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1、热力学第二章习题及答案二、选择题1、表迗式 6 Q=dU+ 6 W c 。(a) 适用于任意热力过程；(b) 仅适用于准静态过程；(c) 仅适用于闭口系统中的热力过程。2、表迗式6 Q=dU+pdV适用中的a- (a,)闭口系；(b,)开口系；(q)闭口及开口系；(a2)准静过程；(b2)任意热力过程；(c2)非准静过程。3、任意准静或非准静过程中气体的膨胀功均可用1计算。(a) pdV； (b) psurrdV； (c) d(pv) 4、在正循环中生零，同时零。在逆循环中pei零， 且c零(a)大于；(b)等于；(c)小于。2-10.5kg的气体，在汽缸活塞机构中由初态p,=0. 7MPa.
2、V.=0. 02ni3.准静膨胀到V2=0. 04m3。试确定在下列各过程中气体完 成的功量及比功量；(1) 定压过程；(2) pV2=常数。解：(1)由准平衡过程体积变化功的表迗式，当为定压过程时: W=pAV=0. 7X 106X0. 02=14000 J=14 kJ比功量 w= pAv=W/m= 14000/0. 5=28000 J=28 kJ(2) pV2=0. 7X 10bX0 02J=280 J m3 由准平衡过程体积变化功的表迗式=7000 J=7 kJ比功量 w= pAv=W/m=7000/0. 5=14000 J=14 kJ2 2为了确定高压下稠密气体的性质，取2kg气体在2
3、5MPa下 从350K定压加热到370K,气体初终状态下的容器分别为0. 03 m3 及0.035 m3，加入气体的热量为700kJ,试确定初终状态下的热 力学能之差。解：由准平衡过程体积变化功的表达式，当为定压过程时： W=pAV=25X 106X0. 005=125000 J W=125kJU二Q-W=700-l25=525 kJ2-3气体在某一过程中吸入热量12kcal，同时热力学能增加了 20kcal,问此过程是膨胀过程还是压缩过程？对外交换的功量为多少？解：是压缩过程，6W=6Q-AU=12-20=-8(kcal)2-4 lKg 空气由 p.MPa. tSOOr膨胀到 p2=0. I
4、MPa、t2=500C， 得到热量506KJ,作膨胀功506KJ .又在同一初态及终态间作 第二次膨胀，仅加入热量39. 1KJ,求：(1) 第一次膨胀中空气热力学能增加多少？(2) 第二次膨胀中空气热力学能增加多少？(3) 第二次膨胀中空气作了多少功？解：(1) A U,= 8 Q,- 8 %=506-506=0(2) 空气热力学能AU为状态函数，只与始、终态有关，故 U2=0(3) 6 W2= 5 Q2- AU2=39. 1-0=39. 1 (KJ)2-5闭系中实施某过程，试填补表中空缺的数据。2-6 某气体服从状态方程p(y-b) = RgTo式中，Rg为气体常数， b为另一常数，且对于
5、任何v存在0v。(a)导出每千克气 体从始态体积V，.膨胀到终态体积所作准静态功的表达式; (b)如果气体是理想气体，进行同祥的过程所作的功是多些 还是少些？过E序SQW/JE1/JE2/JAE/J12413-45-837-8108062-1833717-1282041882636105-81328721623-11197-12(b)RgTIN(v,因为V,比&大，所以w0即理想气体作的功要少。2-7如图2-18所示，某封闭系统沿a-c -b途径由状态a变化到状态b时，吸入热量84kJ,对外 做功32kJo(1) 若沿途径a - d - b变化是 对外做功10kJ,求此时进入系统的 热量。(2
6、) 当系统沿曲线途径从b返回 到初始状态a时，外界对系统做功20kJ.求此时系统与外界 交换的热量和热流的方向。(3) Un=0、Ud=42kJ时，过程a - d和d - b中系统与外 界交换的热量又是多少？解：(1)由能量守恒定律，途径 a-c-b:l=Q1-W.1_c.b=84-32=52kJ途径 a-d-b： Q.=U+Wa_d_b=52+10=62kJ 即途径a-d-b时，进入系统的热量为62kJ。(2)从 b-a: Q3=U+H；_=-52-20=-72kJ即系统向外界放热72kJ.(3)由 U=52kJ、U=0. Ud=42kJ 则：Ub=52kJ、U“=42kJ、Udb=10kJ
7、 途径d-b是等体积过程，不做功。则：Wd.b=0即Ww=Wa-d Q.-d=U-d+Wild=42+10=52kJQd-b=Ud_b+0=10kJ2-8某蒸汽动力厂中，锅炉以40X10kg/h的蒸汽供给汽轮机。 汽轮机进口处压力表上读数为9MPa，蒸汽的比焓为3440kJ/kg, 汽轮机出口处真空表上读数为730.6mm汞柱高，当时当地大气压 是760nun汞柱髙，出口蒸汽的比焓为2245kJ，汽轮机对环境故 热 685X105kJ/h。(1) 汽轮机进出口蒸汽的绝对压力各是多少？(2) 若不计蒸汽进、出口的宏观动能的差值和重力位能的差值， 汽轮机的功率是多少(kW)?(3) 进、出口处蒸汽
8、的速度分别是70m/s及140m/s,对汽轮机的 功率影响多大？(4) 如进、出口的高度差为1.6m,问对汽轮机的功率有多大影响？解：(1)Pb=13595kg/m3X9. 8m/s2X0 76m X 10 * =0. lOIMPaPe+ Pb=9+0. 101=9. lOIMPaP 出=Pb-Pv= 13595kg/mJX9. 8m/s2X (0. 76 m -0. 7306 m) X 1(T =0.00392MPa(2) ql.2= (h2-h 1) + (cX) /2+g (z2-zt) +w 卜 2由題意知：P = ch_2 -(h2-hl)=-6. 85 X 105kJ/h- (22
9、45kJ/kg-3440kJ/kg) X40X 103kg/h =471. 15X105kJ/h=13087kW(3) ZI)二m(c22-c3/2=40 X 103X (1402-702)/2/3600kW=81. 66kW(4) AP=mg(z2-z,) =40X 10J kg/h X 9. 8m/s2 X 1. 6m/3600s=0. 1743kW2-9某冷凝器内的蒸汽压力为0. 08at。蒸汽以100m/s的速度逬入冷凝器，其焓为500kal/kg，蒸汽冷却为水后其焓为 41.6kal/kg,流出冷凝器时的速度为10m/s。问每千克蒸汽在 冷凝器中故出的热量是多少(kJ)?解：已知能量
10、方程式：AH + 1 /2mAC +mgAz +WrHl mgAz=O Wlwl:0a/i=41.6-500=-458. 4kal/kg=-458. 4X4. 2=-1925. 28KJ/kg1/2AC;=O. 5X (1002-103) =4. 95kJ/kgQ- A/7 +1/2AC;=-1925. 28+4. 95=1920. 33 kJ/kg由计算知1/2AC的值远小于Ah的值，所以1/2AC可以忽咯。2-10某燃气轮机装置如图所示。已知hJ=286kJ/kg的燃料和空气的混合物，在截面1处以20m/s的速度进入燃烧室，并在定压下燃烧，使工质吸 入热量q=879kJ/kg。燃烧后燃气进
11、入喷管，绝热膨胀到状态3, h:l=502kJ/kg，流速增加到cf3。此后燃气进入动叶，推动转轮回 转作功。若燃气在动叶中的热力状态不变，最后离开燃气轮机时 的速度cf3=150m/s,求：(1) 燃气在喷管出口的流速0;(2) 每千克燃气在燃气轮机中所作的功;(3) 燃气流量为5. 23kg/s时，燃气轮机的功率(kw)解：(1)取截面1, 3间流体为热力系，为稳流情况下的开口系。对于每千克流体列能量方程A/i +Ac3 + gAz +/在此间忽略为0，不作功，= 0 g = AA +去Ac2 =(/i3-/i1)+(eZ32 -e/)幻9kJ/kg =(502- 286)fc7/ + l
12、(c/3- - 202)xkJ/kg得：c/32 =132.64xlO4AV/gc- 1151.7 j2-11流速为500m/s的高速空气流，突然受阻后停止流动。如 滞止过程进行迅速，以致气流在受阻过程中与外界的热交换可以 忽略不计。问在滯止过程中空气的焓变化了多少？解：由公式：q=Ah+w1.根据題意，q=0, w,=l/2*(0-500_2)故 h=q-wt=125kJ/kg2-12 某干管内气体的参数为 p(=2MPa、T!=300K、hBOl. 8kJ/kg。 某容积为0. 53n/的绝热容器与干管间有阀门相联。容器内最初为 真空，将阀门打开使容器充气。充气过程进行到容器内的压力为 2
13、MPa时停止。若该气体的热力学能与温度的关系为U kJAg=0. 72 T k，求充气后容器内气体的温度。解：对真空容器充气过程满足能量方程h.=U2故 u2= 1=301. 8kJ/kg又因u2 kJ/k=0. 72 Tj k故 T2 k= u2 kJ/kg/0. 72=301. 8/0. 72=419. 2K2-13某制冷装置，由冷藏室向制冷机的传热量为8000KJ/h，制 冷机输入功率为1KW，试确定制冷机的COP。解：C()P=W低温热源吸取的热量/损耗的功=8000KJ/h+ (1KWX3600S) =2.22-14某热泵(图2-20)，其COP为3. 5,净功输入为5000KJ,试确定心及1。解：？COP=向热源输送的热量/损耗的功=Q.lllt/W /.QJUI=COP W=3. 5X5000KJ二 17500KWQir=Q.ul 一 W= 17500KJ 一 5000KJ= 12500KJ