第二章习题讨论课

1、第二章第二章 热力学第一定律热力学第一定律讨论课讨论课 Discussion思考题思考题 工质膨胀是否一定对外作功？工质膨胀是否一定对外作功？自由膨胀自由膨胀定容过程是否一定不作功？定容过程是否一定不作功？开口系，技术功开口系，技术功定温过程是否一定不传热？定温过程是否一定不传热？相变过程（冰融化，水汽化）相变过程（冰融化，水汽化）twvdp水轮机水轮机0气体边膨胀边放气体边膨胀边放热是可能的？热是可能的？tQH W对工质加热，其温度反而降低，对工质加热，其温度反而降低，这种情况不可能？这种情况不可能？QU W00思考题思考题 1212aUU121 2aWW1 21 21 2aaaQUW121

2、212QUW121 2aQQ121 2tt aWW121 2aHH 121212tQHW1 21 21 2aat aQHW思考题思考题 1、一个活塞装置中工质经历了一个活塞装置中工质经历了2 2个可逆过程。从状态个可逆过程。从状态1 1变化到变化到状态状态2 2，气体吸热，气体吸热500KJ500KJ，活塞对外做功，活塞对外做功800KJ800KJ。从状态。从状态2 2变化变化到状态到状态3 3是一个定压的压缩过程，压力为是一个定压的压缩过程，压力为P P400Kpa400Kpa，气体向，气体向外散热外散热450KJ450KJ。并且已知。并且已知U1U12000KJ2000KJ，U3U3350

3、0KJ3500KJ，试计算状，试计算状态态2 2变化到状态变化到状态3 3过程中工质体积的变化。过程中工质体积的变化。 23是一个定压过程，因此其膨胀功可以表示为 对于过程12，有对于过程23，有322322)(VVpdVpWKJWQUUWQUUU170080050020001212121212122132232332322323232332625. 54002250225045035001700mPWVKJUQUWWQUUU 2、绝热容器A和B，装有同种理想气体。已知A容器中的气体状态为TA，PA和VA，B容器中的气体状态为TB，PB和VB，比热容Cv可以看成常量，比热力学能与温度满足uCv

4、T。若管路和阀门均绝热，求打开阀门，连通A和B两个容器，待压力相等后，A、B容器内气体的最终温度和压力。gBBgAAvBAtotalVgBBBBVBBBgBBBVgAAAAVAAAgAAARVPRVPcUUUcRVPUTcmUTRVPmcRVPUTcmUTRVPm混合前：将A和B容器内的气体共同视为一个系统，显然该系统为闭口系统。又工质经历了一个绝热过程，并且没有对外做功因此系统内能没有变化BABBAAavgABBBAABBAABAvBgBBAgAAgBBgAAvavgtotalvBAavgvavgBAVVVPVPTVPTVPVPVPTTcTRVPTRVPRVPRVPcTUUcmmUTcTmm

5、UP1total1total1total方程可知：前后质量不变，由状态由于是同种气体混合，变：又由于混合前后内能不混合后： 3、空气在某个压气机中被压缩，压缩前空气的状态参数是p1=0.1Mpa，v1=0.845m3/kg，压缩后的状态参数是p2=0.8Mpa，v2=0.175m3/kg。假设在压缩过程中，1kg空气的热力学能增加146kJ,同时向外界释放热量50kJ,压气机每分钟生成的压缩空气10kg。求： （1）压缩过程中对每公斤气体所做的功； （2）每生产1kg的压缩空气所需的功； （3）带动此压气机至少需要多大功率的电动机？（1）压缩过程中进气阀和出气阀均关闭，取气缸中气体为系统，利用

6、闭口系统能量方程。 w=q-u=-50-146=-196kJ/kg（2）生成压缩过程中，进气阀和出气阀需要不断开启，取气缸内空间为系统，利用开口系统能量方程。 wt=q-h=q-u-pv=-196-0.8103kpa0.175m3/kg -0.1103kpa0.845m3/kg =-251.5kJ/kg（3）电机的功率。 P=mfluxwt=10kg/60s 251.5kJ/kg=41.9kW蒸汽轮机蒸汽轮机/ /燃气轮机做功问燃气轮机做功问题题 书本上的例题书本上的例题 2-22-2充气问题充气问题 书本例题书本例题 2-32-3储气罐原有气体储气罐原有气体m0,u0输气管状态不变，输气管状

7、态不变，h经经 时间充时间充气，关阀气，关阀储气罐中气体储气罐中气体m求：求：储气罐中气体储气罐中气体内能内能u 忽略动、位能变化，且管路、忽略动、位能变化，且管路、储气罐、阀门均绝热储气罐、阀门均绝热m0,u0h四种可取系统四种可取系统1）取储气罐为系统取储气罐为系统开口系开口系2）取最终罐中气体为系统取最终罐中气体为系统闭口系闭口系3）取将进入储气罐的气体为系统取将进入储气罐的气体为系统m0,u0h闭口系闭口系4）取储气罐原有气体为系统取储气罐原有气体为系统闭口系闭口系1)1)取取储气罐为储气罐为系统系统( (开口系开口系) )忽略动位能变化忽略动位能变化hcvnet2outout2ini

8、nd/2/2QEWhcgzmhcgzm绝热绝热无作功部件无作功部件无离开气体无离开气体cvin0dEh mcvindUh m1)1)取取储气罐为储气罐为系统系统( (开口系开口系) )经经 时间充气，积分概念时间充气，积分概念hh是常数是常数cvindUh m0 00cvinmumm umdUh m000()mum uh mm000()h mmm uum2 2）取最终罐中气体为系统）取最终罐中气体为系统( (闭口系闭口系)hm0m-m0QUW 绝热绝热000()Umum umm u0()Wmmpv 0000()()0mum umm ummpv000()0mum umm h000()h mmm

9、uumm-m03 3）取将进入储气罐的气体为系统）取将进入储气罐的气体为系统( (闭闭口系口系)m0hm-m0QUW m0与与m-m0有温差传热有温差传热Q100() ()Umm umm u01()WmmpvW m-m0对对m0作功作功W110001() ()()Qmm umm ummpvW1001() ()Qmm umm hW?m-m04 4）取储气罐）取储气罐原有原有气体为系统气体为系统( (闭口闭口系系)m0hm-m0QUW m0与与m-m0有温差传热有温差传热Q1000Um um um0得得m-m0作功作功W110001Qm um uW1001() ()Qmm umm hW?11QQ 11WW 4 4）取储气罐）取储气罐原有原有气体为系统气体为系统( (闭口闭口系系)m0hm-m010001Qm um uW1001() ()Qmm umm hW11QQ 11WW 1111()QWQW 00000() ()()mm umm hm um u 000()mum umm h000()h mmm uum利用热一律的文字表达式利用热一律的文字表达式进进 出出 内能变化内能变化h内能变化：内能变化：0()mm h000()h mmm uum取储气罐为系统取储气罐为系统( (开口系开口系) )进：进：出：出：000mum um0,u0若若m00，m0,u0h000