可逆过程，已知终态熵小于初态熵，能否判断该过程一定放出热小于初态熵，能否判断该过程一定放出热量，为什么？量，为什么？ 解：如果你认为系统是闭口系，由解：如果你认为系统是闭口系，由则有则有必定放热必定放热简答题简答题1 1、系统经历了一不可逆过程，已知终态熵、系统经历了一不可逆过程，已知终态熵小于初态熵，能否判断该过程一定放出热小于初态熵，能否判断该过程一定放出热量，为什么？量，为什么？ 解：如果认为系统是开口系，据题意有解：如果认为系统是开口系，据题意有2 2、由于绝热压缩过程不向外散热，能否说、由于绝热压缩过程不向外散热，能否说绝热

27、压缩过程所消耗的压缩轴功最少？绝热压缩过程所消耗的压缩轴功最少？解：可以看出绝热压缩耗功最大。可以看出绝热压缩耗功最大。也可以具体求等温、多变、绝热压缩过程的也可以具体求等温、多变、绝热压缩过程的技术功表达式技术功表达式，比较一下大小。，比较一下大小。3、已知、已知p-v图，请画出图，请画出T-s图图Tpv 某理想气体经历某理想气体经历4个过程，如个过程，如T-s图。图。1）将各过程画在）将各过程画在p-v图上；图上；2）指出过程加热或放热，膨胀或压缩。）指出过程加热或放热，膨胀或压缩。解：解：1-31-21-41-5A510144边压缩、边放热边压缩、边放热边膨胀、边放热边膨胀、边放热边膨胀

28、、边吸热边膨胀、边吸热边膨胀、边吸热、边降温边膨胀、边吸热、边降温4、水在、水在0.2MPa压力不变的情况下，由压力不变的情况下，由20升温到升温到150的热力过程画在的热力过程画在 p-v，T-s 图上。图上。 本题要点：本题要点：水变为水蒸气的过程是有相变的水变为水蒸气的过程是有相变的过程，先应求出饱和温度，确定其状态过程，先应求出饱和温度，确定其状态压力压力0.2MPa，饱和温度为，饱和温度为120.24 ，此过程包，此过程包括水升温，相变和蒸汽过热三个阶段。括水升温，相变和蒸汽过热三个阶段。p-v，T-s 图如下：图如下：342pv10.2MPa2Ts134293.15K393.39K

29、423.15K 已知大气压已知大气压 pb=101 325 Pa，U型管内型管内 汞汞柱高度差柱高度差H = 300 mm，气体表气体表B读数为读数为0.254 3 MPa，求：求：A室压力室压力pA及气压表及气压表A的读数的读数peA解：解：计算题计算题A4001441A4001441 煤气表上读得煤气消耗量是煤气表上读得煤气消耗量是68.37 m3，使用期间煤气使用期间煤气表的平均表压力是表的平均表压力是44 mmH2O，平均温度为平均温度为17 ，大气平均压，大气平均压力为力为751.4 mmHg，求：求： 1）消耗多少标准）消耗多少标准m3的煤气；的煤气； 2）其他条件不变，煤气压力降

30、低到）其他条件不变，煤气压力降低到30 mmH2O，同同 样读数样读数相当于多少标准相当于多少标准m3 煤气；煤气； 3）其它同）其它同1）但平均温度为）但平均温度为30 ，又如何？，又如何？ 1）由于压力较低，故煤气可作理想气体）由于压力较低，故煤气可作理想气体解：解：A4111332）3）强调：强调：气体气体p,T 改变改变,容积改变容积改变,故故以以V 作物量单位作物量单位, 必与条件相连必与条件相连。 任何气体，只要压力很低，都可以作为理想气体。有时尽管任何气体，只要压力很低，都可以作为理想气体。有时尽管并不知道气体常数，但气体常数只与气体种类有关而与气体的状并不知道气体常数，但气体常

31、数只与气体种类有关而与气体的状态无关，所以常常可以利用在标准状态和使用状态的状态方程式态无关，所以常常可以利用在标准状态和使用状态的状态方程式消去未知的气体常数。消去未知的气体常数。A4111331 kg 空气从空气从0.1 MPa，100 变化到变化到0.5 MPa，1000 ；2）空气且压力不太高，作理想气体处理空气且压力不太高，作理想气体处理a)取定值比热容取定值比热容A411197求：求：1）解：解：b)b)取平均比热直线取平均比热直线附表附表6A411197c) 取平均比热表取平均比热表附表附表5A411197d)气体热力性质表气体热力性质表附表附表7A411197定比热定比热: :

32、 u = 646.2 kJkg; h = 904.5 kJ/kg平均比热直线平均比热直线 : u = 729.9 kJkg; h = 988.1 kJ/kg平均比热表平均比热表: u = 732.1 kJ/kg; h = 990.4kJkg气体热力性质表气体热力性质表 : u = 731.6 kJ/kg;h =989.9 kJ/kg2）上述计算与压力变化无关）上述计算与压力变化无关？讨论：讨论：1）定比热误差较大。）定比热误差较大。汇总：汇总： 本例中虽然给出了初态和终态的压力，但在解题过程没有本例中虽然给出了初态和终态的压力，但在解题过程没有涉及压力，因为理想气体的焓和热力学能只与温度有关，

33、不论涉及压力，因为理想气体的焓和热力学能只与温度有关，不论什么过程，只要初、终态温度相等，它们的焓变及热力学能变什么过程，只要初、终态温度相等，它们的焓变及热力学能变分别相等。但是对于实际气体而言，只有定容过程的分别相等。但是对于实际气体而言，只有定容过程的 才等于才等于定容过程的热量，只有定压过程的定容过程的热量，只有定压过程的 才等于定压过程的热量，才等于定压过程的热量，其它过程的其它过程的 不等于不等于 ，其它过程的，其它过程的 也不等也不等 。 A411197 某种理想气体作自由膨胀，某种理想气体作自由膨胀，求：求：s12。方法一方法一容器刚性绝热，气体作自由膨胀容器刚性绝热，气体作自

34、由膨胀即即T1=T20A9101331理想气体理想气体解：解：又又因为是闭口系，因为是闭口系，m 不变，而不变，而V2 = 2V10上述两种结论哪一个对？为什么？上述两种结论哪一个对？为什么？为什么熵会增加？为什么熵会增加？既然既然?方法二方法二A9101331 1）必须可逆必须可逆2）熵是状态参数，故用可逆方法推出的公式也）熵是状态参数，故用可逆方法推出的公式也 可用于不可逆过程。可用于不可逆过程。3）不可逆绝热过程的熵变大于零。）不可逆绝热过程的熵变大于零。结论：结论： 本例中取全部气体为系统，过程中边界是移动的，没有能本例中取全部气体为系统，过程中边界是移动的，没有能量越过边界，所以没有

35、功和热量的传输；虽然过程不可逆，但量越过边界，所以没有功和热量的传输；虽然过程不可逆，但初、终态均为平衡状态，所以其熵变可由理想气体熵变计算式初、终态均为平衡状态，所以其熵变可由理想气体熵变计算式计算；虽然自由膨胀过程中无热量交换，但按熵的定义中规定计算；虽然自由膨胀过程中无热量交换，但按熵的定义中规定可逆微元过程的热量与换热时系统的温度之比才是系统在该过可逆微元过程的热量与换热时系统的温度之比才是系统在该过程中的熵变。本例是不可逆过程，不可逆过程的热量与换热时程中的熵变。本例是不可逆过程，不可逆过程的热量与换热时系统的温度之比仅仅是热温比，并不是熵变。不可逆绝热过程系统的温度之比仅仅是热温比

36、，并不是熵变。不可逆绝热过程的熵变必定大于零，在第五章有较为详细的讨论。的熵变必定大于零，在第五章有较为详细的讨论。 A9101331 1 kg 空气从初态空气从初态 p1 = 0.1 MPa，t1 = 100 ，经历某，经历某种变化后到终态种变化后到终态 p2 = 0.5 MPa，t2 = 1 000 ， 取取 1）定比热容定比热容 ；2）变比热容）变比热容, 求：熵变求：熵变解：解：1）A41115512）查表查表A4111551 0.5 kmol某种单原子理想气体某种单原子理想气体 ，由，由25 ，2m3 可逆绝热膨可逆绝热膨胀到胀到1 atm，然后在此状态的温度下定温可逆压缩回到然后在

37、此状态的温度下定温可逆压缩回到2 m3。1）画出各过程的画出各过程的p-v图及图及T-s图；图；2）计算整个过程的）计算整个过程的Q，W，U， H 及及S。2）先求各状态参数）先求各状态参数解：解：A4011551）A401155理想气体等温过程理想气体等温过程 ：热量：热量= =膨胀功膨胀功= =技术功技术功放热放热A401155A401155 封闭气缸中气体初态封闭气缸中气体初态p1 = 8MPa，t1 =1 300，经可，经可逆多变膨胀过程变化到终态逆多变膨胀过程变化到终态p2= 0.4 MPa，t2= 400。已知该气体的气体常数已知该气体的气体常数Rg=0.287 kJ/(kgK)，

38、试判断气，试判断气体在该过程中各是放热还是吸热的？气体比热容为常体在该过程中各是放热还是吸热的？气体比热容为常数，数，cV= 0.716 kJ/(kgK)。解：解：A412155对初，终态用理想气体状态方程式对初，终态用理想气体状态方程式1到到2是可逆多变过程，多变指数是可逆多变过程，多变指数多变过程膨胀功和热量多变过程膨胀功和热量吸热过程吸热过程A412155 0.1 MPa，20 的空气在压气机中绝热压缩升压升温后导入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，再进入喷管膨胀到换热器排走部分热量，再进入喷管膨胀到0.1 MPa、20。喷管。喷管出口截面积出口截面积A = 0.

39、032 4 m2，气体流速，气体流速cf2 = 300 m/s。已知压气机。已知压气机耗功率耗功率710 kW，问换热器中空气散失的热量。问换热器中空气散失的热量。A4312661解：解：对对 CV 列能量方程列能量方程流入：流入：流出：流出：内增：内增： 0A4312661或据稳定流动能量方程或据稳定流动能量方程强调：黑箱技术强调：黑箱技术据据题义，题义，忽略位能差忽略位能差A4312661 某某项项专利申请书上提出一种热机，从专利申请书上提出一种热机，从167 的热源接受热量，的热源接受热量，向向7 冷源排热，热机每接受冷源排热，热机每接受1 000 kJ热量，能发出热量，能发出0.12

40、kWh 的电力。请判定专利局是否应受理其申请，为什么？的电力。请判定专利局是否应受理其申请，为什么？解：解：故故不违反第一定律不违反第一定律 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，以可逆机效率最高热机，以可逆机效率最高A440155从申请是否违反自然界普遍规律着手从申请是否违反自然界普遍规律着手违反卡诺定理，所以不可能违反卡诺定理，所以不可能或或违反卡诺定理，所以不可能违反卡诺定理，所以不可能A440155 6、 某循环在某循环在700 K的热源及的热源及400 K的冷源之间工作，的冷源之间工作，如图所示，试判别循环是热机循环还是制冷

41、循环，可如图所示，试判别循环是热机循环还是制冷循环，可逆还是不可逆逆还是不可逆?解：解：据第一定律据第一定律A443233违反克劳修斯积分不等式，不可能违反克劳修斯积分不等式，不可能(b)改设为逆向的制冷循环改设为逆向的制冷循环符合克氏不等式，所以是不可逆的制冷循环符合克氏不等式，所以是不可逆的制冷循环方法方法1: (a)设为热机循环设为热机循环A443233方法方法2 ： (a)设为热机循环设为热机循环(b)设设为为制冷循环制冷循环不可能不可能可能，但不可逆可能，但不可逆A443233 注意：注意： 1）任何循环（可逆，不可逆；正向，反向）第一定律都）任何循环（可逆，不可逆；正向，反向）第一

42、定律都适用。故判断过程方向时仅有第一定律是不够的；适用。故判断过程方向时仅有第一定律是不够的； 2）热量、功的）热量、功的“+ +”、“- -”均基于系统，故取系统不同均基于系统，故取系统不同可有正负差别；可有正负差别； 3）克氏积分）克氏积分中，中，不是工质微元熵变不是工质微元熵变A443233 利用孤立系统熵增原理证明下述循环发动机是不可能制成的利用孤立系统熵增原理证明下述循环发动机是不可能制成的: 它从它从167 的热源吸热的热源吸热1 000 kJ向向7 的冷源放热的冷源放热568 kJ，输出循输出循环净功环净功432 kJ。证明：证明：所以该热机是不可能制成的所以该热机是不可能制成的

43、取热机、热源、冷源组成闭口绝热系取热机、热源、冷源组成闭口绝热系A340133 用温度为用温度为500K的恒温热源加热的恒温热源加热1atm的饱和水，使之定压的饱和水，使之定压汽化为汽化为100的饱和干蒸汽，求：的饱和干蒸汽，求： （1）该过程中工质的熵变如何计算？）该过程中工质的熵变如何计算？ （2）过程中熵流和熵产。）过程中熵流和熵产。解：解：（1）由表列数据）由表列数据A4221441查饱和水和水蒸气表查饱和水和水蒸气表或或因为饱和水汽化过程因为饱和水汽化过程（2）由闭口系熵方程）由闭口系熵方程或或A4221441 气缸内储有气缸内储有1 kg空气，分别经可逆等温及不可逆等温，由初空气，

44、分别经可逆等温及不可逆等温，由初态态p1= 0.1 MPa，t1= 27 压缩到压缩到p2= 0.2MPa，若不可逆等温压若不可逆等温压缩过程中耗功为可逆压缩的缩过程中耗功为可逆压缩的120%，确定两种过程中空气的熵增，确定两种过程中空气的熵增及过程的熵流及熵产。（空气取定比热容，及过程的熵流及熵产。（空气取定比热容， t 0 = 27 ）解：解：可逆等温压缩可逆等温压缩A4412553不可逆等温压缩不可逆等温压缩由于初终态与可逆等温压缩相同由于初终态与可逆等温压缩相同A4412553 1 kg p = 0.1 MPa，t1= 20的水定压加热到的水定压加热到90 ，若若热源热源R温温度度Tr

45、恒为恒为500 K，环境温度环境温度T0=293 K，求：求： （1）水的熵变）水的熵变; （2）分别以水和热源）分别以水和热源R为系统求此加热过程的熵流和熵产。为系统求此加热过程的熵流和熵产。解：解：A442265已知水已知水（1）定压加热）定压加热（2）取水为系统）取水为系统 闭口系闭口系A442265取取热源热源R为系统为系统闭口系闭口系A442265讨论：讨论： 传热过程的传热过程的熵产熵产可任取吸、放热物体为系统计算。可任取吸、放热物体为系统计算。 在（在（1）中）中即热源熵减少，流向水，但即热源熵减少，流向水，但所以在传热过程熵产生出来，补偿差值所以在传热过程熵产生出来，补偿差值熵产。熵产。A442265