(01)第一章 习题讲解 热工基础.ppt

2020 1 25 1 第一章习题讲解 2020 1 25 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 2020 1 25 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 2020 1 25 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 2020 1 25 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 2020 1 25 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 2020 1 25 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 2020 1 25 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 2020 1 25 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 2020 1 25 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98kPa 若压力表B和C的读数分别为75kPa和0 11MPa 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24kPa 压力表B的读数为36kPa 试问如果表A有读数 则表A是什么表 其计数为多少 2020 1 25 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98kPa 若压力表B和C的读数分别为75kPa和0 11MPa 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24kPa 压力表B的读数为36kPa 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 11 103 208 kPa 又p p pg B则p p pg B 208 75 133 kPa 由p pb pg A得pg A p pb 133 98 35 kPa 2 由表B为压力表知 p p 又由表C为真空表知 p pb 从而有 pb p p 若表A有读数 则A表一定是真空表 有p pb pv C p pg B pb pv A pg B则 pv A pg B pv C 36 24 60 kPa 2020 1 25 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 2020 1 25 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 600kPa V1 0 3m3 问当系统体积膨胀至V2 0 5m3时对外作功为多少 2020 1 25 14 例6 一热力系统发生状态变化 压力随体积的变化关