内容发布更新时间 : 2024/5/4 10:28:52星期一 下面是文章的全部内容请认真阅读。

工程热力学例题与习题 由热力学第一定律

Q=ΔU+W 由于T1=T2，故U1=U2，即ΔU=0则，

Q12=W12=98.06kJ（系统由外界吸入热量）

例7：如图3.4所示，已知气缸内气体p1=2×105Pa，弹簧刚度k=40kN/m，活塞直径D=0.4m，活塞重可忽略不计，而且活塞与缸壁间无摩擦。大气压力p2=5×105Pa。求该过程弹簧的位移及气体作的膨胀功。 解：以弹簧为系统，其受力τ=kL，弹簧的初始长度为 L1??1（p1?p0）Ak?k (2?1)?105??弹簧位移 ?3440?10?0.42=0.314m ?L?(?1??2)/k?（p1?p0）A/k Q图3.4(5?2)?105?? ?43?0.42=0.942m 40?10气体作的膨胀功原则上可利用可用功计算，但此时p与V的函数关系不便确定，显然，气体所作的膨胀功W应该等于压缩弹簧作的功W1加克服大气阻力作的功W2，因此若能求出W1与W2，则W也就可以确定。 W1???dL??kLdL?1L12L21?40?[(0.314?0.942)2?0.3142] 2?29.58kJ?12k(L22?L1)2W2?p0A?L?1?105?4?118401?11.84kJ?0.42?0.942

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工程热力学例题与习题 W =W1+W2=29.58+11.84=41.42kJ

说明：（1）由此题可看出，有时p与v的函数关系不大好确定，膨胀功可通过外部效果计算。

（2）请同学们思考，本题中若考虑活塞重，是否会影响计算结果。 3.4 思考与练习题

1．物质的温度愈高，所具有的热量也愈多，对否？ 2．对工质加热，其温度反而降低，有否可能？

3．对空气边压缩边进行冷却，如空气的放热量为1kJ，对空气的压缩功为6kJ，则此过程中空气的温度是升高，还是降低。

4．空气边吸热边膨胀，如吸热量Q=膨胀功，则空气的温度如何变化。 5．讨论下列问题：

1) 气体吸热的过程是否一定是升温的过程。 2) 气体放热的过程是否一定是降温的过程。

3) 能否以气体温度的变化量来判断过程中气体是吸热还是放热。 6．试分析下列过程中气体是吸热还是放热(按理想气体可逆过程考虑) 1) 压力递降的定温过程。 2) 容积递减的定压过程。

3) 压力和容积均增大两倍的过程。

7．判断下述各过程中热量和功的传递方向(取 选为系统) 1)用打气筒向轮胎充入空气。轮胎、气筒壁、活塞和联结管都是绝热的,且摩擦损失忽略不计。

2) 绝热容器中的液体由初始的扰动状态进入静止状态。

3) 将盛有NH3的刚性容器，通过控制阀门与抽真空的刚性容器相联结，容器、阀门和联结管路都是绝热的。打开控制阀门后，两个容器中的NH3处于均匀状态。

4) 将盛有水和水蒸汽的封闭的金属容器加热时，容器内的压力和温度都上升。

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工程热力学例题与习题 5) 按(4)所述，若加热量超过极限值，致使容器爆破，水和蒸汽爆散到大气中去。

6) 处于绝热气缸中的液体，当活塞慢慢地向外移动时发生膨胀。 7) 1kg空气迅速地从大气中流入抽真空的瓶子里，可忽略空气流动中的热传递。

8．绝热容器内盛有一定量空气，外界通过叶桨轮旋转，向空气加入功1kJ，若将空气视为理想气体，试分析

1) 此过程中空气的温度如何变化。 2) 此过程中空气的熵有无变化。如何变化。

3) 此为绝热过程,根据熵的定义式dS=dQ /T 由于dQ=0，则dS似乎也应为零,即过程中空气的熵不变，你认为此结论对吗。为什么。

9．冬季车间内通过墙壁和门窗向外散热量为30×106kJ/h，车间内各种生产设备的总功率为500KW。假定设备在运行中将动力全部转变为热量，另外还用50盏100W的电灯照明，为使车间温度保持不变，求每小时还需向车间加入多少热量。(Q=2.818×107kJ/h)

10．有人试图用绝热量热计来测定液体的比热。该设备是用一个搅拌轮在绝热容器中作功。根据测出的搅拌功及液体温升就可算出该液体的比热。为了验证这一测定的准确性，他用10mol、cp=133.1J/(molK)的苯进行试验，结果是搅拌轮作的功为6256J，液体温升为4K，假定试验中压力不变，苯的比热为定值。试论证试验结果与测定要求是不一致的，解释不一致产生的原因。

11．容器A中盛有1kg温度为27?C，压力为3bar的空气，另一容器B中盛有127?C,6bar的空气，容积为0.2m3。两个容器是绝热的，试求两容器连通后空气的最终温度及压力。

12．某稳定流动系统与外界传递的热量Q=-12KJ，焓的变化为-11KJ，动能的变化为4KJ。问该系统所作的轴功Ws，与技术功是否相同?是多少?设过程中工质位能变化为零。

13．空气在压力为20bar，温度为100℃的主管道中流动,一绝热容器

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工程热力学例题与习题 与主管道连接。当阀门慢慢打开时,空气进入容器，并使容器中的压力也达到20bar,求容器中空气的最终温度,若:

1) 容器开始时为真空

2) 容器装有一活塞，其上载有重物，正好需要20bar的压力才能举起活塞。

3) 容器在开始时已充有压力为5bar，温度为100℃的空气2kg。 14．一个容积为1.5m3的刚性容器中盛有温度为20℃、压力为lbar的空气。若用电动机带动一个叶轮来搅拌空气，直到压力上升至4bar为止。设空气与外界无热交换，气体比热为定值。求：1) 叶轮对空气所作的功 2)空气的熵变化量(-1120kJ 1.77KJ/K)

15．某气缸中盛有温度为27℃，压力为lbar的0.1kg二氧化碳气体。气缸中的活塞承受一定的重量，且假设活塞移动时没有摩擦。当内能增加12kJ时, 问气体对外作了多少功。气体的熵变化量为多少。(3.428kJ，0.0402kJ/K)

16．在一直径为50cm的气缸中，有温度为185℃、压力为2.75bar的0.09 m3的气体。气缸中的活塞承受一定的重量，且假设活塞移动时没有摩擦。当温度降低到15℃时,问活塞下降多少距离。气体向外放出多少热量。对外作了多少功。( 0.17m，-31.73kJ -9.19kJ )

17．透热刚性容器内有质量为mikg、温度与大气温度T相等的高压气体，由于容器有微量泄漏，气体缓慢地漏入大气，漏气过程中温度始终不变。最后容器中剩余mfkg气体，且压力与大气压相等，试证明容器吸热量：Q?(mi?mf)RT。

提示：该气体温度不变，u和h均不变，且pv=RT. 18．用隔板将绝热刚性容器分成A、B两部分，如图3.5，A部分装有1kg气体，B部分为高度真空，问将隔板抽去后，气体内能是否会变化？温度不变？能否用?q?du?pdv来分析这一过程？能否用：?q?du??w分析。

19．开口系统稳态流动时能否同时满足以下三个能量方

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A B 图3.5

工程热力学例题与习题 程？如能，则说明方程中各项的含义。

?q?du??w

?q?dh??wt（式中wt为技术功）

?q?dh?dc2?gdz??ws

20．开口系统中，流动功究竟属于下面哪一种形式的能量； （1）进、出系统中，流体本身所具有的能量；

（2）后面的流体对进、出系统的流体为克服界面阻碍而传递的能量； （3）系统中工质进行状态变化由热能转化来的能量。 21．流动功与过程有无关系？ 22．理想气体的cp、cv都随温度而变化，那么它的差值（cp－cv）是否也随温度而变化？

23．如图3.6，向真空容量充气，气体 通过界面时有无流动功、进入容器的能 量是内能还是焓？

24．同上题，绝热充气，容器中的压力 与总管压力达平衡后，容器中气体温度 与总管中气体温度哪个高？为什么？ 图3.6 25．冬季车间内通过墙壁和门窗向外散热量为30×106kJ/h，车间内各种生产设备的总功率为500kW。假定设备在运行中将动力全部转变为热量，另外还用50盏100W的电灯照明，为使车间温度保持不变，求每小时还需向车间加入多少热量？（Q=2.818×107kJ/h）。

26．某蒸气锅炉中，锅炉给水的比焓为62kJ/kg，产生的蒸汽的比焓为2721kJ/kg。已知：锅炉的蒸气产量为4000kJ/h，锅炉的热效率为70%，烧煤的发热值为25120kJ/kg，求锅炉每小时的耗煤量。（604.87kg/h。）

27．空气在某压气机中被压缩。压缩前空气的参数是：p1=1bar，t1=27℃；压缩后的参数是：p2=1bar，t2=150℃，压缩过程中空气比内能变化为 Δu=0.716(t2－t1)，压气机消耗的功率为40kW。假定空气与环境无热交换，进、出口的宏观动能差值和重力位能差值可以忽略不计，求压气机每分钟

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12总 管真 空