第五章 水蒸汽的热力性质和热力过程

第一篇

一．基本概念

工程热力学

第一章 基本概念

系统：在热力学中，被人为的划分出来的研究对象称为热力系统，简称系统。

状态参数：描述系统宏观特性的物理量称为“系统的热力状态参数”，简称“状态参数”。

热力学平衡态：在无外界影响的条件下，如果系统的状态不随时间而变化，则系统所处的状态称为热力学平衡态。

温度：表征物体冷热程度的物理量。

热平衡定律：两个系统分别与第三个系统处于热平衡，这两个系统彼此之间必定处于热平衡。 温标：温度的数值表示法称为“温标”。

准平衡过程：如过此进行的足够缓慢，则封闭系统所经历的每一个中间状态足够接近平衡，这样的过程称为准静态过程。

可逆过程：系统进行了一个过程后，如系统和外界均能恢复到各自的初态，则这样的过程称为可逆过程。 循环：工质从初态出发，经过一系列状态变化又回到初态，这种闭合过程称为“循环”。 可逆循环：全部由可逆循环组成的循环称为可逆循环。 不可逆循环：含有不可逆过程的循环称为不可逆循环。 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？ 不对。

不是不能恢复起初状态，而是不能自发的恢复初始状态。

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?

解： (1) t℃=T k-273.15

t℃=N°Ｎ+100

所以 N°Ｎ=T k-373.15

(2)当T=0 k时，代入上式得0 k为 N=-373.15°Ｎ

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?

解： 由题意得

P=Pb-Pv

则P1=0.1013-0.0917=0.0096 MPa P2=0.097-0.0874=0.0096 MPa

因为P1=P2；所以该真空造水设备的绝对压力没有变化。

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。 解：(1）交换的能力形式为：热量、物质。

(2)交换的能量形式为：热量、物质、 （3）此系统为孤立系统，与外界无能量交换。

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。 此过程不可逆。两块冰相互缓慢摩擦过程有耗散效应，耗散效应是不可逆因素。

（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。 此过程不可逆。这种情况是有限温差下的热传递，热不可以自发的从低温物体传递到高温物体。 （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）。 此过程为可逆过程。

（4）100℃的水和15℃的水混合。

此过程不可逆。混合后，热量不可以自发的分开，产生100℃的水和15℃的水。热量不能自发的从低温物体传递到高温物体。

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；

（3） 圆筒顶面所受的作用力。

图1-2

解：(1)由题意可得真空室的压力为760mmHg -745mmHg =15 mmHg= 所以真空室的压力为2.0 kPa。

Pg=P-Pb 所以1室和2室的绝对压力分别是P1=360kPa+2.0 kPa=362.0 kPa P2= P1-170kPa=192.0 kPa （2）表C的读数P3=P2-2.0=190.0 kPa

（3）F=P*S ，P=101.325 kPa- 2.0 kPa=99.325 kPa， S=πr=3.14*( 所以圆筒顶面所受的作用力为15.693牛，方向向下。

第二章

一．基本概念

功：力与同方向位移的乘积。

热量：除功以外，通过边界由外界传递给封闭系统的能量。 体积功：工质体积改变时所做的功。

节流：工质流过小孔后压力不能恢复原来数值的现象称为节流。 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？

解：膨胀功是工质膨胀时对外界作的功；流动功是外界为了克服工质在系统流动过程中的压力而作的功；轴功是外界通过旋转轴对流动工质作的功；技术功是工质在开口系统中所增加的动能和对外界作的轴功之和。

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。

热力学第一定律

2

15?101.325=2.0 kPa 76045022)=0.158m

2?1000?q??u?wq?du??w1q??H??c2?g?z?ws22

Q??H?

解：正确的表达式分别是： 1、q?1pdV??u?w 2、q?du?w

212 3、q??h??c?g?z?ws 4、Q??H?vdp

?213．一活塞、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 解：由题意可得 q=u2p（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？

?u1?p2v2?p1v1

Q=mq

所以可求得搅拌器上输出的能量为Q=3.95 kJ

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？ 解：（1） 由热力学公式可得?U?Q?W 已知Q=506 kJ，W=506kJ 所以热力学能增量为0。

（2） 由（1）知在膨胀过程中系统的热力学能没有改变，压缩过程使系统又回到初态，所以在压缩过程空气的热力学能增量为?U （3）由（2）可得?U?0

?Q?W?0， 所以W?Q?-390kJ 所以压缩过程外界消耗390kJ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。 解：

Q??U?W 在1到2过程?UkJ

?Q?W?U2?U1?500?800??300kJ

所以U2=U1在2到3过程中Q?300?1700??U?W

W?Q??U=-450-(3500-1700)=-2250 Kj

由题意知W=PΔV 所以?V?W??5.625m3 P3所以在2到3过程中气体的体积减少了5.625m

6．现有两股温度不同的空气，稳定地流过如图2-1所示的设备进行绝热混合，以形成第三股所需温度的空气流 …… 此处隐藏：3548字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……