工程热力学考研解析3课件

3.热力过程类问题（含循环）这类问题，需要注意到两个方面：可逆过程问题不可逆过程问题例3.1：一装置见图示，活塞与气缸由绝热材料制成。活塞面积为100cm2，活塞与重物的质量共为200kg。当地大气压为0.1MPa。缸内空气与外界处于力平衡时，它的温度为300K，容积为1000cm3。如果取走重物100kg，活塞突然上升，最后空气与外界重新达到力的平衡。若忽略活塞与气缸之间的摩擦，求活塞上升的距离和气体的终温。

3.热力过程类问题（含循环）这类问题，需要注意到两个方面：理硕教育—专注于北理工考研辅导本资料由理硕教育整理，理硕教育是全国唯一专注于北理工考研辅导的学校，相对于其它机构理硕教育有得天独厚的优势。丰富的理工内部资料资源与人力资源确保每个学员都受益匪浅，确保理硕教育的学员初试通过率89%以上，复试通过率接近100%。理硕教育—专注于北理工考研辅导本资料由理硕教育整理，理硕教育解：取缸内空气为闭口绝热系统Rg=0.287kJ/(kg·K)cp=1.004kJ/(kg·K)cV=0.716kJ/(kg·K)空气参数初态：T1=300K；V1=0.001m3；

终态：

过程：绝热，但不注意会假设成可逆可逆过程空气质量：解：取缸内空气为闭口绝热系统Rg=0.287kJ/(kg·是否正确？换个系统：以空气、重物为系统，由过程初终态间的能量守恒

其中：是否正确？换个系统：以空气、重物为系统，由过程初终态间的能量可见，该情况假设可逆有偏差，单如果将可逆看成为实际过程的一种近似，结果还是比较不错的（相差不大）。

可见，该情况假设可逆有偏差，单如果将可逆看成为实际过程的一种例3.2：一刚性绝热容器被绝热隔板隔开，两侧体积各为28×10－3m3。A中初始装有氧气，压力0.7MPa，温度338K，B初始为真空。现开启阀门，氧气自A流向B，当两侧压力相同时关闭阀门。问：（1）终态的压力和两侧温度为多少？（2）过程前后氧气的熵变多少？解：查氧气气体常数，比热容：例3.2：一刚性绝热容器被绝热隔板隔开，两侧体积各为28×1（1）的求解时需要注意如何选择系统通常会想到分别取A、B为系统，此时求解就不太方便。取A+B为系统：能量守恒方程（1）的求解时需要注意如何选择系统通常会想到分别取A、B为系这时才考虑A中的过程特征为定熵过程由质量守恒：（2）熵变这种情况，为方便写出熵变表达式，可以取用绝对熵这时才考虑A中的过程特征为定熵过程由质量守恒：（2）熵变这种结合质量守恒：例3.3：活塞—气缸系统的容积V=2.45×10−3m3，内有p1=0.7MPa、t1=867℃的燃气。已知环境温度27℃、环境压力0.1013MPa，燃气的Rg=0.296kJ/(kg·K)，cp=1.04kJ/(kg·K)。求：（1）燃气的有效能；（2）除环境外无其它热源的情况下，燃气膨胀到p2

=0.3MPa、t2

=637℃时的最大有用功。解：结合质量守恒：例3.3：活塞—气缸系统的容积V=2.45×（1）（1）（2）（3）过程不可逆还可以这样，取空气＋环境为孤立系统（2）（3）过程不可逆还可以这样，取空气＋环境为孤立系统例3.4：空气稳定流经气轮机绝热膨胀作功。已知空气进入气轮机时温度450K、压力0.4MPa、速度30m/s；离开气轮机的温度330K、压力0.1MPa、速度130m/s。若环境的温度293K、压力0.1MPa；空气气体常数0.287kJ/(kg·K)、比定压热容1.004kJ/(kg·K)，在不考虑位能差时求：（1）气轮机进口和出口处空气的有效能；（2）空气从状态1变化到状态2时的最大有用功；（3）实际有用功。解：（1）例3.4：空气稳定流经气轮机绝热膨胀作功。已知空气进入气轮机进口有效能出口有效能（2）（3）或取空气＋环境为孤立系统后例3.5：一压气机，空气进口温度20℃、压力97.2kPa；出口温度164.3℃、压力311.1kPa；环境温度20℃；空气进口流量每分钟113.3m3。求：（1）压气机耗功；（2）保证出口压力时定熵压缩耗功；（3）该压气机绝热效率；（4）该压气机作功能力损失是否为实际耗功与定熵耗功之差？进口有效能出口有效能（2）（3）或取空气＋环境为孤立系统后例解：查（1）忽略动能差、位能差，过程绝热（2）定熵（3）解：查（1）忽略动能差、位能差，过程绝热（2）定熵（3）（4）取空气和环境为孤立系统所以两者不相等，差异：实际：不可逆出口状态与可逆出口状态之间，存在有效能差异这部分有效能还没有被损失。（4）取空气和环境为孤立系统所以两者不相等，差异：实际：不可例3.6：湿空气温度30℃，相对湿度60%，压力0.1MPa。要求：（1）计算此状态下的水蒸气分压力，露点温度，绝对湿度，含湿量，焓；（2）若将该湿空气在定压下冷却到15℃，需让每kg干空气放出的热量是多少：（3）冷却后的相对湿度是多少？（4）在焓湿图上定性绘制出此冷却过程。（1）查表：解：

再次查表：例3.6：湿空气温度30℃，相对湿度60%，压力0.1MPa

（2）在15℃时，饱和湿空气的水蒸气分压力为1706Pa，所以冷却过程是去湿过程。分两个阶段冷却：1－2过程冷却到相对湿度100％，2－3过程冷却加去湿。1－2过程：温度达到21.25℃，含湿量不变。2－3过程：温度15℃，含湿量：（2）在15℃时，饱和湿空气的水蒸气分（3）冷却后的相对湿度100％。1

2

3dh

（4）（3）冷却后的相对湿度100％。123d例3.7：1molCO与0.5mol氧气进行燃烧反应。要求：（1）写出该过程的理论燃烧反应式；（2）计算标准燃烧焓；（3）当1标准大气压、3000K下达到化学平衡时，计算其化学平衡常数（参考数据：化学平衡常数Kp≈3.058）；（4）计算化学平衡时生成物中各组元的分压力及摩尔分数（参考数据：离解度约为0.436）。解：（2）查：（1）（3）例3.7：1molCO与0.5mol氧气进行燃烧反应。要达到化学平衡：

达到化学平衡：mol离解成CO和O2：（4）设平衡时1molCO2中有生成物：各组元的分压力：

，

经试算mol离解成CO和O2：（4）设平衡时1molCO2中有生

例题3.8：某气油机理想循环初态参数为压力0.1MPa，温度288K，压缩比为5，加热过程中对每千克空气的加热量为1000kJ。问该循环的最高压力和最高温度为多少？循环功及循环效率为多少？解：1：初态参数：2：压缩终了：例题3.8：某气油机理想循环初态参数为压力0.1MPa，温度3：加热后：4：作功后：放热量：功量：效率：3：加热后：4：作功后：放热量：功量：效率：该题中，若计算压缩过程和膨胀过程的功也可以压缩：膨胀：例3.9：空气绝热流过图示管道。已知入口处其平均值：温度113℃、压力0.25MPa、速度210m/s；出口处平均速度18m/s。要求：（1）取恰当系统后导出空气流过此管道时能量和质量守恒方程；（2）若过程可逆，计算出口截面上空气平均温度和压力；（3）若入口截面积1.96×10－3m2，计算出口截面积；（4）空气在此管内的流量为多少？该题中，若计算压缩过程和膨胀过程的功也可以压缩：膨胀：例3.出口入口1

122例3.9

气体常数0.287kJ/(kg·K)比定容热容0.717kJ/(kg·K)查：解：（1）绝热稳态稳流过程（2）出口入口1122（3）（4）需要注意的一些习题和思考题请按今天例题类型自己选择。（3）（4）需要注意的一些习题和思考题请按今天例题类型自3.热力过程类问题（含循环）这类问题，需要注意到两个方面：可逆过程问题不可逆过程问题例3.1：一装置见图示，活塞与气缸由绝热材料制成。活塞面积为100cm2，活塞与重物的质量共为200kg。当地大气压为0.1MPa。缸内空气与外界处于力平衡时，它的温度为300K，容积为1000cm3。如果取走重物100kg，活塞突然上升，最后空气与外界重新达到力的平衡。若忽略活塞与气缸之间的摩擦，求活塞上升的距离和气体的终温。

3.热力过程类问题（含循环）这类问题，需要注意到两个方面：理硕教育—专注于北理工考研辅导本资料由理硕教育整理，理硕教育是全国唯一专注于北理工考研辅导的学校，相对于其它机构理硕教育有得天独厚的优势。丰富的理工内部资料资源与人力资源确保每个学员都受益匪浅，确保理硕教育的学员初试通过率89%以上，复试通过率接近100%。理硕教育—专注于北理工考研辅导本资料由理硕教育整理，理硕教育解：取缸内空气为闭口绝热系统Rg=0.287kJ/(kg·K)cp=1.004kJ/(kg·K)cV=0.716kJ/(kg·K)空气参数初态：T1=300K；V1=0.001m3；

终态：

过程：绝热，但不注意会假设成可逆可逆过程空气质量：解：取缸内空气为闭口绝热系统Rg=0.287kJ/(kg·是否正确？换个系统：以空气、重物为系统，由过程初终态间的能量守恒

其中：是否正确？换个系统：以空气、重物为系统，由过程初终态间的能量可见，该情况假设可逆有偏差，单如果将可逆看成为实际过程的一种近似，结果还是比较不错的（相差不大）。

可见，该情况假设可逆有偏差，单如果将可逆看成为实际过程的一种例3.2：一刚性绝热容器被绝热隔板隔开，两侧体积各为28×10－3m3。A中初始装有氧气，压力0.7MPa，温度338K，B初始为真空。现开启阀门，氧气自A流向B，当两侧压力相同时关闭阀门。问：（1）终态的压力和两侧温度为多少？（2）过程前后氧气的熵变多少？解：查氧气气体常数，比热容：例3.2：一刚性绝热容器被绝热隔板隔开，两侧体积各为28×1（1）的求解时需要注意如何选择系统通常会想到分别取A、B为系统，此时求解就不太方便。取A+B为系统：能量守恒方程（1）的求解时需要注意如何选择系统通常会想到分别取A、B为系这时才考虑A中的过程特征为定熵过程由质量守恒：（2）熵变这种情况，为方便写出熵变表达式，可以取用绝对熵这时才考虑A中的过程特征为定熵过程由质量守恒：（2）熵变这种结合质量守恒：例3.3：活塞—气缸系统的容积V=2.45×10−3m3，内有p1=0.7MPa、t1=867℃的燃气。已知环境温度27℃、环境压力0.1013MPa，燃气的Rg=0.296kJ/(kg·K)，cp=1.04kJ/(kg·K)。求：（1）燃气的有效能；（2）除环境外无其它热源的情况下，燃气膨胀到p2

=0.3MPa、t2

=637℃时的最大有用功。解：结合质量守恒：例3.3：活塞—气缸系统的容积V=2.45×（1）（1）（2）（3）过程不可逆还可以这样，取空气＋环境为孤立系统（2）（3）过程不可逆还可以这样，取空气＋环境为孤立系统例3.4：空气稳定流经气轮机绝热膨胀作功。已知空气进入气轮机时温度450K、压力0.4MPa、速度30m/s；离开气轮机的温度330K、压力0.1MPa、速度130m/s。若环境的温度293K、压力0.1MPa；空气气体常数0.287kJ/(kg·K)、比定压热容1.004kJ/(kg·K)，在不考虑位能差时求：（1）气轮机进口和出口处空气的有效能；（2）空气从状态1变化到状态2时的最大有用功；（3）实际有用功。解：（1）例3.4：空气稳定流经气轮机绝热膨胀作功。已知空气进入气轮机进口有效能出口有效能（2）（3）或取空气＋环境为孤立系统后例3.5：一压气机，空气进口温度20℃、压力97.2kPa；出口温度164.3℃、压力311.1kPa；环境温度20℃；空气进口流量每分钟113.3m3。求：（1）压气机耗功；（2）保证出口压力时定熵压缩耗功；（3）该压气机绝热效率；（4）该压气机作功能力损失是否为实际耗功与定熵耗功之差？进口有效能出口有效能（2）（3）或取空气＋环境为孤立系统后例解：查（1）忽略动能差、位能差，过程绝热（2）定熵（3）解：查（1）忽略动能差、位能差，过程绝热（2）定熵（3）（4）取空气和环境为孤立系统所以两者不相等，差异：实际：不可逆出口状态与可逆出口状态之间，存在有效能差异这部分有效能还没有被损失。（4）取空气和环境为孤立系统所以两者不相等，差异：实际：不可例3.6：湿空气温度30℃，相对湿度60%，压力0.1MPa。要求：（1）计算此状态下的水蒸气分压力，露点温度，绝对湿度，含湿量，焓；（2）若将该湿空气在定压下冷却到15℃，需让每kg干空气放出的热量是多少：（3）冷却后的相对湿度是多少？（4）在焓湿图上定性绘制出此冷却过程。（1）查表：解：

再次查表：例3.6：湿空气温度30℃，相对湿度60%，压力0.1MPa

（2）在15℃时，饱和湿空气的水蒸气分压力为1706Pa，所以冷却过程是去湿过程。分两个阶段冷却：1－2过程冷却到相对湿度100％，2－3过程冷却加去湿。1－2过程：温度达到21.25℃，含湿量不变。2－3过程：温度15℃，含湿量：（2）在15℃时，饱和湿空气的水蒸气分（3）冷却后的相对湿度100％。1

2

3dh

（4）（3）冷却后的相对湿度100％。123d例3.7：1molCO与0.5mol氧气进行燃烧反应。要求：（1）写出该过程的理论燃烧反应式；（2）计算标准燃烧焓；（3）当1标准大气压、3000K下达到化学平衡时，计算其化学平衡常数（参考数据：化学平衡常数Kp≈3.058）；（4）计算化学平衡时生成物中各组元的分压力及摩尔分数（参考数据：离解度约为0.436）。解：（2）查：（1）（3）例3.7：1molCO与0.5mol氧气进行燃烧反应。要达到化学平衡：

达到化学平衡：mol离解成CO和O2：（4）设平衡时1molCO2中有生成物：各组元的分压力：

，

经试算mo