第二章習題討論課

第二章熱力學第一定律

討論課

Discussion思考題

工質(zhì)膨脹是否一定對外作功？自由膨脹定容過程是否一定不作功？開口系，技術(shù)功定溫過程是否一定不傳熱？相變過程（冰融化，水汽化）水輪機氣體邊膨脹邊放熱是可能的？對工質(zhì)加熱，其溫度反而降低，這種情況不可能？思考題

思考題

1、一個活塞裝置中工質(zhì)經(jīng)歷了2個可逆過程。從狀態(tài)1變化到狀態(tài)2，氣體吸熱500KJ，活塞對外做功800KJ。從狀態(tài)2變化到狀態(tài)3是一個定壓的壓縮過程，壓力為P＝400Kpa，氣體向外散熱450KJ。并且已知U1＝2000KJ，U3＝3500KJ，試計算狀態(tài)2變化到狀態(tài)3過程中工質(zhì)體積的變化。2－3是一個定壓過程，因此其膨脹功可以表示為對于過程1－2，有對于過程2－3，有

2、絕熱容器A和B，裝有同種理想氣體。已知A容器中的氣體狀態(tài)為TA，PA和VA，B容器中的氣體狀態(tài)為TB，PB和VB，比熱容Cv可以看成常量，比熱力學能與溫度滿足u＝Cv×T。若管路和閥門均絕熱，求打開閥門，連通A和B兩個容器，待壓力相等后，A、B容器內(nèi)氣體的最終溫度和壓力。將A和B容器內(nèi)的氣體共同視為一個系統(tǒng)，顯然該系統(tǒng)為閉口系統(tǒng)。又工質(zhì)經(jīng)歷了一個絕熱過程，并且沒有對外做功因此系統(tǒng)內(nèi)能沒有變化

3、空氣在某個壓氣機中被壓縮，壓縮前空氣的狀態(tài)參數(shù)是p1=0.1Mpa，v1=0.845m3/kg，壓縮后的狀態(tài)參數(shù)是p2=0.8Mpa，v2=0.175m3/kg。假設在壓縮過程中，1kg空氣的熱力學能增加146kJ,同時向外界釋放熱量50kJ,壓氣機每分鐘生成的壓縮空氣10kg。求：

（1）壓縮過程中對每公斤氣體所做的功；

（2）每生產(chǎn)1kg的壓縮空氣所需的功；

（3）帶動此壓氣機至少需要多大功率的電動機？（1）壓縮過程中進氣閥和出氣閥均關(guān)閉，取氣缸中氣體為系統(tǒng)，利用閉口系統(tǒng)能量方程。

w=q-Δu=-50-146=-196kJ/kg（2）生成壓縮過程中，進氣閥和出氣閥需要不斷開啟，取氣缸內(nèi)空間為系統(tǒng)，利用開口系統(tǒng)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）電機的功率。

P=mflux×wt=10kg/60s×251.5kJ/kg=41.9kW蒸汽輪機/燃氣輪機做功問題

書本上的例題2-2充氣問題書本例題2-3儲氣罐原有氣體m0,u0輸氣管狀態(tài)不變，h經(jīng)時間充氣，關(guān)閥儲氣罐中氣體m求：儲氣罐中氣體內(nèi)能u’

忽略動、位能變化，且管路、儲氣罐、閥門均絕熱m0,u0h四種可取系統(tǒng)1）取儲氣罐為系統(tǒng)開口系2）取最終罐中氣體為系統(tǒng)閉口系3）取將進入儲氣罐的氣體為系統(tǒng)m0,u0h閉口系4）取儲氣罐原有氣體為系統(tǒng)閉口系1)取儲氣罐為系統(tǒng)(開口系)忽略動位能變化h絕熱無作功部件無離開氣體1)取儲氣罐為系統(tǒng)(開口系)經(jīng)時間充氣，積分概念hh是常數(shù)2）取最終罐中氣體為系統(tǒng)(閉口系)hm0m-m0絕熱m-m03）取將進入儲氣罐的氣體為系統(tǒng)(閉口系)m0hm-m0m0與m-m0有溫差傳熱Q1m-m0對m0作功W1??m-m04）取儲氣罐原有氣體為系統(tǒng)(閉口系)m0hm-m0m0與m-m0有溫差傳熱Q1’m0得m-m0作功W1’??4）取儲氣罐原有氣體為系統(tǒng)(閉口系)m0hm-m0利用熱一律的文字表達式進－出＝內(nèi)能變化h內(nèi)能變化：取儲氣罐為系統(tǒng)(開口系)進：