工程熱力學與傳熱學：第二章 熱力學第一定律

1、工程熱力學與傳熱學第二章 熱力學第一定律 典型問題分析典 型 問 題一. 基本概念分析1 等量空氣從相同的初態(tài)出發(fā)，分別經(jīng)過可逆絕熱過程A和不可逆絕熱過程B到達相同的終態(tài)，分析空氣的熱力學能變化：UA, UB的關系。2 自然界中發(fā)生的一切過程都必須遵守能量守恒定律，反之，遵守能量守恒與轉(zhuǎn)換定律的一切過程都可以自發(fā)進行。3 系統(tǒng)中工質(zhì)經(jīng)歷一個可逆定溫過程，由于沒有溫度變化，故該系統(tǒng)中工質(zhì)不能與外界交換熱量。4 封閉熱力系內(nèi)發(fā)生可逆定容過程時，系統(tǒng)一定不對外作容積變化功。5 封閉熱力系中，不作膨脹功的過程一定是定容過程。6 氣體膨脹時一定對外作功。7 工質(zhì)吸熱后一定會膨脹。8 根據(jù)熱力學第一定律，

2、任何循環(huán)的凈熱量等于該循環(huán)的凈功量。9 熱力過程中，工質(zhì)向外界放熱，其溫度必然降低。10 工質(zhì)從同一初態(tài)出發(fā)，分別經(jīng)歷可逆過程和不可逆過程達到相同的終態(tài)，則兩過程中工質(zhì)與外界交換的熱量相同。11 工質(zhì)所作的膨脹功與技術功，在某種條件下，兩者的數(shù)值會相等。12 功不是狀態(tài)參數(shù)，熱力學能與推動功之和也不是狀態(tài)參數(shù)。13 焓是狀態(tài)參數(shù)，對于閉口系統(tǒng)，其沒有物理意義。14 流動功的改變量僅取決于系統(tǒng)進出口狀態(tài)，而與工質(zhì)經(jīng)歷的過程無關。二. 計算題分析1 一個裝有2kg工質(zhì)的閉口系統(tǒng)經(jīng)歷了如下過程：過程中系統(tǒng)散熱25kJ，外界對系統(tǒng)作功100kJ，比熱力學能減少15kJ/kg，而且整個系統(tǒng)被舉高1000

3、m。試確定過程中系統(tǒng)動能的變化。2 一活塞汽缸中的氣體經(jīng)歷了兩個過程，從狀態(tài)1到狀態(tài)2，氣體吸熱500kJ，活塞對外做功800kJ。從狀態(tài)2到狀態(tài)3是一個定壓的壓縮過程，壓力為400kPa，氣體向外散熱450kJ。并且已知U1=2000kJ，U3=3500kJ，試計算2-3過程中氣體體積的變化。3 已知新蒸汽進入汽輪機時的焓h1=3232kJ/kg， 流速cf1=50m/s，離開汽輪機的排汽焓h2=2302kJ/kg，流速cf2=120m/s，散熱損失和進出口位置高度差可忽略不計。試求每千克蒸汽流經(jīng)汽輪機時對外界所作的功。若蒸汽流量為10t/h，求該汽輪機發(fā)出的功率是多少？4 某輸氣管內(nèi)氣體的

4、參數(shù)為p1=4MPa，t1=30，h1=303kJ/kg。設該氣體為理想氣體，它的熱力學能與溫度之間的關系為u=0.72|T| kJ/kg，氣體常數(shù)Rg=287J/(kg.K)?，F(xiàn)將1m3的真空容器與輸氣管連接，打開閥門對容器充氣，直至容器內(nèi)壓力達4MPa為止。充氣時輸氣管中氣體參數(shù)保持不變，問充入容器的氣體量為多少千克？（設氣體滿足狀態(tài)方程pV=mRgT）分 析 解 答一. 基本概念分析解答1 UA=UB；2 ；3 ；4 ；5 ；6 ；7 ；8 ；9 ；10 ；11 ；12 ；13 ；14 ；二. 計算題分析解答1 解：由于需考慮閉口系統(tǒng)動能及位能的變化，所以應選用第一定律的一般表達式： ，

5、于是：，結果說明系統(tǒng)動能增加了85.4kJ。 2 解：過程2-3是一定壓壓縮過程，其功的計算式：，對于過程1-2，可求得：對于過程2-3，有：，因此有：3 解：由；根據(jù)題意，于是得每千克蒸汽所作的功為工質(zhì)每小時作功為故汽輪機功率為 分析：計算中，5.95kJ/kg是蒸汽流經(jīng)汽輪機時動能的增量，可見工質(zhì)流速在每秒百米數(shù)量級時動能的影響仍不大。4 解：如圖為輸氣管及容器示意圖，選取容器為熱力系統(tǒng)，該熱力系統(tǒng)為開口系統(tǒng)。由題意充氣過程的條件是，忽略充入氣體的動能和位能。利用能量方程式：代入已知條件得 在充氣過程中系統(tǒng)本身的宏觀動能可忽略不計，因此系統(tǒng)的總能即為系統(tǒng)的熱力學能，因此上式可表示為 積分上式可得 輸氣管中參數(shù)不變，故為常數(shù)，上式簡化為 注意容器在充氣前為真空，即；充氣后質(zhì)量為 ，因此有 所以 由狀態(tài)方程可得充入容器的氣體質(zhì)量為：分析：管道中氣體的溫度是303.15K