工程热力学第三版曾丹苓第二章习题及答案

1、热力学第二章习题及答案二、选择题1、表迗式 6 q=du+ 6 w c 。(a) 适用于任意热力过程；(b) 仅适用于准静态过程；(c) 仅适用于闭口系统中的热力过程。2、表迗式6 q=du+pdv适用中的a-> (a,)闭口系；(b,)开口系；(q)闭口及开口系；(a2)准静过程；(b2)任意热力过程；(c2)非准静过程。3、任意准静或非准静过程中气体的膨胀功均可用1计算。(a) pdv； (b) psurrdv； (c) d(pv) <>4、在正循环中生零，同时零。在逆循环中pei零， 且c零(a)大于；(b)等于；(c)小于。2-10.5kg的气体，在汽缸活塞机构中由初

2、态p,=0. 7mpa.v.=0. 02ni3.准静膨胀到v2=0. 04m3。试确定在下列各过程中气体完 成的功量及比功量；(1) 定压过程；(2) pv2=常数。解：(1)由准平衡过程体积变化功的表迗式，当为定压过程时: w=pav=0. 7x 106x0. 02=14000 j=14 kj比功量 w= pav=w/m= 14000/0. 5=28000 j=28 kj(2) pv2=0. 7x 10bx0 02j=280 j m3 由准平衡过程体积变化功的表迗式=7000 j=7 kj比功量 w= pav=w/m=7000/0. 5=14000 j=14 kj2 2为了确定高压下稠密气体

3、的性质，取2kg气体在25mpa下 从350k定压加热到370k,气体初终状态下的容器分别为0. 03 m3 及0.035 m3，加入气体的热量为700kj,试确定初终状态下的热 力学能之差。解：由准平衡过程体积变化功的表达式，当为定压过程时： w=pav=25x 106x0. 005=125000 j w=125kju二q-w=700-l25=525 kj2-3气体在某一过程中吸入热量12kcal，同时热力学能增加了 20kcal,问此过程是膨胀过程还是压缩过程？对外交换的功量为多少？解：是压缩过程，6w=6q-au=12-20=-8(kcal)2-4 lkg 空气由 p.mpa. tsoo

4、r膨胀到 p2=0. impa、t2=500°c， 得到热量506kj,作膨胀功506kj .又在同一初态及终态间作 第二次膨胀，仅加入热量39. 1kj,求：(1) 第一次膨胀中空气热力学能增加多少？(2) 第二次膨胀中空气热力学能增加多少？(3) 第二次膨胀中空气作了多少功？解：(1) a u,= 8 q,- 8 %=506-506=0(2) 空气热力学能au为状态函数，只与始、终态有关，故 u2=0(3) 6 w2= 5 q2- au2=39. 1-0=39. 1 (kj)2-5闭系中实施某过程，试填补表中空缺的数据。2-6 某气体服从状态方程p(y-b) = rgto式中，r

5、g为气体常数， b为另一常数，且对于任何v存在0<b>v。(a)导出每千克气 体从始态体积v，.膨胀到终态体积所作准静态功的表达式; (b)如果气体是理想气体，进行同祥的过程所作的功是多些 还是少些？过e序sq"w/je1/je2/jae/j12413-45-837-8108062-1833717-1282041882636105-81328721623-11197-12(b)rgtin(v,因为v,比&大，所以w>0即理想气体作的功要少。2-7如图2-18所示，某封闭系统沿a-c -b途径由状态a变化到状态b时，吸入热量84kj,对外 做功32kjo(1)

6、 若沿途径a - d - b变化是 对外做功10kj,求此时进入系统的 热量。(2) 当系统沿曲线途径从b返回 到初始状态a时，外界对系统做功20kj.求此时系统与外界 交换的热量和热流的方向。(3) un=0、ud=42kj时，过程a - d和d - b中系统与外 界交换的热量又是多少？解：(1)由能量守恒定律，途径 a-c-b:l=q1-w.1_c.b=84-32=52kj途径 a-d-b： q.=u+wa_d_b=52+10=62kj 即途径a-d-b时，进入系统的热量为62kj。(2)从 b-a: q3=u+h；_=-52-20=-72kj即系统向外界放热72kj.(3)由 u=52k

7、j、u=0. ud=42kj 则：ub=52kj、u“=42kj、udb=10kj 途径d-b是等体积过程，不做功。则：wd.b=0即ww=wa-d q.-d=u-d+wild=42+10=52kjqd-b=ud_b+0=10kj2-8某蒸汽动力厂中，锅炉以40x10kg/h的蒸汽供给汽轮机。 汽轮机进口处压力表上读数为9mpa，蒸汽的比焓为3440kj/kg, 汽轮机出口处真空表上读数为730.6mm汞柱高，当时当地大气压 是760nun汞柱髙，出口蒸汽的比焓为2245kj，汽轮机对环境故 热 685x105kj/h。(1) 汽轮机进出口蒸汽的绝对压力各是多少？(2) 若不计蒸汽进、出口的宏

8、观动能的差值和重力位能的差值， 汽轮机的功率是多少(kw)?(3) 进、出口处蒸汽的速度分别是70m/s及140m/s,对汽轮机的 功率影响多大？(4) 如进、出口的高度差为1.6m,问对汽轮机的功率有多大影响？解：(1)pb=13595kg/m3x9. 8m/s2x0 76m x 10 * =0. loimpape+ pb=9+0. 101=9. loimpap 出=pb-pv= 13595kg/mjx9. 8m/s2x (0. 76 m -0. 7306 m) x 1(t =0.00392mpa(2) ql.2= (h2-h 1) + (cx) /2+g (z2-zt) +w 卜 2由題意

9、知：p = ch_2 -(h2-hl)=-6. 85 x 105kj/h- (2245kj/kg-3440kj/kg) x40x 103kg/h =471. 15x105kj/h=13087kw(3) zi)二m(c22-c3/2=40 x 103x (1402-702)/2/3600kw=81. 66kw(4) ap=mg(z2-z,) =40x 10j kg/h x 9. 8m/s2 x 1. 6m/3600s=0. 1743kw2-9某冷凝器内的蒸汽压力为0. 08at。蒸汽以100m/s的速度逬入冷凝器，其焓为500kal/kg，蒸汽冷却为水后其焓为 41.6kal/kg,流出冷凝器时

10、的速度为10m/s。问每千克蒸汽在 冷凝器中故出的热量是多少(kj)?解：已知能量方程式：ah + 1 /2mac +mgaz +wrh>l mgaz=o wlwl:0a/i=41.6-500=-458. 4kal/kg=-458. 4x4. 2=-1925. 28kj/kg1/2ac;=o. 5x (1002-103) =4. 95kj/kgq- a/7 +1/2ac;=-1925. 28+4. 95=1920. 33 kj/kg由计算知1/2ac的值远小于ah的值，所以1/2ac可以忽咯。2-10某燃气轮机装置如图所示。已知hj=286kj/kg的燃料和空气的混合物，在截面1处以20

11、m/s的速度进入燃烧室，并在定压下燃烧，使工质吸 入热量q=879kj/kg。燃烧后燃气进入喷管，绝热膨胀到状态3, h:l=502kj/kg，流速增加到cf3。此后燃气进入动叶，推动转轮回 转作功。若燃气在动叶中的热力状态不变，最后离开燃气轮机时 的速度cf3=150m/s,求：(1) 燃气在喷管出口的流速0;(2) 每千克燃气在燃气轮机中所作的功;(3) 燃气流量为5. 23kg/s时，燃气轮机的功率(kw)解：(1)取截面1, 3间流体为热力系，为稳流情况下的开口系。对于每千克流体列能量方程a/i +ac3 + gaz +/在此间忽略为0，不作功，= 0 g = aa +去ac2 =(/

12、i3-/i1)+(ez32 -e/)幻9kj/kg =(502- 286)fc7/ + l(c/3- - 202)xkj/kg得：c/32 =132.64xlo4av/gc- 1151.7"" j2-11流速为500m/s的高速空气流，突然受阻后停止流动。如 滞止过程进行迅速，以致气流在受阻过程中与外界的热交换可以 忽略不计。问在滯止过程中空气的焓变化了多少？解：由公式：q=ah+w1.根据題意，q=0, w,=l/2*(0-500_2)故 h=q-wt=125kj/kg2-12 某干管内气体的参数为 p(=2mpa、t!=300k、hbol. 8kj/kg。 某容积为0. 53n/的绝热容器与干管间有阀门相联。容器内最初为 真空，将阀门打开使容器充气。充气过程进行到容器内的压力为 2mpa时停止。若该气体的热力学能与温度的关系为u kjag=0. 72 t k，求充气后容器内气体的温度。解：对真空容器充气过程满足能量方程h.=u2故 u2= 1=301. 8kj/kg又因u2 kj/k=0. 72 tj k故 <t2 k= u2 kj/kg/0. 72=301. 8/0. 72=419. 2k2-13某制冷装置，由冷藏室向制冷机的传热量为8000kj/h，制 冷机输入功率为1kw，试确定