工程熱力學(xué)習(xí)題解答

1、第二章熱力學(xué)第一定律11.熱量和熱力學(xué)能有什么區(qū)別？有什么聯(lián)系？答：熱量和熱力學(xué)能是有明顯區(qū)別的兩個(gè)概念：熱量指的是熱力系通過(guò)界面與外界進(jìn)行的熱能交換量，是與熱力過(guò)程有關(guān)的過(guò)程量。熱力系經(jīng)歷不同的過(guò)程與外界交換的熱量是不同的；而熱力學(xué)能指的是熱力系內(nèi)部大量微觀粒子本身所具有的能量的總合，是與熱力過(guò)程無(wú)關(guān)而與熱力系所處的熱力狀態(tài)有關(guān)的狀態(tài)量。簡(jiǎn)言之，熱量是熱能的傳輸量，熱力學(xué)能是能量？的儲(chǔ)存量。二者的聯(lián)系可由熱力學(xué)第一定律表達(dá)式看出；熱量

2、的傳輸除了可能引起做功或者消耗功外還會(huì)引起熱力學(xué)能的變化。ddqupv???2.如果將能量方程寫為ddqupv???或ddqhvp???那么它們的適用范圍如何？答：二式均適用于任意工質(zhì)組成的閉口系所進(jìn)行的無(wú)摩擦的內(nèi)部平衡過(guò)程。因?yàn)?，uhpv??對(duì)閉口系將代入第一式得()dudhpvdhpdvvdp?????duqdhpdvvdppdv?????即。qdhvdp???3.能量方程（變大）與焓的微分式（變大）很相像，為什么熱量q不是狀態(tài)參?

3、qupv??dd??dddhupv??數(shù)，而焓h是狀態(tài)參數(shù)？答：盡管能量方程與焓的微分式（變大）似乎相象，但兩者的數(shù)學(xué)本qdupdv?????dddhupv??質(zhì)不同，前者不是全微分的形式，而后者是全微分的形式。是否狀態(tài)參數(shù)的數(shù)學(xué)檢驗(yàn)就是，看該參數(shù)的循環(huán)積分是否為零。對(duì)焓的微分式來(lái)說(shuō)，其循環(huán)積分：()dhdudpv?????AAA因?yàn)椋?du??A()0dpv??A所以，0dh??A因此焓是狀態(tài)參數(shù)。而對(duì)于能量方程來(lái)說(shuō)，其循環(huán)積分：qd

4、updv??????AAA雖然：0du??A但是：0pdv??A所以：0q???A因此熱量不是狀態(tài)參數(shù)。q4.用隔板將絕熱剛性容器分成A、B兩部分（圖213），A部分裝有1kg氣體，B部分為高度真空。將隔板抽去后，氣體熱力學(xué)能是否會(huì)發(fā)生變化？能不能用來(lái)分析這一過(guò)程？ddqupv???圖213BbBBA第二章熱力學(xué)第一定律3[解]：關(guān)鍵在于確定過(guò)程1－2的熱力學(xué)能變化，再根據(jù)熱力學(xué)能變化的絕對(duì)值不隨過(guò)程而變，對(duì)三個(gè)過(guò)程而言是相同的，所不同

5、的只是符號(hào)有正、負(fù)之差，進(jìn)而則逐過(guò)程所缺值可求。根據(jù)閉口系能量方程的積分形式：QUW???2—b—1：7(4)3UQWkJ?????????1—a—2：1037WQUkJ??????1—c—2：3811QUWkJ??????將所得各值填入上表空中即可※此題可以看出幾點(diǎn)：圖2－141、不同熱力過(guò)程，閉口系的熱量Q和功W是不同的，說(shuō)明熱量與功是與過(guò)程有關(guān)的物理量。2、熱力學(xué)能是不隨過(guò)程變化的，只與熱力狀態(tài)有關(guān)。27已知汽輪機(jī)中蒸汽的流量qm

6、=40th；汽輪機(jī)進(jìn)口蒸汽焓h1=3442kJkg；出口蒸汽焓h2=2448kJkg，試計(jì)算汽輪機(jī)的功率（不考慮汽輪機(jī)的散熱以及進(jìn)、出口氣流的動(dòng)能差和位能差）。如果考慮到汽輪機(jī)每小時(shí)散失熱量0.5?106kJ，進(jìn)口流速為70ms，出口流速為120ms，進(jìn)口比出口高1.6m，那么汽輪機(jī)的功率又是多少？[解]：1）不考慮汽輪機(jī)散熱以及進(jìn)出口氣流的動(dòng)能差和位能差時(shí)，如右下圖因?yàn)?q?220C??0zg??根據(jù)開(kāi)口系穩(wěn)定流動(dòng)的能量方程，(211

7、)式，汽輪機(jī)對(duì)外作的功等于蒸汽經(jīng)過(guò)汽輪機(jī)后的焓降：1234422448994shWhhhkJkg????????汽輪機(jī)功率39944010360011044.44shPWmkW???????2）考慮汽輪機(jī)散熱以及進(jìn)出口氣流的動(dòng)能和位能差時(shí)，每kg蒸汽的散熱量5351012.54010QqkJkgm???????吸根據(jù)(211)式有：22shCqhzgW????????蒸汽作功221221121()()2shWhhqCCzzg??????

8、?223334422448(12070)(210)1.69.811012.5976.76shWkJkg?????????功率3976.764010360010852.95shPWmkW???????各種損失及所占比例：汽輪機(jī)散熱損失：占12.5kJkg12.59941.26%?蒸汽的進(jìn)出動(dòng)能差：占2231(12070)4.75210kJkg???4.759940.48%?蒸汽的進(jìn)出位能差：占31.69.81100.0156kJkg??0