工程热力学例题答案解

1、例1:如图，已知大气压pb=101325Pa，U型管内 汞柱高度差H=300mm，气体表B读数为0.2543MPa，求：A室压力pA及气压表A的读数pe,A 。解：强调： Pb是测压仪表所在环境压力例2:有一橡皮气球，当其内部压力为0.1MPa（和大气压相同）时是自由状态，其容积为0.3m3。当气球受太阳照射而气体受热时，其容积膨胀一倍而压力上升到0.15MPa。设气球压力的增加和容积的增加成正比。试求： （1）该膨胀过程的pf（v）关系； （2）该过程中气体作的功； （3）用于克服橡皮球弹力所作的功。解：气球受太阳照射而升温比较缓慢，可假定其 ，所以关键在于求出pf（v）(2)（3）例3：如

2、图，气缸内充以空气，活塞及负载195kg，缸壁充分导热，取走100kg负载，待平衡后，不计摩擦时，求：（1）活塞上升的高度 ;（2）气体在过程中作的功和换热量，已知解：取缸内气体为热力系闭口系分析：非准静态，过程不可逆，用第一定律解析式。计算状态1及2的参数：过程中质量m不变据 因m2=m1,且 T2=T1体系对外力作功注意：活塞及其上重物位能增加例4：如图，已知活塞与气缸无摩擦，初始时p1=pb，t1=27，缓缓加热，使 p2=0.15MPa，t2=207 ，若m=0.1kg，缸径=0.4m ，空气求：过程加热量Q。解：据题意例6已知：0.1MPa、20的空气在压气机中绝热压缩后，导入换热器

3、排走部分热量，再进入喷管膨胀到0.1MPa、20。喷管出口截面积A=0.0324m2，气体流速cf2=300m/s。已知压气机耗功率710kW，问换热器的换热量。解：稳定流动能量方程黑箱技术例7:一台稳定工况运行的水冷式压缩机，运行参数如图。设空气比热cp=1.003kJ/(kg·K)，水的比热cw=4.187kJ/(kg·K)。若不计压气机向环境的散热损失、动能差及位能差，试确定驱动该压气机所需功率。已知空气的焓差h2-h1=cp(T2-T1)解：取控制体为压气机（不包括水冷部分 流入： 流出： 内增： 0取整个压气机（包括水冷部分）为系统： 流入： 流出： 内增 ： 0

4、查水蒸气表得本题说明： 1）同一问题，取不同热力系，能量方程形式不同。 2）热量是通过边界传递的能量，若发生传热两物体同在一体系内，则能量方程中不出现此项换热量。 3）黑箱技术不必考虑内部细节，只考虑边界上交换及状况。 4）不一定死记能量方程，可从第一定律的基本表达出发。例9：若容器A刚性绝热，初态为真空，打开阀门充气，使压力p2=4MPa时截止。若空气u=0.72T求容器A内达平衡后温度T2及充入气体量m。解：取A为CV.非稳定开口系容器刚性绝热忽略动能差及位能差，则由 或 流入：hinmin 流出： 0 内增：um例10：已知储气罐中原有的空气质量m1，热力学能u1，压力p1，温度T1。充

5、气后，储气罐内气体质量为m2，热力学能u2，忽略动能差与位能差，且容器为刚性绝热。导出u2与h的关系式 。解：方法一 取气罐为系统。考虑一股气体流入，无流出方法二：取气罐内全部空气（m2）为闭口系 Q=U+W Q：容器刚性绝热 充入气体与管内气体热力学状态相同Q=0第四章例3：某理想气体经历4个过程，如T-s图1）将各过程画在p-v图上；2）指出过程吸热或放热，膨胀或压缩。解：1-3 1-2 1-4 1-5例4：封闭气缸中气体初态p1=8MPa，t1=1300，经过可逆多变膨胀过程变化到终态p2=0.4MPa，t2=400。已知气体常数Rg=0.287kJ/(kg·K)，试判断气体在

6、该过程中是放热还是吸热？比热容为常数，cv=0.716 kJ/(kg·K)解：计算初，终态比容多变指数多变过程膨胀功和热量 故是吸热过程第五章例1：某专利申请书提出一种热机，它从167的热源 吸热，向7冷源放热，热机每接受1000kJ热量，能发出0.12kW·h的电力。请判定专利局是否应受理其申请，为什么？解：从申请是否违反自然界普遍规律着手故不违反第一定律 根据卡诺定理，在同温限的两个恒温热源之间工作的热机，以可逆机效率最高违反卡诺定理，所以不可能例2：某循环在700K的热源及400K的冷源之间工作，如图，试判别循环是热机循环还是制冷循环，可逆还是不可逆? 解：方法1：设

7、为热机循环不可能 设为制冷循环：符合克氏不等式，所以是不可逆制冷循环 方法2：设为热机循环 设为制冷循环注意： 1）任何循环（可逆，不可逆；正向，反向）第一定律都适用。故判断过程方向时 仅有第一定律是不够的； 2）热量、功的“+”、“-”均基于系统，故取系统不同可有正负差别； 3）克氏积分 中， 不是工质微元熵变。例3：气缸内储有1kg空气，分别经可逆等温及不可逆等温，由初态p1=0.1MPa，t1=27压缩到p2=0.2MPa，若不可逆等温压缩过程耗功为可逆压缩的120%，确定两过程中空气的熵增、熵流及熵产。（空气取定比热， t0=27 ）解：可逆等温压缩不可逆等温压缩：由于初终态与可逆等温

8、压缩相同例4：判断下列各情况的熵变：正、负或01）闭口系经可逆变化，系统与外界交换功量10kJ，热量-10kJ，系统熵变 。 “-”2） 闭口系经不可逆变化，系统与外界交换功量10kJ，热量-10kJ，系统熵变 。“-”or”+” 3）稳定流动的流体经不可逆过程,作功20kJ，与外界交换热量-15kJ，流体进出口熵变。 “+”or”-”4）稳定流动的流体经历可逆过程，作功20kJ，与外界交换热量-15kJ，流体进出口熵变。 “-” 5）稳定流动的流体经不可逆绝热变化，系统对外作功10kJ，此开口系统的熵变。0例5：用孤立系统熵增原理证明该循环发动机是不可能制成的: 它从167的热源吸热1000

9、kJ向7的冷源放热568kJ，输出循环净功432kJ。证明：取热机、热源、冷源组成闭口绝热系所以该热机是不可能制成的例6：1000kg 0的冰在20 的大气中化成0 的水，求作功能力损失。已知：冰的融化热=335kJ/kg）解：方法一，取冰、大气为系统孤立系统方法二：取冰为系统闭口系 方法三例7：一刚性绝热容器用隔板分成两部分，VA=3VB。A侧1kg空气，p1=1MPa，T1=330K，B侧真空。抽去隔板，系统恢复平衡，求过程作功能力损失。（T0=293K，p0=0.1MPa）解：例8：刚性容器A，B分别储有1kmolO2和N2，将它们混合装于C，若VA=VB=VC，TA=TB=TC,求：熵变。解：混合前混