工程熱力學考研解析3課件

3.熱力過程類問題（含循環(huán)）這類問題，需要注意到兩個方面：可逆過程問題不可逆過程問題例3.1：一裝置見圖示，活塞與氣缸由絕熱材料制成。活塞面積為100cm2，活塞與重物的質(zhì)量共為200kg。當?shù)卮髿鈮簽?.1MPa。缸內(nèi)空氣與外界處于力平衡時，它的溫度為300K，容積為1000cm3。如果取走重物100kg，活塞突然上升，最后空氣與外界重新達到力的平衡。若忽略活塞與氣缸之間的摩擦，求活塞上升的距離和氣體的終溫。

3.熱力過程類問題（含循環(huán)）這類問題，需要注意到兩個方面：理碩教育—專注于北理工考研輔導本資料由理碩教育整理，理碩教育是全國唯一專注于北理工考研輔導的學校，相對于其它機構(gòu)理碩教育有得天獨厚的優(yōu)勢。豐富的理工內(nèi)部資料資源與人力資源確保每個學員都受益匪淺，確保理碩教育的學員初試通過率89%以上，復試通過率接近100%。理碩教育—專注于北理工考研輔導本資料由理碩教育整理，理碩教育解：取缸內(nèi)空氣為閉口絕熱系統(tǒng)Rg=0.287kJ/(kg·K)cp=1.004kJ/(kg·K)cV=0.716kJ/(kg·K)空氣參數(shù)初態(tài)：T1=300K；V1=0.001m3；

終態(tài)：

過程：絕熱，但不注意會假設成可逆可逆過程空氣質(zhì)量：解：取缸內(nèi)空氣為閉口絕熱系統(tǒng)Rg=0.287kJ/(kg·是否正確？換個系統(tǒng)：以空氣、重物為系統(tǒng)，由過程初終態(tài)間的能量守恒

其中：是否正確？換個系統(tǒng)：以空氣、重物為系統(tǒng)，由過程初終態(tài)間的能量可見，該情況假設可逆有偏差，單如果將可逆看成為實際過程的一種近似，結(jié)果還是比較不錯的（相差不大）。

可見，該情況假設可逆有偏差，單如果將可逆看成為實際過程的一種例3.2：一剛性絕熱容器被絕熱隔板隔開，兩側(cè)體積各為28×10－3m3。A中初始裝有氧氣，壓力0.7MPa，溫度338K，B初始為真空?，F(xiàn)開啟閥門，氧氣自A流向B，當兩側(cè)壓力相同時關(guān)閉閥門。問：（1）終態(tài)的壓力和兩側(cè)溫度為多少？（2）過程前后氧氣的熵變多少？解：查氧氣氣體常數(shù)，比熱容：例3.2：一剛性絕熱容器被絕熱隔板隔開，兩側(cè)體積各為28×1（1）的求解時需要注意如何選擇系統(tǒng)通常會想到分別取A、B為系統(tǒng)，此時求解就不太方便。取A+B為系統(tǒng)：能量守恒方程（1）的求解時需要注意如何選擇系統(tǒng)通常會想到分別取A、B為系這時才考慮A中的過程特征為定熵過程由質(zhì)量守恒：（2）熵變這種情況，為方便寫出熵變表達式，可以取用絕對熵這時才考慮A中的過程特征為定熵過程由質(zhì)量守恒：（2）熵變這種結(jié)合質(zhì)量守恒：例3.3：活塞—氣缸系統(tǒng)的容積V=2.45×10?3m3，內(nèi)有p1=0.7MPa、t1=867℃的燃氣。已知環(huán)境溫度27℃、環(huán)境壓力0.1013MPa，燃氣的Rg=0.296kJ/(kg?K)，cp=1.04kJ/(kg?K)。求：（1）燃氣的有效能；（2）除環(huán)境外無其它熱源的情況下，燃氣膨脹到p2

=0.3MPa、t2

=637℃時的最大有用功。解：結(jié)合質(zhì)量守恒：例3.3：活塞—氣缸系統(tǒng)的容積V=2.45×（1）（1）（2）（3）過程不可逆還可以這樣，取空氣＋環(huán)境為孤立系統(tǒng)（2）（3）過程不可逆還可以這樣，取空氣＋環(huán)境為孤立系統(tǒng)例3.4：空氣穩(wěn)定流經(jīng)氣輪機絕熱膨脹作功。已知空氣進入氣輪機時溫度450K、壓力0.4MPa、速度30m/s；離開氣輪機的溫度330K、壓力0.1MPa、速度130m/s。若環(huán)境的溫度293K、壓力0.1MPa；空氣氣體常數(shù)0.287kJ/(kg?K)、比定壓熱容1.004kJ/(kg?K)，在不考慮位能差時求：（1）氣輪機進口和出口處空氣的有效能；（2）空氣從狀態(tài)1變化到狀態(tài)2時的最大有用功；（3）實際有用功。解：（1）例3.4：空氣穩(wěn)定流經(jīng)氣輪機絕熱膨脹作功。已知空氣進入氣輪機進口有效能出口有效能（2）（3）或取空氣＋環(huán)境為孤立系統(tǒng)后例3.5：一壓氣機，空氣進口溫度20℃、壓力97.2kPa；出口溫度164.3℃、壓力311.1kPa；環(huán)境溫度20℃；空氣進口流量每分鐘113.3m3。求：（1）壓氣機耗功；（2）保證出口壓力時定熵壓縮耗功；（3）該壓氣機絕熱效率；（4）該壓氣機作功能力損失是否為實際耗功與定熵耗功之差？進口有效能出口有效能（2）（3）或取空氣＋環(huán)境為孤立系統(tǒng)后例解：查（1）忽略動能差、位能差，過程絕熱（2）定熵（3）解：查（1）忽略動能差、位能差，過程絕熱（2）定熵（3）（4）取空氣和環(huán)境為孤立系統(tǒng)所以兩者不相等，差異：實際：不可逆出口狀態(tài)與可逆出口狀態(tài)之間，存在有效能差異這部分有效能還沒有被損失。（4）取空氣和環(huán)境為孤立系統(tǒng)所以兩者不相等，差異：實際：不可例3.6：濕空氣溫度30℃，相對濕度60%，壓力0.1MPa。要求：（1）計算此狀態(tài)下的水蒸氣分壓力，露點溫度，絕對濕度，含濕量，焓；（2）若將該濕空氣在定壓下冷卻到15℃，需讓每kg干空氣放出的熱量是多少：（3）冷卻后的相對濕度是多少？（4）在焓濕圖上定性繪制出此冷卻過程。（1）查表：解：

再次查表：例3.6：濕空氣溫度30℃，相對濕度60%，壓力0.1MPa

（2）在15℃時，飽和濕空氣的水蒸氣分壓力為1706Pa，所以冷卻過程是去濕過程。分兩個階段冷卻：1－2過程冷卻到相對濕度100％，2－3過程冷卻加去濕。1－2過程：溫度達到21.25℃，含濕量不變。2－3過程：溫度15℃，含濕量：（2）在15℃時，飽和濕空氣的水蒸氣分（3）冷卻后的相對濕度100％。1

2

3dh

（4）（3）冷卻后的相對濕度100％。123d例3.7：1molCO與0.5mol氧氣進行燃燒反應。要求：（1）寫出該過程的理論燃燒反應式；（2）計算標準燃燒焓；（3）當1標準大氣壓、3000K下達到化學平衡時，計算其化學平衡常數(shù)（參考數(shù)據(jù)：化學平衡常數(shù)Kp≈3.058）；（4）計算化學平衡時生成物中各組元的分壓力及摩爾分數(shù)（參考數(shù)據(jù)：離解度約為0.436）。解：（2）查：（1）（3）例3.7：1molCO與0.5mol氧氣進行燃燒反應。要達到化學平衡：

達到化學平衡：mol離解成CO和O2：（4）設平衡時1molCO2中有生成物：各組元的分壓力：

，

經(jīng)試算mol離解成CO和O2：（4）設平衡時1molCO2中有生

例題3.8：某氣油機理想循環(huán)初態(tài)參數(shù)為壓力0.1MPa，溫度288K，壓縮比為5，加熱過程中對每千克空氣的加熱量為1000kJ。問該循環(huán)的最高壓力和最高溫度為多少？循環(huán)功及循環(huán)效率為多少？解：1：初態(tài)參數(shù)：2：壓縮終了：例題3.8：某氣油機理想循環(huán)初態(tài)參數(shù)為壓力0.1MPa，溫度3：加熱后：4：作功后：放熱量：功量：效率：3：加熱后：4：作功后：放熱量：功量：效率：該題中，若計算壓縮過程和膨脹過程的功也可以壓縮：膨脹：例3.9：空氣絕熱流過圖示管道。已知入口處其平均值：溫度113℃、壓力0.25MPa、速度210m/s；出口處平均速度18m/s。要求：（1）取恰當系統(tǒng)后導出空氣流過此管道時能量和質(zhì)量守恒方程；（2）若過程可逆，計算出口截面上空氣平均溫度和壓力；（3）若入口截面積1.96×10－3m2，計算出口截面積；（4）空氣在此管內(nèi)的流量為多少？該題中，若計算壓縮過程和膨脹過程的功也可以壓縮：膨脹：例3.出口入口1

122例3.9

氣體常數(shù)0.287kJ/(kg·K)比定容熱容0.717kJ/(kg·K)查：解：（1）絕熱穩(wěn)態(tài)穩(wěn)流過程（2）出口入口1122（3）（4）需要注意的一些習題和思考題請按今天例題類型自己選擇。（3）（4）需要注意的一些習題和思考題請按今天例題類型自3.熱力過程類問題（含循環(huán)）這類問題，需要注意到兩個方面：可逆過程問題不可逆過程問題例3.1：一裝置見圖示，活塞與氣缸由絕熱材料制成?；钊娣e為100cm2，活塞與重物的質(zhì)量共為200kg。當?shù)卮髿鈮簽?.1MPa。缸內(nèi)空氣與外界處于力平衡時，它的溫度為300K，容積為1000cm3。如果取走重物100kg，活塞突然上升，最后空氣與外界重新達到力的平衡。若忽略活塞與氣缸之間的摩擦，求活塞上升的距離和氣體的終溫。

3.熱力過程類問題（含循環(huán)）這類問題，需要注意到兩個方面：理碩教育—專注于北理工考研輔導本資料由理碩教育整理，理碩教育是全國唯一專注于北理工考研輔導的學校，相對于其它機構(gòu)理碩教育有得天獨厚的優(yōu)勢。豐富的理工內(nèi)部資料資源與人力資源確保每個學員都受益匪淺，確保理碩教育的學員初試通過率89%以上，復試通過率接近100%。理碩教育—專注于北理工考研輔導本資料由理碩教育整理，理碩教育解：取缸內(nèi)空氣為閉口絕熱系統(tǒng)Rg=0.287kJ/(kg·K)cp=1.004kJ/(kg·K)cV=0.716kJ/(kg·K)空氣參數(shù)初態(tài)：T1=300K；V1=0.001m3；

終態(tài)：

過程：絕熱，但不注意會假設成可逆可逆過程空氣質(zhì)量：解：取缸內(nèi)空氣為閉口絕熱系統(tǒng)Rg=0.287kJ/(kg·是否正確？換個系統(tǒng)：以空氣、重物為系統(tǒng)，由過程初終態(tài)間的能量守恒

其中：是否正確？換個系統(tǒng)：以空氣、重物為系統(tǒng)，由過程初終態(tài)間的能量可見，該情況假設可逆有偏差，單如果將可逆看成為實際過程的一種近似，結(jié)果還是比較不錯的（相差不大）。

可見，該情況假設可逆有偏差，單如果將可逆看成為實際過程的一種例3.2：一剛性絕熱容器被絕熱隔板隔開，兩側(cè)體積各為28×10－3m3。A中初始裝有氧氣，壓力0.7MPa，溫度338K，B初始為真空?，F(xiàn)開啟閥門，氧氣自A流向B，當兩側(cè)壓力相同時關(guān)閉閥門。問：（1）終態(tài)的壓力和兩側(cè)溫度為多少？（2）過程前后氧氣的熵變多少？解：查氧氣氣體常數(shù)，比熱容：例3.2：一剛性絕熱容器被絕熱隔板隔開，兩側(cè)體積各為28×1（1）的求解時需要注意如何選擇系統(tǒng)通常會想到分別取A、B為系統(tǒng)，此時求解就不太方便。取A+B為系統(tǒng)：能量守恒方程（1）的求解時需要注意如何選擇系統(tǒng)通常會想到分別取A、B為系這時才考慮A中的過程特征為定熵過程由質(zhì)量守恒：（2）熵變這種情況，為方便寫出熵變表達式，可以取用絕對熵這時才考慮A中的過程特征為定熵過程由質(zhì)量守恒：（2）熵變這種結(jié)合質(zhì)量守恒：例3.3：活塞—氣缸系統(tǒng)的容積V=2.45×10?3m3，內(nèi)有p1=0.7MPa、t1=867℃的燃氣。已知環(huán)境溫度27℃、環(huán)境壓力0.1013MPa，燃氣的Rg=0.296kJ/(kg?K)，cp=1.04kJ/(kg?K)。求：（1）燃氣的有效能；（2）除環(huán)境外無其它熱源的情況下，燃氣膨脹到p2

=0.3MPa、t2

=637℃時的最大有用功。解：結(jié)合質(zhì)量守恒：例3.3：活塞—氣缸系統(tǒng)的容積V=2.45×（1）（1）（2）（3）過程不可逆還可以這樣，取空氣＋環(huán)境為孤立系統(tǒng)（2）（3）過程不可逆還可以這樣，取空氣＋環(huán)境為孤立系統(tǒng)例3.4：空氣穩(wěn)定流經(jīng)氣輪機絕熱膨脹作功。已知空氣進入氣輪機時溫度450K、壓力0.4MPa、速度30m/s；離開氣輪機的溫度330K、壓力0.1MPa、速度130m/s。若環(huán)境的溫度293K、壓力0.1MPa；空氣氣體常數(shù)0.287kJ/(kg?K)、比定壓熱容1.004kJ/(kg?K)，在不考慮位能差時求：（1）氣輪機進口和出口處空氣的有效能；（2）空氣從狀態(tài)1變化到狀態(tài)2時的最大有用功；（3）實際有用功。解：（1）例3.4：空氣穩(wěn)定流經(jīng)氣輪機絕熱膨脹作功。已知空氣進入氣輪機進口有效能出口有效能（2）（3）或取空氣＋環(huán)境為孤立系統(tǒng)后例3.5：一壓氣機，空氣進口溫度20℃、壓力97.2kPa；出口溫度164.3℃、壓力311.1kPa；環(huán)境溫度20℃；空氣進口流量每分鐘113.3m3。求：（1）壓氣機耗功；（2）保證出口壓力時定熵壓縮耗功；（3）該壓氣機絕熱效率；（4）該壓氣機作功能力損失是否為實際耗功與定熵耗功之差？進口有效能出口有效能（2）（3）或取空氣＋環(huán)境為孤立系統(tǒng)后例解：查（1）忽略動能差、位能差，過程絕熱（2）定熵（3）解：查（1）忽略動能差、位能差，過程絕熱（2）定熵（3）（4）取空氣和環(huán)境為孤立系統(tǒng)所以兩者不相等，差異：實際：不可逆出口狀態(tài)與可逆出口狀態(tài)之間，存在有效能差異這部分有效能還沒有被損失。（4）取空氣和環(huán)境為孤立系統(tǒng)所以兩者不相等，差異：實際：不可例3.6：濕空氣溫度30℃，相對濕度60%，壓力0.1MPa。要求：（1）計算此狀態(tài)下的水蒸氣分壓力，露點溫度，絕對濕度，含濕量，焓；（2）若將該濕空氣在定壓下冷卻到15℃，需讓每kg干空氣放出的熱量是多少：（3）冷卻后的相對濕度是多少？（4）在焓濕圖上定性繪制出此冷卻過程。（1）查表：解：

再次查表：例3.6：濕空氣溫度30℃，相對濕度60%，壓力0.1MPa

（2）在15℃時，飽和濕空氣的水蒸氣分壓力為1706Pa，所以冷卻過程是去濕過程。分兩個階段冷卻：1－2過程冷卻到相對濕度100％，2－3過程冷卻加去濕。1－2過程：溫度達到21.25℃，含濕量不變。2－3過程：溫度15℃，含濕量：（2）在15℃時，飽和濕空氣的水蒸氣分（3）冷卻后的相對濕度100％。1

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（4）（3）冷卻后的相對濕度100％。123d例3.7：1molCO與0.5mol氧氣進行燃燒反應。要求：（1）寫出該過程的理論燃燒反應式；（2）計算標準燃燒焓；（3）當1標準大氣壓、3000K下達到化學平衡時，計算其化學平衡常數(shù)（參考數(shù)據(jù)：化學平衡常數(shù)Kp≈3.058）；（4）計算化學平衡時生成物中各組元的分壓力及摩爾分數(shù)（參考數(shù)據(jù)：離解度約為0.436）。解：（2）查：（1）（3）例3.7：1molCO與0.5mol氧氣進行燃燒反應。要達到化學平衡：

達到化學平衡：mol離解成CO和O2：（4）設平衡時1molCO2中有生成物：各組元的分壓力：

，

經(jīng)試算mo