第一篇
一．基本概念
工程热力学
第一章 基本概念
系统： 状态参数： 热力学平衡态： 温度： 热平衡定律： 温标： 准平衡过程： 可逆过程： 循环： 可逆循环 ： 不可逆循环：
二、习题
1．有人说，不可逆过程是无法恢复到起始状态的过程，这种说法对吗？ 错 2．牛顿温标,用符号°Ｎ表示其温度单位,并规定水的冰点和沸点分别为100°Ｎ和200°Ｎ，且线性分布。（1）试求牛顿温标与国际单位制中的热力学绝对温标(开尔文温标)的换算关系式；（2）绝对零度为牛顿温标上的多少度?
3．某远洋货轮的真空造水设备的真空度为0.0917ＭＰａ，而当地大气压力为0.1013MPa，当航行至另一海域，其真空度变化为0.0874MPa，而当地大气压力变化为0.097MPa。试问该真空造水设备的绝对压力有无变化?
4．如图1-1所示，一刚性绝热容器内盛有水，电流通过容器底部的电阻丝加热水。试述按下列三种方式取系统时，系统与外界交换的能量形式是什么。 （1）取水为系统；（2）取电阻丝、容器和水为系统；（3）取虚线内空间为系统。 （1）不考虑水的蒸发，闭口系统。
（2）绝热系统。注：不是封闭系统，有电荷的交换 （3）绝热系统。
图
1-1
5．判断下列过程中那些是不可逆的，并扼要说明不可逆原因。 （1）在大气压力为0.1013MPa时，将两块0℃的冰互相缓慢摩擦，使之化为0℃的水。 耗散效应
（2）在大气压力为0.1013MPa时，用(0＋dt)℃的热源(dt→0)给0℃的冰加热使之变为0℃的水。 可逆
（3）一定质量的空气在不导热的气缸中被活塞缓慢地压缩（不计摩擦）。 可逆
（4）100℃的水和15℃的水混合。 有限温差热传递
6．如图1-2所示的一圆筒容器，表A的读数为360kPa；表B的读数为170kPa，表示室I压力高于室II的压力。大气压力为760mmHg。试求: （1） 真空室以及I室和II室的绝对压力； （2） 表C的读数；
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（3） 圆筒顶面所受的作用力。
图1-2
第二章 热力学第一定律
一．基本概念
功： 热量： 体积功： 节流：
二．习题
1．膨胀功、流动功、轴功和技术功四者之间有何联系与区别？ 2．下面所写的热力学第一定律表达是否正确？若不正确，请更正。
?q??u?wq?du??wq??H?12?c?g?z?ws 221Q??H??pdV3．一活塞、气缸组成的密闭空间，内充50g气体，用叶轮搅拌器搅动气体。活塞、气缸、搅拌器均用完全绝热的材料制成。搅拌期间，活塞可移动以保持压力不变，但绝对严密不漏气。已测得搅拌前气体处于状态1，搅拌停止后处于状态2，如下表所示。 状 态 1 2 p（MPa） 3.5 3.5 v（m3/kg） 0.00711 0.01916 u（kJ/kg） 22.75 97.63 h(kJ/kg) 47.64 164.69 活塞与气缸壁间有一些摩擦。求搅拌器上输入的能量为多少？ 耗散效应将输入能量转化为热量 q=(u2-u1)+p(v2-v1) =h2-h1 4．1kg空气由p1=5MPa,t1=500℃，膨胀到p2=0.5MPa,t2=500℃，得到热量506kJ，对外做膨胀功506kJ。接着又从终态被压缩到初态，放出热量390kJ,试求： （1）膨胀过程空气热力学能的增量；（2）压缩过程空气热力学能的增量；（3）压缩过程外界消耗了多少功？
5．一活塞气缸装置中的气体经历了2个过程。从状态1到状态2，气体吸热500kJ，活塞对外作功800kJ。从状态2到状态3是一个定压的压缩过程，压力为p=400kPa，气体向外散热450kJ。并且已知U1=2000kJ, U3=3500kJ，试计算2-3过程中气体体积的变化。 500= U2-U1+800 U2=1700
-450= U3-U2+400(V3-V2) V3-V2=
6．现有两股温度不同的空气，稳定地流过如图2-1所
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示的设备进行绝热混合，以形成第三股所需温度的空气流。各股空气的已知参数如图中所示。设空气可按理想气体计，其焓仅是温度的函数，按{h}kJ/kg=1.004{T}K计算，理想气体的状态方程为pv=RT, R=287J/(kg·K)。若进出口截面处的动、位能变化可忽略，试求出口截面的空气温度和流速。
m3=m1+m2 h3=h1+h2
图2-1
7．某气体从初态p1=0.1MPa，V1=0.3m3可逆压缩到终态p2=0.4MPa，设压缩过程中p=aV-2，式中a为常数。试求压缩过程所必须消耗的功。 p1=aV1-2 p2=aV2-2
∫pdV=∫aV-2dV=-aV2-1+aV2-1
8．如图2-2所示，p-v图上表示由三个可逆过程所组成的一个循环。1-2是绝热过程；2-3是定压过程；3-1是定容过程。如绝热过程1-2中工质比热力学能的变化量为-50kJ/kg，p1=1.6MPa，v1=0.025m3/kg，p2=0.1MPa，v2=0.2m3/kg。（1）试问这是一个输出净功的循环还是消耗净功的循环？ （2）计算循环的净热。
(1) 顺时针循环，输出净功；
(2) Q=W=W12+W23+W31
W12=50
W23=
W31=0
图2-2
9．某燃气轮机装置如图2-3所示。已知压气机进口处空气的焓h1=290kJ/kg，经压缩后，空气升温使比焓增为h2=580kJ/kg，在截面2处与燃料混合，以w2=20m/s的速度进入燃烧室，在定压下燃烧，使工质吸入热量q=670kJ/kg。燃烧后燃气经喷管绝热膨胀到状态3’,h3’=800kJ/kg，流速增至w3’，燃气再进入动叶片，推动转轮回转做功。若燃气在动叶片中热力状态不变，最后离开燃气轮机速度为w4=100m/s。求： （1）若空气流量为100kg/s，压气机消耗的功率为多少？ （2）若燃料发热量q=43960kJ/kg，燃料消耗量为多少？ （3）燃气在喷管出口处的流速w3’是多少？ （4）燃气涡轮（3’-4过程）的功率为多少？ （5）燃气轮机装置的总功率为多少？
图2-3 (1) W1=100kg/s*(h2-h1)
(2) m*43960=100kg/s*(h2-h1) (3)0.5w3’2-0.5w22=h3’-h2
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