習(xí)題講解熱工基礎(chǔ)市公開(kāi)課一等獎(jiǎng)省賽課獲獎(jiǎng)?wù)n件

第一章習(xí)題講解

10/10/1習(xí)題講解熱工基礎(chǔ)第1頁(yè)例1：①試說(shuō)明平衡狀態(tài)與穩(wěn)定狀態(tài)關(guān)系。②銅棒一端與高溫?zé)嵩唇佑|，另一端與低溫?zé)嵩唇佑|，經(jīng)歷一段時(shí)間后，銅棒內(nèi)各截面溫度不再隨時(shí)間改變，試問(wèn)銅棒是否處于平衡態(tài)？10/10/2習(xí)題講解熱工基礎(chǔ)第2頁(yè)例1：①試說(shuō)明平衡狀態(tài)與穩(wěn)定狀態(tài)關(guān)系。②銅棒一端與高溫?zé)嵩唇佑|，另一端與低溫?zé)嵩唇佑|，經(jīng)歷一段時(shí)間后，銅棒內(nèi)各截面溫度不再隨時(shí)間改變，試問(wèn)銅棒是否處于平衡態(tài)？答：（1）穩(wěn)定狀態(tài)是指狀態(tài)參數(shù)不隨時(shí)間改變，但這種不變可能是靠外界影響來(lái)維持。平衡狀態(tài)是指不受外界影響時(shí)狀態(tài)參數(shù)不隨時(shí)間改變。二者現(xiàn)有區(qū)分，又有聯(lián)絡(luò)，平衡必穩(wěn)定，穩(wěn)定未必平衡。（2）取銅棒為封閉系統(tǒng)，銅棒內(nèi)各截面溫度雖不隨時(shí)間改變，即銅棒到達(dá)了穩(wěn)定狀態(tài)，但受到高溫?zé)嵩磁c低溫?zé)嵩赐獠孔饔?，銅棒內(nèi)各截面溫度不等，所以并沒(méi)有處于平衡狀態(tài)。假如高溫?zé)嵩磁c低溫?zé)嵩淳鶠橛邢逕嵩?，則最終兩熱源溫度相等，銅棒內(nèi)各截面溫度必定要隨時(shí)間發(fā)生改變，直到溫度均勻?yàn)橹埂４藭r(shí)，銅棒處于平衡狀態(tài)。10/10/3習(xí)題講解熱工基礎(chǔ)第3頁(yè)例2：

判斷以下過(guò)程是否可逆過(guò)程，并簡(jiǎn)明說(shuō)明理由：①對(duì)剛性容器內(nèi)水加熱，使其在恒溫下蒸發(fā)；②對(duì)剛性容器內(nèi)水做功，使其在恒溫下蒸發(fā)；③對(duì)剛性容器內(nèi)空氣遲緩加熱，使其從50℃升溫到75℃；④100℃蒸汽流與25℃水流絕熱混合；⑤一定質(zhì)量空氣在無(wú)摩擦、不導(dǎo)熱氣缸中被活塞遲緩壓縮。10/10/4習(xí)題講解熱工基礎(chǔ)第4頁(yè)例2：

判斷以下過(guò)程是否可逆過(guò)程，并簡(jiǎn)明說(shuō)明理由：①對(duì)剛性容器內(nèi)水加熱，使其在恒溫下蒸發(fā)；②對(duì)剛性容器內(nèi)水做功，使其在恒溫下蒸發(fā)；③對(duì)剛性容器內(nèi)空氣遲緩加熱，使其從50℃升溫到75℃；④100℃蒸汽流與25℃水流絕熱混合；⑤一定質(zhì)量空氣在無(wú)摩擦、不導(dǎo)熱氣缸中被活塞遲緩壓縮。答：（1）若熱源溫度與水溫相等（或溫差無(wú)限?。强赡孢^(guò)程；若二者不等，則存在“溫差傳熱”這一不可逆原因，便是不可逆過(guò)程。（2）對(duì)剛性容器內(nèi)水做功，只能是攪拌功，則有粘性摩擦阻力耗散效應(yīng)存在，因而是不可逆過(guò)程。（3）若熱源溫度與空氣溫度隨時(shí)相等或隨時(shí)保持無(wú)限小溫差，是可逆過(guò)程；不然，存在“溫差傳熱”這一不可逆原因，便是不可逆過(guò)程。（4）高溫蒸汽流與低溫水流絕熱混合，顯然二者之間存在“溫差傳熱”這一不可逆原因，是不可逆過(guò)程。（5）遲緩壓縮意味著外壓與氣體壓力時(shí)刻保持相等，是可逆過(guò)程。10/10/5習(xí)題講解熱工基礎(chǔ)第5頁(yè)例3：①試說(shuō)明可逆過(guò)程與準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程區(qū)分與聯(lián)絡(luò)。②系統(tǒng)經(jīng)歷了不可逆過(guò)程后，能否恢復(fù)到初始狀態(tài)？10/10/6習(xí)題講解熱工基礎(chǔ)第6頁(yè)例3：①試說(shuō)明可逆過(guò)程與準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程區(qū)分與聯(lián)絡(luò)。②系統(tǒng)經(jīng)歷了不可逆過(guò)程后，能否恢復(fù)到初始狀態(tài)？答：（1）二者均要求由一系列連續(xù)瞬時(shí)平衡狀態(tài)組成，都能夠經(jīng)過(guò)狀態(tài)參數(shù)坐標(biāo)圖上線函數(shù)表示；準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程只要求系統(tǒng)內(nèi)部狀態(tài)改變要時(shí)刻保持平衡狀態(tài)，不包括系統(tǒng)外部改變；可逆過(guò)程則不但要求系統(tǒng)內(nèi)部改變必須是可逆，還要求系統(tǒng)與外界發(fā)生作用時(shí)也是可逆，即系統(tǒng)內(nèi)部和外部必須都是可逆?？赡孢^(guò)程必須是準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程，而準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程不一定是可逆過(guò)程。（2）能。只是必須在環(huán)境留下痕跡。10/10/7習(xí)題講解熱工基礎(chǔ)第7頁(yè)例4：①狀態(tài)參數(shù)含有什么特征？②系統(tǒng)狀態(tài)變了，是否全部狀態(tài)參數(shù)都必須改變？10/10/8習(xí)題講解熱工基礎(chǔ)第8頁(yè)例4：①狀態(tài)參數(shù)含有什么特征？②系統(tǒng)狀態(tài)變了，是否全部狀態(tài)參數(shù)都必須改變？答：（1）狀態(tài)參數(shù)特征是：狀態(tài)一定，狀態(tài)參數(shù)數(shù)值也隨之確定；當(dāng)系統(tǒng)狀態(tài)發(fā)生改變時(shí)，狀態(tài)參數(shù)改變量?jī)H與初始、終了狀態(tài)相關(guān)，而與改變所經(jīng)歷路徑無(wú)關(guān)；系統(tǒng)經(jīng)循環(huán)過(guò)程復(fù)原時(shí)，狀態(tài)參數(shù)改變量為零。（2）當(dāng)系統(tǒng)狀態(tài)改變時(shí)，必定有狀態(tài)參數(shù)發(fā)生改變，但并不是全部狀態(tài)參數(shù)都必須改變。比如系統(tǒng)沿著定壓線改變時(shí)，即使?fàn)顟B(tài)改變了，但狀態(tài)參數(shù)壓力沒(méi)有改變。10/10/9習(xí)題講解熱工基礎(chǔ)第9頁(yè)

例5：某剛性容器被一個(gè)剛性壁分成Ⅰ、Ⅱ兩部分。在容器不一樣部位裝有壓力計(jì)，如圖所表示。設(shè)大氣壓力為98kPa。①若壓力表B和C讀數(shù)分別為75kPa和0.11MPa，問(wèn)壓力表A讀數(shù)是多少？容器兩部分工質(zhì)絕對(duì)壓力為多少？②若表C為真空表，讀數(shù)為24kPa，壓力表B讀數(shù)為36kPa，試問(wèn)假如表A有讀數(shù)，則表A是什么表？其計(jì)數(shù)為多少？

10/10/10習(xí)題講解熱工基礎(chǔ)第10頁(yè)例5：某剛性容器被一剛性壁分成Ⅰ、Ⅱ兩部分。在容器不一樣部位裝有壓力計(jì)，如圖所表示。設(shè)大氣壓力為98kPa。①若壓力表B和C讀數(shù)分別為75kPa和0.11MPa，問(wèn)壓力表A讀數(shù)是多少？容器兩部分工質(zhì)絕對(duì)壓力為多少？②若表C為真空表，讀數(shù)為24kPa，壓力表B讀數(shù)為36kPa，試問(wèn)假如表A有讀數(shù)，則表A是什么表？其計(jì)數(shù)為多少？

解：(1)

pⅠ=pb+pg,C=98+0.11×103=208(kPa)又pⅠ=pⅡ+pg,B則pⅡ=pⅠ－pg,B=208－75=133(kPa)由pⅡ=pb+pg,A得pg,A=pⅡ－pb=133－98=35(kPa)

(2)由表B為壓力表知，pⅠ＞pⅡ；又由表C為真空表知，pⅠ＜pb。從而有：pb＞pⅠ＞pⅡ若表A有讀數(shù)，則A表一定是真空表，有pⅠ=pb－pv,C=pⅡ+pg,B=(pb－pv,A)+pg,B則：pv,A=pg,B+pv,C=36+24=60(kPa)10/10/11習(xí)題講解熱工基礎(chǔ)第11頁(yè)分析討論：（1）在工程實(shí)際中，不論是用壓力表還是真空表，測(cè)得都是工質(zhì)絕對(duì)壓力與環(huán)境壓力之差，而不是工質(zhì)真實(shí)壓力；（2）在計(jì)算絕對(duì)壓力時(shí)所用環(huán)境壓力并非一定是大氣壓力。此環(huán)境壓力是指測(cè)壓差儀表所處空間壓力，既能夠是大氣壓力pb，如本題中表A、C所處空間壓力，也能夠是某個(gè)空間壓力，如本題中表B，其環(huán)境壓力為pⅡ。10/10/12習(xí)題講解熱工基礎(chǔ)第12頁(yè)例6：一熱力系統(tǒng)發(fā)生狀態(tài)改變，壓力隨體積改變關(guān)系為pV1.3=常數(shù)。若熱力系統(tǒng)初態(tài)為p1=600kPa、V1=0.3m3，問(wèn)當(dāng)系統(tǒng)體積膨脹至V2=0.5m3時(shí)對(duì)外作功為多少？10/10/13習(xí)題講解熱工基礎(chǔ)第13頁(yè)

例6：一熱力系統(tǒng)發(fā)生狀態(tài)改變，壓力隨體積改變關(guān)系為pV1.3=常數(shù)。若熱力系統(tǒng)初態(tài)為p1=600kPa、V1=0.3m3，問(wèn)當(dāng)系統(tǒng)體積膨脹至V2=0.5m