第二章習(xí)題討論課

1、第二章第二章 熱力學(xué)第一定律熱力學(xué)第一定律討論課討論課 Discussion思考題思考題 工質(zhì)膨脹是否一定對(duì)外作功？工質(zhì)膨脹是否一定對(duì)外作功？自由膨脹自由膨脹定容過(guò)程是否一定不作功？定容過(guò)程是否一定不作功？開(kāi)口系，技術(shù)功開(kāi)口系，技術(shù)功定溫過(guò)程是否一定不傳熱？定溫過(guò)程是否一定不傳熱？相變過(guò)程（冰融化，水汽化）相變過(guò)程（冰融化，水汽化）twvdp水輪機(jī)水輪機(jī)0氣體邊膨脹邊放氣體邊膨脹邊放熱是可能的？熱是可能的？tQH W對(duì)工質(zhì)加熱，其溫度反而降低，對(duì)工質(zhì)加熱，其溫度反而降低，這種情況不可能？這種情況不可能？QU W00思考題思考題 1212aUU121 2aWW1 21 21 2aaaQUW121

2、212QUW121 2aQQ121 2tt aWW121 2aHH 121212tQHW1 21 21 2aat aQHW思考題思考題 1、一個(gè)活塞裝置中工質(zhì)經(jīng)歷了一個(gè)活塞裝置中工質(zhì)經(jīng)歷了2 2個(gè)可逆過(guò)程。從狀態(tài)個(gè)可逆過(guò)程。從狀態(tài)1 1變化到變化到狀態(tài)狀態(tài)2 2，氣體吸熱，氣體吸熱500KJ500KJ，活塞對(duì)外做功，活塞對(duì)外做功800KJ800KJ。從狀態(tài)。從狀態(tài)2 2變化變化到狀態(tài)到狀態(tài)3 3是一個(gè)定壓的壓縮過(guò)程，壓力為是一個(gè)定壓的壓縮過(guò)程，壓力為P P400Kpa400Kpa，氣體向，氣體向外散熱外散熱450KJ450KJ。并且已知。并且已知U1U12000KJ2000KJ，U3U3350

3、0KJ3500KJ，試計(jì)算狀，試計(jì)算狀態(tài)態(tài)2 2變化到狀態(tài)變化到狀態(tài)3 3過(guò)程中工質(zhì)體積的變化。過(guò)程中工質(zhì)體積的變化。 23是一個(gè)定壓過(guò)程，因此其膨脹功可以表示為 對(duì)于過(guò)程12，有對(duì)于過(guò)程23，有322322)(VVpdVpWKJWQUUWQUUU170080050020001212121212122132232332322323232332625. 54002250225045035001700mPWVKJUQUWWQUUU 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(xué)能與溫度滿足uCv

4、T。若管路和閥門均絕熱，求打開(kāi)閥門，連通A和B兩個(gè)容器，待壓力相等后，A、B容器內(nèi)氣體的最終溫度和壓力。gBBgAAvBAtotalVgBBBBVBBBgBBBVgAAAAVAAAgAAARVPRVPcUUUcRVPUTcmUTRVPmcRVPUTcmUTRVPm混合前：將A和B容器內(nèi)的氣體共同視為一個(gè)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(gè)絕熱過(guò)程，并且沒(méi)有對(duì)外做功因此系統(tǒng)內(nèi)能沒(méi)有變化BABBAAavgABBBAABBAABAvBgBBAgAAgBBgAAvavgtotalvBAavgvavgBAVVVPVPTVPTVPVPVPTTcTRVPTRVPRVPRVPcTUUcmmUTcTmm

5、UP1total1total1total方程可知：前后質(zhì)量不變，由狀態(tài)由于是同種氣體混合，變：又由于混合前后內(nèi)能不混合后： 3、空氣在某個(gè)壓氣機(jī)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(shè)在壓縮過(guò)程中，1kg空氣的熱力學(xué)能增加146kJ,同時(shí)向外界釋放熱量50kJ,壓氣機(jī)每分鐘生成的壓縮空氣10kg。求： （1）壓縮過(guò)程中對(duì)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(dòng)此壓氣機(jī)至少需要多大功率的電動(dòng)機(jī)？（1）壓縮過(guò)程中進(jìn)氣閥和出氣閥均關(guān)閉，取氣缸中氣體為系統(tǒng)，利用

6、閉口系統(tǒng)能量方程。 w=q-u=-50-146=-196kJ/kg（2）生成壓縮過(guò)程中，進(jìn)氣閥和出氣閥需要不斷開(kāi)啟，取氣缸內(nèi)空間為系統(tǒng)，利用開(kāi)口系統(tǒng)能量方程。 wt=q-h=q-u-pv=-196-0.8103kpa0.175m3/kg -0.1103kpa0.845m3/kg =-251.5kJ/kg（3）電機(jī)的功率。 P=mfluxwt=10kg/60s 251.5kJ/kg=41.9kW蒸汽輪機(jī)蒸汽輪機(jī)/ /燃?xì)廨啓C(jī)做功問(wèn)燃?xì)廨啓C(jī)做功問(wèn)題題 書(shū)本上的例題書(shū)本上的例題 2-22-2充氣問(wèn)題充氣問(wèn)題 書(shū)本例題書(shū)本例題 2-32-3儲(chǔ)氣罐原有氣體儲(chǔ)氣罐原有氣體m0,u0輸氣管狀態(tài)不變，輸氣管狀

7、態(tài)不變，h經(jīng)經(jīng) 時(shí)間充時(shí)間充氣，關(guān)閥氣，關(guān)閥儲(chǔ)氣罐中氣體儲(chǔ)氣罐中氣體m求：求：儲(chǔ)氣罐中氣體儲(chǔ)氣罐中氣體內(nèi)能內(nèi)能u 忽略動(dòng)、位能變化，且管路、忽略動(dòng)、位能變化，且管路、儲(chǔ)氣罐、閥門均絕熱儲(chǔ)氣罐、閥門均絕熱m0,u0h四種可取系統(tǒng)四種可取系統(tǒng)1）取儲(chǔ)氣罐為系統(tǒng)取儲(chǔ)氣罐為系統(tǒng)開(kāi)口系開(kāi)口系2）取最終罐中氣體為系統(tǒng)取最終罐中氣體為系統(tǒng)閉口系閉口系3）取將進(jìn)入儲(chǔ)氣罐的氣體為系統(tǒng)取將進(jìn)入儲(chǔ)氣罐的氣體為系統(tǒng)m0,u0h閉口系閉口系4）取儲(chǔ)氣罐原有氣體為系統(tǒng)取儲(chǔ)氣罐原有氣體為系統(tǒng)閉口系閉口系1)1)取取儲(chǔ)氣罐為儲(chǔ)氣罐為系統(tǒng)系統(tǒng)( (開(kāi)口系開(kāi)口系) )忽略動(dòng)位能變化忽略動(dòng)位能變化hcvnet2outout2ini

8、nd/2/2QEWhcgzmhcgzm絕熱絕熱無(wú)作功部件無(wú)作功部件無(wú)離開(kāi)氣體無(wú)離開(kāi)氣體cvin0dEh mcvindUh m1)1)取取儲(chǔ)氣罐為儲(chǔ)氣罐為系統(tǒng)系統(tǒng)( (開(kāi)口系開(kāi)口系) )經(jīng)經(jīng) 時(shí)間充氣，積分概念時(shí)間充氣，積分概念hh是常數(shù)是常數(shù)cvindUh m0 00cvinmumm umdUh m000()mum uh mm000()h mmm uum2 2）取最終罐中氣體為系統(tǒng)）取最終罐中氣體為系統(tǒng)( (閉口系閉口系)hm0m-m0QUW 絕熱絕熱000()Umum umm u0()Wmmpv 0000()()0mum umm ummpv000()0mum umm h000()h mmm

9、uumm-m03 3）取將進(jìn)入儲(chǔ)氣罐的氣體為系統(tǒng)）取將進(jìn)入儲(chǔ)氣罐的氣體為系統(tǒng)( (閉閉口系口系)m0hm-m0QUW m0與與m-m0有溫差傳熱有溫差傳熱Q100() ()Umm umm u01()WmmpvW m-m0對(duì)對(duì)m0作功作功W110001() ()()Qmm umm ummpvW1001() ()Qmm umm hW?m-m04 4）取儲(chǔ)氣罐）取儲(chǔ)氣罐原有原有氣體為系統(tǒng)氣體為系統(tǒng)( (閉口閉口系系)m0hm-m0QUW m0與與m-m0有溫差傳熱有溫差傳熱Q1000Um um um0得得m-m0作功作功W110001Qm um uW1001() ()Qmm umm hW?11QQ 11WW 4 4）取儲(chǔ)氣罐）取儲(chǔ)氣罐原有原有氣體為系統(tǒng)氣體為系統(tǒng)( (閉口閉口系系)m0hm-m010001Qm um uW1001() ()Qmm umm hW11QQ 11WW 1111()QWQW 00000() ()()mm umm hm um u 000()mum umm h000()h mmm uum利用熱一律的文字表達(dá)式利用熱一律的文字表達(dá)式進(jìn)進(jìn) 出出 內(nèi)能變化內(nèi)能變化h內(nèi)能變化：內(nèi)能變化：0()mm h000()h mmm uum取儲(chǔ)氣罐為系統(tǒng)取儲(chǔ)氣罐為系統(tǒng)( (開(kāi)口系開(kāi)口系) )進(jìn)：進(jìn)：出：出：000mum um0,u0若若m00，m0,u0h000