第五章 水蒸汽的熱力性質(zhì)和熱力過程

1、第一篇 工程熱力學(xué)第一章 基本概念一．基本概念系統(tǒng)：在熱力學(xué)中，被人為的劃分出來的研究對(duì)象稱為熱力系統(tǒng)，簡稱系統(tǒng)。狀態(tài)參數(shù)：描述系統(tǒng)宏觀特性的物理量稱為“系統(tǒng)的熱力狀態(tài)參數(shù)” ，簡稱“狀態(tài)參數(shù)” 。熱力學(xué)平衡態(tài)：在無外界影響的條件下，如果系統(tǒng)的狀態(tài)不隨時(shí)間而變化，則系統(tǒng)所處的狀態(tài)稱為熱力學(xué)平衡態(tài)。溫度：表征物體冷熱程度的物理量。熱平衡定律：兩個(gè)系統(tǒng)分別與第三個(gè)系統(tǒng)處于熱平衡，這兩個(gè)系統(tǒng)彼此之間必定處于熱平衡。溫標(biāo)：溫度的數(shù)值表示法稱為

2、“溫標(biāo)” 。準(zhǔn)平衡過程：如過此進(jìn)行的足夠緩慢，則封閉系統(tǒng)所經(jīng)歷的每一個(gè)中間狀態(tài)足夠接近平衡，這樣的過程稱為準(zhǔn)靜態(tài)過程。可逆過程：系統(tǒng)進(jìn)行了一個(gè)過程后，如系統(tǒng)和外界均能恢復(fù)到各自的初態(tài)，則這樣的過程稱為可逆過程。循環(huán)：工質(zhì)從初態(tài)出發(fā)，經(jīng)過一系列狀態(tài)變化又回到初態(tài)，這種閉合過程稱為“循環(huán)” ?？赡嫜h(huán)：全部由可逆循環(huán)組成的循環(huán)稱為可逆循環(huán)。不可逆循環(huán)：含有不可逆過程的循環(huán)稱為不可逆循環(huán)。二、習(xí)題1．有人說，不可逆過程是無法恢復(fù)到起始狀態(tài)的過

3、程，這種說法對(duì)嗎？不對(duì)。不是不能恢復(fù)起初狀態(tài)，而是不能自發(fā)的恢復(fù)初始狀態(tài)。2．牛頓溫標(biāo),用符號(hào)°Ｎ表示其溫度單位,并規(guī)定水的冰點(diǎn)和沸點(diǎn)分別為100°Ｎ和200°Ｎ，且線性分布。（1）試求牛頓溫標(biāo)與國際單位制中的熱力學(xué)絕對(duì)溫標(biāo)(開爾文溫標(biāo))的換算關(guān)系式；（2）絕對(duì)零度為牛頓溫標(biāo)上的多少度?解： (1) t℃=T k-273.15t℃=N°Ｎ+100所以 N°

4、;Ｎ=T k-373.15(2)當(dāng) T=0 k 時(shí)，代入上式得 0 k 為N=-373.15°Ｎ3．某遠(yuǎn)洋貨輪的真空造水設(shè)備的真空度為 0.0917ＭＰａ，而當(dāng)?shù)卮髿鈮毫?0.1013MPa，當(dāng)航行至另一海域，其真空度變化為 0.0874MPa，而當(dāng)?shù)卮髿鈮毫ψ兓癁?0.097MPa。試問該真空造水設(shè)備的絕對(duì)壓力有無變化?解： 由題意得P=Pb-Pv則 P1=0.1013-0.0917=0.0096 MPaP2=0.09

5、7-0.0874=0.0096 MPa因?yàn)?P1=P2；所以該真空造水設(shè)備的絕對(duì)壓力沒有變化。4．如圖 1-1 所示，一剛性絕熱容器內(nèi)盛有水，電流通過容器底部的電阻絲加熱水。試述按下列三種方式取系統(tǒng)時(shí)，系統(tǒng)與外界交換的能量形式是什么。（1）取水為系統(tǒng)；（2）取電阻絲、容器和水為系統(tǒng)；（3）取虛線內(nèi)空間為系統(tǒng)。解：(1）交換的能力形式為：熱量、物質(zhì)。(2)交換的能量形式為：熱量、物質(zhì)、 （3）此系統(tǒng)為孤立系統(tǒng)，與外界無能量交換。? ? ?

6、 ?? ? ? ? ? ? ?? ?? ? ? ?212 2 1pdV H Qw z g c H qw du qw u qs?解：正確的表達(dá)式分別是：1、2、 w u q ? ? ? w du q ? ?3、4、 s w z g c h q ? ? ? ? ? ? ? 221 ? ? ? ?21 vdp H Q3．一活塞、氣缸組成的密閉空間，內(nèi)充 50g 氣體，用葉輪攪拌器攪動(dòng)氣體?；钊?、氣缸、攪拌器均用完全絕熱的材料制成。攪拌期間，活

7、塞可移動(dòng)以保持壓力不變，但絕對(duì)嚴(yán)密不漏氣。已測(cè)得攪拌前氣體處于狀態(tài) 1，攪拌停止后處于狀態(tài) 2，如下表所示。狀 態(tài) p（MPa） v（m3/kg） u（kJ/kg） h(kJ/kg)1 3.5 0.00711 22.75 47.642 3.5 0.01916 97.63 164.69活塞與氣缸壁間有一些摩擦。求攪拌器上輸入的能量為多少？ 解：由題意可得q= 1 1 2 2 1 2 v p v p u u ? ? ?Q=mq所以可求得攪拌

8、器上輸出的能量為 Q=3.95 kJ4．1kg 空氣由 p1=5MPa,t1=500℃，膨脹到 p2=0.5MPa,t2=500℃，得到熱量 506kJ，對(duì)外做膨脹功 506kJ。接著又從終態(tài)被壓縮到初態(tài)，放出熱量 390kJ,試求：（1）膨脹過程空氣熱力學(xué)能的增量；（2）壓縮過程空氣熱力學(xué)能的增量；（3）壓縮過程外界消耗了多少功？解：（1） 由熱力學(xué)公式可得已知 Q=506 kJ，W=506kJ 所以熱力學(xué)能增量為 0。 W Q U

9、 ? ? ?（2） 由（1）知在膨脹過程中系統(tǒng)的熱力學(xué)能沒有改變，壓縮過程使系統(tǒng)又回到初態(tài)，所以在壓縮過程空氣的熱力學(xué)能增量為 0 ? ?U（3）由（2）可得 ， 所以 -390kJ 所以壓縮過程外界消耗 390kJ 功。 0 ? ? ? ? W Q U ? ? Q W5．一活塞氣缸裝置中的氣體經(jīng)歷了 2 個(gè)過程。從狀態(tài) 1 到狀態(tài) 2，氣體吸熱 500kJ，活塞對(duì)外作功800kJ。從狀態(tài) 2 到狀態(tài) 3 是一個(gè)定壓的壓縮過程，壓力為

10、 p=400kPa，氣體向外散熱 450kJ。并且已知U1=2000kJ, U3=3500kJ，試計(jì)算 2-3 過程中氣體體積的變化。解： 在 1 到 2 過程 kJ W U Q ? ? ? 300 800 500 1 2 ? ? ? ? ? ? ? ? ? U U W Q U所以 = kJ 2 U 1700 300 1 ? ? U在 2 到 3 過程中=-450-(3500-1700)=-2250 Kj W U Q ? ? ?