第二章习题讨论课

第二章热力学第一定律

讨论课

Discussion思考题

工质膨胀是否一定对外作功？自由膨胀定容过程是否一定不作功？开口系，技术功定温过程是否一定不传热？相变过程（冰融化，水汽化）水轮机气体边膨胀边放热是可能的？对工质加热，其温度反而降低，这种情况不可能？思考题

思考题

1、一个活塞装置中工质经历了2个可逆过程。从状态1变化到状态2，气体吸热500KJ，活塞对外做功800KJ。从状态2变化到状态3是一个定压的压缩过程，压力为P＝400Kpa，气体向外散热450KJ。并且已知U1＝2000KJ，U3＝3500KJ，试计算状态2变化到状态3过程中工质体积的变化。2－3是一个定压过程，因此其膨胀功可以表示为对于过程1－2，有对于过程2－3，有

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u＝Cv×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。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

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，利用闭口系统能量方程。

w=q-Δu=-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-Δh=q-Δu-Δpv=-196-0.8×103kpa×0.175m3/kg-0.1×103kpa×0.845m3/kg=-251.5kJ/kg（3）电机的功率。

P=mflux×wt=10kg/60s×251.5kJ/kg=41.9kW蒸汽轮机/燃气轮机做功问题

书本上的例题2-2充气问题书本例题2-3储气罐原有气体m0,u0输气管状态不变，h经时间充气，关阀储气罐中气体m求：储气罐中气体内能u’

忽略动、位能变化，且管路、储气罐、阀门均绝热m0,u0h四种可取系统1）取储气罐为系统开口系2）取最终罐中气体为系统闭口系3）取将进入储气罐的气体为系统m0,u0h闭口系4）取储气罐原有气体为系统闭口系1)取储气罐为系统(开口系)忽略动位能变化h绝热无作功部件无离开气体1)取储气罐为系统(开口系)经时间充气，积分概念hh是常数2）取最终罐中气体为系统(闭口系)hm0m-m0绝热m-m03）取将进入储气罐的气体为系统(闭口系)m0hm-m0m0与m-m0有温差传热Q1m-m0对m0作功W1??m-m04）取储气罐原有气体为系统(闭口系)m0hm-m0m0与m-m0有温差传热Q1’m0得m-m0作功W1’??4）取储气罐原有气体为系统(闭口系)m0hm-m0利用热一律的文字表达式进－出＝内能变化h内能变化：取储气罐为系统(开口系)进：