习题讲解热工基础.ppt

2019/8/1,1,第一章 习题讲解,2019/8/1,2,例1：试说明平衡状态与稳定状态的关系。铜棒的一端与高温热源接触，另一端与低温热源接触，经历一段时间后，铜棒内各截面的温度不再随时间变化，试问铜棒是否处于平衡态？,2019/8/1,3,例1：试说明平衡状态与稳定状态的关系。铜棒的一端与高温热源接触，另一端与低温热源接触，经历一段时间后，铜棒内各截面的温度不再随时间变化，试问铜棒是否处于平衡态？ 答：（1）稳定状态是指状态参数不随时间改变，但这种不变可能是靠外界影响来维持的。平衡状态是指不受外界影响时状态参数不随时间变化。两者既有区别，又有联系，平衡必稳定，稳定未必平衡。 （2）取铜棒为封闭系统，铜棒内各截面温度虽不随时间变化，即铜棒达到了稳定状态，但受到高温热源与低温热源的外部作用，铜棒内各截面的温度不等，所以并没有处于平衡状态。 如果高温热源与低温热源均为有限热源，则最终两热源温度相等，铜棒内各截面的温度必定要随时间发生变化，直到温度均匀为止。此时，铜棒处于平衡状态。,2019/8/1,4,例2： 判断下列过程是否可逆过程，并简要说明理由： 对刚性容器内的水加热，使其在恒温下蒸发； 对刚性容器内的水做功，使其在恒温下蒸发； 对刚性容器内的空气缓慢加热，使其从50升温到75； 100的蒸汽流与25 的水流绝热混合； 一定质量的空气在无摩擦、不导热的气缸中被活塞缓慢压缩。,2019/8/1,5,例2： 判断下列过程是否可逆过程，并简要说明理由：对刚性容器内的水加热，使其在恒温下蒸发；对刚性容器内的水做功，使其在恒温下蒸发； 对刚性容器内的空气缓慢加热，使其从50升温到75；100 的蒸汽流与25 的水流绝热混合；一定质量的空气在无摩擦、不导热的气缸中被活塞缓慢压缩。 答：（1）若热源温度与水温相等（或温差无限小），是可逆过程；若二者不等，则存在“温差传热”这一不可逆因素，便是不可逆过程。 （2）对刚性容器内的水做功，只能是搅拌功，则有粘性摩擦阻力的耗散效应存在，因而是不可逆过程。 （3）若热源温度与空气温度随时相等或随时保持无限小的温差，是可逆过程；否则，存在“温差传热”这一不可逆因素，便是不可逆过程。 （4）高温的蒸汽流与低温的水流绝热混合，显然二者之间存在“温差传热”这一不可逆因素，是不可逆过程。 （5）缓慢压缩意味着外压与气体压力时刻保持相等，是可逆过程。,2019/8/1,6,例3：试说明可逆过程与准静态过程的区别与联系。 系统经历了不可逆过程后，能否恢复到初始状态？,2019/8/1,7,例3：试说明可逆过程与准静态过程的区别与联系。 系统经历了不可逆过程后，能否恢复到初始状态？ 答：（1）两者均要求由一系列连续的瞬时平衡状态组成，都可以通过状态参数坐标图上的线函数表示；准静态过程只要求系统内部的状态变化要时刻保持平衡状态，不涉及系统外部的变化；可逆过程则不仅要求系统内部的变化必须是可逆的，还要求系统与外界发生作用时也是可逆的，即系统内部和外部必须都是可逆的。可逆过程必须是准静态过程，而准静态过程不一定是可逆过程。 （2）能。只是必须在环境留下痕迹。,2019/8/1,8,例4：状态参数具有什么特征？系统的状态变了，是否所有状态参数都必须改变？,2019/8/1,9,例4：状态参数具有什么特征？系统的状态变了，是否所有状态参数都必须改变？ 答：（1）状态参数的特征是：状态一定，状态参数的数值也随之确定；当系统的状态发生变化时，状态参数的变化量仅与初始、终了状态有关，而与变化所经历的途径无关；系统经循环过程复原时，状态参数的变化量为零。 （2）当系统的状态变化时，必然有状态参数发生变化，但并不是所有的状态参数都必须改变。例如系统沿着定压线变化时，虽然状态变化了，但状态参数压力没有变化。,2019/8/1,10,例5：某刚性容器被一个刚性壁分成、两部分。在容器的不同部位装有压力计，如图所示。设大气压力为98 kPa。若压力表B和C的读数分别为75 kPa和0.11 MPa，问压力表A的读数是多少？容器两部分的工质绝对压力为多少？若表C 为真空表，读数为24 kPa，压力表B的读数为36 kPa，试问如果表A有读数，则表A是什么表？其计数为多少？,2019/8/1,11,例5：某刚性容器被一刚性壁分成、两部分。在容器的不同部位装有压力计，如图所示。设大气压力为98 kPa。若压力表B和C的读数分别为75 kPa和0.11 MPa，问压力表A的读数是多少？容器两部分的工质绝对压力为多少？若表C 为真空 表，读数为24 kPa，压力表B的读 数为36 kPa，试问如果表A有读数， 则表A是什么表？其计数为多少？ 解：(1) p = pb + pg,C = 98 + 0.11103 = 208 (kPa) 又 p= p+ pg,B 则 p= ppg,B = 20875 = 133 (kPa) 由 p = pb + pg, A 得 pg,A = ppb = 13398 = 35 (kPa) (2) 由表B为压力表知，pp；又由表C为真空表知，ppb。 从而有： pb pp 若表A有读数，则A表一定是真空表，有 p= pbpv,C = p+ pg,B = (pbpv,A) + pg,B 则： pv,A = pg,B + pv,C = 36+24 = 60 (kPa),2019/8/1,12,分析讨论： （1）在工程实际中，无论是用压力表还是真空表，测得的都是工质的绝对压力与环境压力之差，而不是工质的真实压力； （2）在计算绝对压力时所用的环境压力并非一定是大气压力。此环境压力是指测压差仪表所处的空间压力，既可以是大气压力pb，如本题中表A、C所处的空间压力，也可以是某个空间的压力，如本题中的表B，其环境压力为p。,2019/8/1,13,例6：一热力系统发生状态变化，压力随体积的变化关系为 pV1.3 = 常数。若热力系统的初态为 p1 = 600 kPa、V1 = 0.3 m3，问当系统体积膨胀至 V2 = 0.5 m3 时对外作功为多少？,2019/8/1,14,例6：一热力系统发生状态变化，压力随体积的变化关系为 pV1.3 = 常数。若热力系统的初态为 p1 =