北京科技大學(xué)熱工學(xué)第1章和第2章重點(diǎn)思考題和習(xí)題解答

1、 第1章和第2章重點(diǎn)思考題和習(xí)題解答第1章基本概念思考題平衡狀態(tài)與穩(wěn)定狀態(tài)有何區(qū)別？熱力學(xué)中為什么要引入平衡態(tài)的概念？答：平衡狀態(tài)是在不受外界影響的條件下，系統(tǒng)的狀態(tài)參數(shù)不隨時(shí)間而變化的狀態(tài)。而穩(wěn)定狀態(tài)則是不論有無外界影響，系統(tǒng)的狀態(tài)參數(shù)不隨時(shí)間而變化的狀態(tài)?？梢娖胶獗胤€(wěn)定，而穩(wěn)定未必平衡。熱力學(xué)中引入平衡態(tài)的概念，是為了能對系統(tǒng)的宏觀性質(zhì)用狀態(tài)參數(shù)來進(jìn)行描述。4.準(zhǔn)平衡過程與可逆過程有何區(qū)別？答：無耗散的準(zhǔn)平衡過程才是可逆過程，所以可逆過程一定是準(zhǔn)平衡過程，而準(zhǔn)平衡過程不一定是可逆過程。5.不可逆過程是無法回復(fù)到初態(tài)的過程，這種說法是否正確？答：不正確。不可逆過程是指不論用任何曲折復(fù)雜的方法

2、都不能在外界不遺留任何變化的情況下使系統(tǒng)回復(fù)到初態(tài)，并不是不能回復(fù)到初態(tài)。習(xí)題1-3某容器被一剛性壁分為兩部分，在容器不同部位裝有3塊壓力表，如圖19所示。壓力表B上的讀數(shù)為1.75bar,表A的讀數(shù)為1.10bar,如果大氣壓力計(jì)讀數(shù)為0.97bar,試確定表C的讀數(shù)及兩部分容器內(nèi)氣體的絕對壓力。解：p=p+p=0.97+1.10=2.07bar1bap=p-p=2.07-1.75=0.32bar0.97bar21bp=p+p2bp=p-p=0.32-0.97-0.32=-0.65barC2b1-4如圖110所示一圓筒形容器，其直徑為450mm,表A的讀數(shù)為360kPa,表B的讀數(shù)為170k

3、Pa,大氣壓力為100mmHg,試求，真空室及1、2兩室的絕對壓力；表C的讀數(shù)；圓筒頂面所受的作用力。解：p=p-p=100100=0mmHg=0kPa真空室b汞柱p=p+p=0+360=360kPa1真空室ap=p-p=360-170=190kPa21Bp=p-p=190=190kPac2真空室F=(p一p)A=100 x133.3xxnx0.452=2119.0Nb真空室41-7一熱力系發(fā)生狀態(tài)變化，壓力隨體積的變化關(guān)系為pV1.3=常數(shù)，若熱力系初態(tài)為p=600kPa,V=0.3m3,問當(dāng)系統(tǒng)體積膨脹至V=0.5m3時(shí)，對外作功為多少？112解：改過程系統(tǒng)對外作的功為W=J0-5pdV=

4、J0-5iVdV=一PiVi13(V-0.3一V-0.3)=85.25kJTOC o 1-5 h z0.30.3V1.30.321f,xM+1(積分公式：JxMdx=)p+11-9某氣缸中氣體由0.1m3膨脹至0.3m3,若氣體的壓力及容積按MPa和m3計(jì)算，則膨脹過程中氣體的壓力和體積的函數(shù)關(guān)系為p=0.24V+0.04，試求，氣體所作的膨脹功。解：氣體所作的膨脹功為：W=J0.3(0.24V+0.04)x106dV=1.76x104J0.11-10利用儲氣罐中的壓縮空氣,在溫度不變的情況下給氣球充氣。開始時(shí)氣球內(nèi)沒有氣體,故可認(rèn)為其初始體積為零；充滿氣體后氣球的體積為2m3,若大氣壓力為0

5、.09MPa,求充氣過程中氣體所作的功。解：由于假設(shè)氣球的初始體積為零,則氣球在充氣過程中,內(nèi)外壓力始終保持相等,恒等于大氣壓力0.09MPa，所以氣體對外所作的功為：W=pAV=0.09x106x2=1.8x105J第2章熱力學(xué)第一定律思考題下列說法是否正確？氣體膨脹時(shí)一定對外作功。錯(cuò),比如氣體向真空中的絕熱自由膨脹,對外不作功。氣體被壓縮時(shí)一定消耗外功。對,因?yàn)楦鶕?jù)熱力學(xué)第二定律,氣體是不可能自壓縮的,要想壓縮體積,必須借助于外功。氣體膨脹時(shí)必須對其加熱。錯(cuò),比如氣體向真空中的絕熱自由膨脹,不用對其加熱?！叭魏螞]有體積變化的過程就一定不對外作功”的說法是否正確？答：不正確，因?yàn)橥夤Φ暮x很

6、廣，比如電磁功、表面張力功等等，如果只考慮體積功的話，那幺沒有體積變化的過程就一定不對外作功。5.說明下列各式的應(yīng)用條件：q=Au+w閉口系的一切過程q=Au+Jpdv閉口系統(tǒng)的準(zhǔn)靜態(tài)過程q=Au+(pv-pv)2211開口系統(tǒng)的穩(wěn)定流動(dòng)過程，并且軸功為零q=Au+p(v-v)21開口系統(tǒng)的穩(wěn)定定壓流動(dòng)過程，并且軸功為零；或者閉口系統(tǒng)的定壓過程。習(xí)題2-2某熱機(jī)每完成一個(gè)循環(huán)，工質(zhì)由高溫?zé)嵩次鼰?000kJ,向低溫?zé)嵩捶艧?200kJ。在壓縮過程中工質(zhì)得到外功650kJ,試求在膨脹過程中工質(zhì)作功多少？解：W=Q+WQ=2000+6501200=1450kJ膨吸壓放2-3某房間夏日使用的電風(fēng)扇功

7、率為2kW，若室外高溫空氣向室內(nèi)傳遞的熱量忽略不計(jì)求每小時(shí)室內(nèi)空氣的熱力學(xué)能變化多少？解：AU=Q=2x103x3600=7.2x106J/h2-4如圖2-7所示。某閉口系統(tǒng)，工質(zhì)沿a-c-b由狀態(tài)a變化到狀態(tài)b時(shí)，吸熱100kJ，對外作功40kJ。當(dāng)工質(zhì)沿a-d-b過程變化到狀態(tài)b時(shí)，對外作功20kJ，求a-d-b過程中工質(zhì)與外界交換的熱量。當(dāng)工質(zhì)沿曲線從b返回初態(tài)a時(shí)，外界對系統(tǒng)作功30kJ，求此過程中工質(zhì)與外界交換的熱量；如果U=0,U=40kJ,求過程a-d與d-b與外界交換的ad熱量。圖2-7習(xí)題2-4附圖解：狀態(tài)b和狀態(tài)a之間的內(nèi)能之差為：AU=UU=QW=10040=60kJab

8、ba所以，a-d-b過程中工質(zhì)與外界交換的熱量為：Q=AU+W=60+20=80kJa-d-bab工質(zhì)沿曲線從b返回初態(tài)a時(shí)，工質(zhì)與外界交換的熱量為：Q=U-U+W=-AU+W=-60-30=-90kJb-aabab根據(jù)題中給定的a點(diǎn)內(nèi)能值，可知b點(diǎn)的內(nèi)能值為60kJ，所以有：AU=UU=6040=20kJdbbd由于d-b過程為定容過程，系統(tǒng)不對外作功，所以d-b過程與外界交換的熱量為：Q=UU=AU=20kJdbdbdb所以a-d-b過程系統(tǒng)對外作的功也就是a-d過程系統(tǒng)對外作的功，故a-d過程系統(tǒng)與外界交換的熱量為：Q=AU+W=AU+W=40+20=60kJadadadadadb2-5

9、定量工質(zhì)，經(jīng)歷了由下表所列四個(gè)過程組成的循環(huán)，請?zhí)畛湎卤碇锌杖钡臄?shù)據(jù)過程QkJWkJAUkJ1-21390013902-30395-3953-4-10000-10004-10-552-8空氣在某壓氣機(jī)中被壓縮，壓縮前空氣的參數(shù)為p=0.1MPa,v=0.845m3/kg。壓12縮后為P=0-8MPa,v=0.175m3/kg，若在壓縮過程中每kg空氣的熱力學(xué)能增加為22146.5kJ,同時(shí)向外界放熱50kJ；壓氣機(jī)每分鐘生產(chǎn)壓縮空氣10kg,試求：D（1）壓縮過程中對每kg空氣所作的壓縮功；（2）生產(chǎn)每kg壓縮空氣所需的軸功；（3）帶動(dòng)此壓氣機(jī)所需功率至少為多少kW？解：壓縮過程中每千克空氣所

10、作的壓縮功為：w=qAu=50146.5=196.5kJ/kg忽略氣體進(jìn)出口宏觀動(dòng)能和勢能的變化，則有軸功等于技術(shù)功，所以生產(chǎn)每kg壓縮空氣所需的軸功為：w=qAh=50146.5-(0.8x0.1750.1x0.845)x103=-252kJ/kgs所以帶動(dòng)此壓氣機(jī)所需的功率至少為：P=ws6x010=42kW2-12某穩(wěn)定流動(dòng)系統(tǒng)，已知進(jìn)口處氣體參數(shù)為p1=0.62MPa,v1=0.37m3/kg，u=2100kJ/kg,c=300m/s；出口參數(shù)為p=0.13MPa,v=1.2m3/kg，1122u=1500kJ/kg,c=150m/so氣體的質(zhì)量流量q=4kg/s,流過系統(tǒng)時(shí)向外傳出的熱22m量為30kJ/kgo假定氣體流過系統(tǒng)時(shí)重力位能的變化忽略不計(jì)，求氣體流過系統(tǒng)對外輸出的功率。解：由于過程是穩(wěn)定流動(dòng)過程,氣體流過系統(tǒng)時(shí)重力位能的變化忽略不計(jì),所以系統(tǒng)的能量平衡式為:Q=ah+2mAcf+ws其中,氣體在進(jìn)口處的比焓為：h=u+pv=2100 x103+0.62x106x0.37=2329400J/kg1111氣體在出口處的比焓為：h=u+