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1、工程传热学-第二章-热力学第一定律2.2 2.2 闭口系统能量方程式闭口系统能量方程式闭口系统能量方程式闭口系统能量方程式 The energy equation for Control MassThe energy equation for Control MassThe energy equation for Control Massuu2.2.12.2.1系统的总储存能系统的总储存能系统的总储存能系统的总储存能 1 1符号符号符号符号:E E：kJkJ，J J；e e ：kJ/kgkJ/kg，J/kgJ/kg 2 2组成组成组成组成：外部储存能：宏观动能外部储存能：宏观动能外部储存能：宏
2、观动能外部储存能：宏观动能 ；宏观位能；宏观位能；宏观位能；宏观位能 力学状态参数力学状态参数力学状态参数力学状态参数内部储存能：与系统内部分子微观热运动、分子空间位内部储存能：与系统内部分子微观热运动、分子空间位内部储存能：与系统内部分子微观热运动、分子空间位内部储存能：与系统内部分子微观热运动、分子空间位形有关的能量，称为形有关的能量，称为形有关的能量，称为形有关的能量，称为内能内能内能内能（也称为热力学能）（也称为热力学能）（也称为热力学能）（也称为热力学能）热力学状态参数热力学状态参数热力学状态参数热力学状态参数uu2.2.2 2.2.2 内能（热力学能）内能（热力学能）内能（热力学能
3、）内能（热力学能）1 1符号：符号：符号：符号：U U：kJ J kJ J；u u：kJ/kg J/kgkJ/kg J/kg2 2组成：组成：组成：组成：微观动能：包括转动、移动、振动的微观动能：包括转动、移动、振动的微观动能：包括转动、移动、振动的微观动能：包括转动、移动、振动的 动能动能动能动能 与温度有关；与温度有关；与温度有关；与温度有关；微观位能：由于分子间相互作用力产生的微观位能：由于分子间相互作用力产生的微观位能：由于分子间相互作用力产生的微观位能：由于分子间相互作用力产生的 与比容有关；与比容有关；与比容有关；与比容有关；核能、化学能：工程热力学一般不考虑。核能、化学能：工程热
4、力学一般不考虑。核能、化学能：工程热力学一般不考虑。核能、化学能：工程热力学一般不考虑。uu3 3性质性质性质性质状态参数状态参数状态参数状态参数 内能是温度和比容的函数，内能是温度和比容的函数，内能是温度和比容的函数，内能是温度和比容的函数，对于理想气体对于理想气体对于理想气体对于理想气体，分子间无作用力，微观位能可忽略，内能与比容无分子间无作用力，微观位能可忽略，内能与比容无分子间无作用力，微观位能可忽略，内能与比容无分子间无作用力，微观位能可忽略，内能与比容无关，则内能是温度的单值函数关，则内能是温度的单值函数关，则内能是温度的单值函数关，则内能是温度的单值函数uu2.2.3 2.2.3
5、 总储存能的计算总储存能的计算总储存能的计算总储存能的计算uu2.2.4 2.2.4 闭口系统能量方程式闭口系统能量方程式闭口系统能量方程式闭口系统能量方程式 能量平衡方程式：输入系统的能量能量平衡方程式：输入系统的能量能量平衡方程式：输入系统的能量能量平衡方程式：输入系统的能量由系统输出的能由系统输出的能由系统输出的能由系统输出的能量量量量=系统贮存能量的变化系统贮存能量的变化系统贮存能量的变化系统贮存能量的变化 如图取活塞与气缸如图取活塞与气缸如图取活塞与气缸如图取活塞与气缸 封闭的气体作为闭封闭的气体作为闭封闭的气体作为闭封闭的气体作为闭 口系统进行研究。口系统进行研究。口系统进行研究。
6、口系统进行研究。,系系系系统统统统贮贮贮贮存存存存能能能能量量量量变变变变化化化化为为为为内内内内能能能能变变变变化化化化UU，输入系统能量为，输入系统能量为，输入系统能量为，输入系统能量为QQ，输出能量为膨胀功，输出能量为膨胀功，输出能量为膨胀功，输出能量为膨胀功WW：对热力过程：对热力过程：对热力过程：对热力过程：对微元过程：对微元过程：对微元过程：对微元过程：适用范围适用范围适用范围适用范围：，初、终态平衡状态，初、终态平衡状态，初、终态平衡状态，初、终态平衡状态，闭口系统，闭口系统，闭口系统，闭口系统，任意工质，任意过程任意工质，任意过程任意工质，任意过程任意工质，任意过程。对可逆过程
7、：对可逆过程：对可逆过程：对可逆过程：对热力循环：对热力循环：对热力循环：对热力循环：2.3 2.3 开口系统能量方程式开口系统能量方程式开口系统能量方程式开口系统能量方程式 The energy equation for Control VolumesThe energy equation for Control VolumesThe energy equation for Control Volumes开口系统遵循的定律：开口系统遵循的定律：开口系统遵循的定律：开口系统遵循的定律：能量守恒，质量守恒。能量守恒，质量守恒。能量守恒，质量守恒。能量守恒，质量守恒。uu质量守恒定律：开口系统内增
8、加的质量等于流入和流出系统质量守恒定律：开口系统内增加的质量等于流入和流出系统质量守恒定律：开口系统内增加的质量等于流入和流出系统质量守恒定律：开口系统内增加的质量等于流入和流出系统的质量之差：的质量之差：的质量之差：的质量之差：（连续性方程）（连续性方程）（连续性方程）（连续性方程）uu能量守恒定律：能量守恒定律：能量守恒定律：能量守恒定律：输入系统的能量输入系统的能量输入系统的能量输入系统的能量由系统输出的能量由系统输出的能量由系统输出的能量由系统输出的能量=系统系统系统系统贮存能量的变化贮存能量的变化贮存能量的变化贮存能量的变化 uu 轴功轴功轴功轴功WWs s：开口系统和外界通过进出口
9、截面以外的边界：开口系统和外界通过进出口截面以外的边界：开口系统和外界通过进出口截面以外的边界：开口系统和外界通过进出口截面以外的边界(一般为机器轴一般为机器轴一般为机器轴一般为机器轴)所传递的功。所传递的功。所传递的功。所传递的功。uu推动能：微元工质流经进口截面推动能：微元工质流经进口截面推动能：微元工质流经进口截面推动能：微元工质流经进口截面1-11-1处，外界推动工质进入处，外界推动工质进入处，外界推动工质进入处，外界推动工质进入系统需要消耗能量，其大小为：系统需要消耗能量，其大小为：系统需要消耗能量，其大小为：系统需要消耗能量，其大小为：同理在出口截面同理在出口截面同理在出口截面同理
10、在出口截面2-22-2 ，系统将消耗能，系统将消耗能，系统将消耗能，系统将消耗能 量把工质推出系统，其大小为：量把工质推出系统，其大小为：量把工质推出系统，其大小为：量把工质推出系统，其大小为：uu重力位能重力位能重力位能重力位能 mgz mgz；动能；动能；动能；动能 uu吸收热量吸收热量吸收热量吸收热量Q Q uu工质流出流入的质量交换带出带入的内能工质流出流入的质量交换带出带入的内能工质流出流入的质量交换带出带入的内能工质流出流入的质量交换带出带入的内能dUdUdUdUuu系统贮存能量的变化系统贮存能量的变化系统贮存能量的变化系统贮存能量的变化dE dE 能能能能量量量量平平平平衡衡衡衡
11、方方方方程程程程式式式式：输输输输入入入入系系系系统统统统的的的的能能能能量量量量由由由由系系系系统统统统输输输输出出出出的的的的能能能能量量量量=系统贮存能量的变化系统贮存能量的变化系统贮存能量的变化系统贮存能量的变化2.4 2.4 稳定状态稳定流动能量方程式稳定状态稳定流动能量方程式稳定状态稳定流动能量方程式稳定状态稳定流动能量方程式 The energy equation for steady and uniform flowThe energy equation for steady and uniform flowThe energy equation for steady and
12、uniform flowuu2.4.1 2.4.1 稳态稳流能量方程式稳态稳流能量方程式稳态稳流能量方程式稳态稳流能量方程式 稳态稳流过程稳态稳流过程稳态稳流过程稳态稳流过程：开口系统各处及进出口截面处工质的：开口系统各处及进出口截面处工质的：开口系统各处及进出口截面处工质的：开口系统各处及进出口截面处工质的热力学状态和流速、流量均不随时间变化的流动。也热力学状态和流速、流量均不随时间变化的流动。也热力学状态和流速、流量均不随时间变化的流动。也热力学状态和流速、流量均不随时间变化的流动。也称称称称稳定流动过程稳定流动过程稳定流动过程稳定流动过程。根据稳态稳流过程的定义，将其用于连续性方程有：根
13、据稳态稳流过程的定义，将其用于连续性方程有：根据稳态稳流过程的定义，将其用于连续性方程有：根据稳态稳流过程的定义，将其用于连续性方程有：uu将以上结论代回开口系统能量方程将以上结论代回开口系统能量方程将以上结论代回开口系统能量方程将以上结论代回开口系统能量方程（2-6a2-6a）：定定定定义义义义 H=U+PVH=U+PV或或或或 h=u+pv h=u+pv 单单单单位位位位 J,kJ J,kJ 或或或或J/kg J/kg kJ/kgkJ/kg物理意义物理意义物理意义物理意义：1)1)对对对对于于于于流流流流动动动动工工工工质质质质，焓焓焓焓代代代代表表表表流流流流动动动动工工工工质质质质所所
14、所所携携携携带带带带的的的的与热力学状态有关的能量与热力学状态有关的能量与热力学状态有关的能量与热力学状态有关的能量;2)2)对非流动工质，只代表状态参数对非流动工质，只代表状态参数对非流动工质，只代表状态参数对非流动工质，只代表状态参数 。2.4.2 焓焓 enthalpy 可逆膨胀功：可逆膨胀功：可逆膨胀功：可逆膨胀功：对可逆过程轴功：对可逆过程轴功：对可逆过程轴功：对可逆过程轴功：（由（由（由（由稳态稳流能量方程稳态稳流能量方程稳态稳流能量方程稳态稳流能量方程）技术功：技术功：技术功：技术功：两式比较：两式比较：两式比较：两式比较：2.5 轴轴 功功 Shaft WorkShaft Wo
15、rk当进、出口动、位能相差不大，可忽略时当进、出口动、位能相差不大，可忽略时当进、出口动、位能相差不大，可忽略时当进、出口动、位能相差不大，可忽略时 ：方程简化为：方程简化为：方程简化为：方程简化为：对微元过程：对微元过程：对微元过程：对微元过程：能量方程汇总能量方程汇总能量方程汇总能量方程汇总uu热力循环热力循环热力循环热力循环：uu闭口系统闭口系统闭口系统闭口系统：uu开口系统开口系统开口系统开口系统：uu稳态稳流稳态稳流稳态稳流稳态稳流：2.6 2.6 稳定流动能量方程的应用稳定流动能量方程的应用 (1)换热器（加热器或冷却器）换热器（加热器或冷却器）heat exchanger 系统接
16、受的热量等于工质的系统接受的热量等于工质的焓的增量，反之放热量等焓的增量，反之放热量等于系统的焓降于系统的焓降(2)(2)涡轮机或压气机涡轮机或压气机 Turbines,compressors and pumps 在涡轮机中依靠工质的焓降而在涡轮机中依靠工质的焓降而在涡轮机中依靠工质的焓降而在涡轮机中依靠工质的焓降而输出轴功，反之压气机中消输出轴功，反之压气机中消输出轴功，反之压气机中消输出轴功，反之压气机中消耗轴功使工质的焓增加耗轴功使工质的焓增加耗轴功使工质的焓增加耗轴功使工质的焓增加(3)喷管和扩压管喷管和扩压管 Nozzles and Diffusers喷管中依靠工质的焓降而喷管中依靠
17、工质的焓降而喷管中依靠工质的焓降而喷管中依靠工质的焓降而使工质的流动动能增大使工质的流动动能增大使工质的流动动能增大使工质的流动动能增大(4)节流节流 Throttling Devices(adiabatic process)绝热节流前后流体绝热节流前后流体的焓值不变，但此的焓值不变，但此过程并非等焓过程过程并非等焓过程。例例例例1 1 1 1 某某某某燃燃燃燃气气气气轮轮轮轮机机机机装装装装置置置置示示示示意意意意图图图图如如如如图图图图所所所所示示示示。若若若若在在在在稳稳稳稳定定定定工工工工况况况况下下下下工工工工作作作作，压压压压气气气气机机机机进进进进、出出出出口口口口气气气气体体体
18、体的的的的焓焓焓焓分分分分别别别别为为为为h h1 1=290kJ/kg=290kJ/kg，h h2 2=580kJ/kg=580kJ/kg；燃烧室出口气体；燃烧室出口气体；燃烧室出口气体；燃烧室出口气体 h3=1300kJ/kg：燃气轮机出燃气轮机出口废气焓口废气焓h4=750kJ/kg。假定空气流量假定空气流量m=5kg/s，并忽忽略气体流经压气机和并忽忽略气体流经压气机和燃气轮机的散热损失。求燃燃气轮机的散热损失。求燃气轮机装置的功率气轮机装置的功率N。uu解（解（解（解（1 1）：将整个燃气轮机装置取作系统进行计算）：将整个燃气轮机装置取作系统进行计算）：将整个燃气轮机装置取作系统进行
19、计算）：将整个燃气轮机装置取作系统进行计算uu根根根根据据据据稳稳稳稳定定定定流流流流动动动动能能能能量量量量方方方方程程程程式式式式，若若若若动动动动能能能能、位位位位能能能能的的的的变变变变化化化化忽忽忽忽略略略略，则则则则可写成可写成可写成可写成（2 2）对所取的压气机热力系统有）对所取的压气机热力系统有）对所取的压气机热力系统有）对所取的压气机热力系统有若进出口动、位能的变化忽若进出口动、位能的变化忽若进出口动、位能的变化忽若进出口动、位能的变化忽略，则轴功为略，则轴功为略，则轴功为略，则轴功为同样，对所取的燃气轮机热力系统有同样，对所取的燃气轮机热力系统有同样，对所取的燃气轮机热力系
20、统有同样，对所取的燃气轮机热力系统有忽忽忽忽略略略略动能、位能的变化，其动能、位能的变化，其动能、位能的变化，其动能、位能的变化，其q=0q=0，则燃气轮机轴功为，则燃气轮机轴功为，则燃气轮机轴功为，则燃气轮机轴功为uu燃气轮机装置的功为两个系统轴功的代数和，即燃气轮机装置的功为两个系统轴功的代数和，即燃气轮机装置的功为两个系统轴功的代数和，即燃气轮机装置的功为两个系统轴功的代数和，即uu燃气轮机装置功率为燃气轮机装置功率为燃气轮机装置功率为燃气轮机装置功率为uu可见，两种解法所取系统虽不同，但结果却一致。可见，两种解法所取系统虽不同，但结果却一致。可见，两种解法所取系统虽不同，但结果却一致。
21、可见，两种解法所取系统虽不同，但结果却一致。例例例例2 24 4uu如图如图如图如图2-102-10所示，有一储气罐，所示，有一储气罐，所示，有一储气罐，所示，有一储气罐，初始时其内部为真空，现初始时其内部为真空，现初始时其内部为真空，现初始时其内部为真空，现连接于输气管道进行充气。连接于输气管道进行充气。连接于输气管道进行充气。连接于输气管道进行充气。假设输气管内空气的状态假设输气管内空气的状态假设输气管内空气的状态假设输气管内空气的状态始终保持稳定，其焓为始终保持稳定，其焓为始终保持稳定，其焓为始终保持稳定，其焓为h h。经过经过经过经过 时间的充气后，储时间的充气后，储时间的充气后，储时
22、间的充气后，储气罐内空气的质量达到气罐内空气的质量达到气罐内空气的质量达到气罐内空气的质量达到mm0 0，试求此时储气罐内空气，试求此时储气罐内空气，试求此时储气罐内空气，试求此时储气罐内空气的热力学能的热力学能的热力学能的热力学能U U0 0。uu解法一：解法一：解法一：解法一：取储气罐内空气为一个取储气罐内空气为一个取储气罐内空气为一个取储气罐内空气为一个开口系统开口系统开口系统开口系统，按连，按连，按连，按连续性方程式：续性方程式：续性方程式：续性方程式：储气罐内空气质量储气罐内空气质量储气罐内空气质量储气罐内空气质量m m m m和流量和流量和流量和流量q q q qm m m m之间
23、的关系为之间的关系为之间的关系为之间的关系为设送气时间为设送气时间为设送气时间为设送气时间为 ，积分上式得，积分上式得，积分上式得，积分上式得 因为因为开口系统能量方程式开口系统能量方程式l l储气罐内内能的增加来自于输气管的储气罐内内能的增加来自于输气管的空气的焓。空气的焓。uu2.4.2 2.4.2 焓焓焓焓（enthalpyenthalpy）定定定定义义义义 H=U+PVH=U+PV或或或或 h=u+pv h=u+pv 单单单单位位位位 J,KJ J,KJ 或或或或J/kg J/kg kJ/kgkJ/kg物理意义：物理意义：物理意义：物理意义：1)1)对对对对于于于于流流流流动动动动工工
24、工工质质质质：焓焓焓焓代代代代表表表表流流流流动动动动工工工工质质质质所所所所携携携携带带带带的与热力学状态有关的能量的与热力学状态有关的能量的与热力学状态有关的能量的与热力学状态有关的能量;2)2)对非流动工质，只代表状态参数对非流动工质，只代表状态参数对非流动工质，只代表状态参数对非流动工质，只代表状态参数 。解法解法2 2 利用焓的物理意义利用焓的物理意义习题习题习题习题2-152-152-152-15uu气缸中空气组成的热力系统如图气缸中空气组成的热力系统如图气缸中空气组成的热力系统如图气缸中空气组成的热力系统如图2-112-11所示。气缸内所示。气缸内所示。气缸内所示。气缸内空气的容
25、积为空气的容积为空气的容积为空气的容积为800 cm3800 cm3，温度为，温度为，温度为，温度为20 20，压力和活塞，压力和活塞，压力和活塞，压力和活塞外侧大气压力相同，为外侧大气压力相同，为外侧大气压力相同，为外侧大气压力相同，为0.1 MPa0.1 MPa。现向空气加热使其。现向空气加热使其。现向空气加热使其。现向空气加热使其压力升高，并推动活塞上升而压缩弹簧。已知活塞压力升高，并推动活塞上升而压缩弹簧。已知活塞压力升高，并推动活塞上升而压缩弹簧。已知活塞压力升高，并推动活塞上升而压缩弹簧。已知活塞面积为面积为面积为面积为80 cm80 cm2 2，弹簧系数为，弹簧系数为，弹簧系数为
26、，弹簧系数为k k400 N/cm400 N/cm，实验得出，实验得出，实验得出，实验得出的空气热力学能随温度变化的关系式为的空气热力学能随温度变化的关系式为的空气热力学能随温度变化的关系式为的空气热力学能随温度变化的关系式为 u u1,21,2 kJ/kg kJ/kg=0.716=0.716 T T1,21,2 KK。若活塞重量可忽略不计，试求使。若活塞重量可忽略不计，试求使。若活塞重量可忽略不计，试求使。若活塞重量可忽略不计，试求使气缸内空气压力达到气缸内空气压力达到气缸内空气压力达到气缸内空气压力达到0.3 MPa0.3 MPa所需的热量。所需的热量。所需的热量。所需的热量。闭口系统闭口
27、系统能量方程：能量方程：？（1 1）求）求）求）求U U1,21,2t t2 2=?=?uu力平衡力平衡力平衡力平衡（2 2）WW1-21-2=?=?习题习题习题习题2-162-16uu一真空容器，因密封不严外界空气逐渐渗漏一真空容器，因密封不严外界空气逐渐渗漏一真空容器，因密封不严外界空气逐渐渗漏一真空容器，因密封不严外界空气逐渐渗漏入容器内，最终使容器内的温度、压力和外入容器内，最终使容器内的温度、压力和外入容器内，最终使容器内的温度、压力和外入容器内，最终使容器内的温度、压力和外界环境相同，并分别为界环境相同，并分别为界环境相同，并分别为界环境相同，并分别为27 27 及及及及10132
28、5 Pa101325 Pa。设。设。设。设容器的容积为容器的容积为容器的容积为容器的容积为0.1 m0.1 m3 3，且容器中温度始终保持，且容器中温度始终保持，且容器中温度始终保持，且容器中温度始终保持不变，试求过程中容器和环境交换的热量。不变，试求过程中容器和环境交换的热量。不变，试求过程中容器和环境交换的热量。不变，试求过程中容器和环境交换的热量。解解解解uu以容器内这一固定空间为系统以容器内这一固定空间为系统以容器内这一固定空间为系统以容器内这一固定空间为系统n能量方程能量方程作业：作业：作业：作业：uu2 21010，2 21414，2 21717习题习题习题习题2-12-1uu一辆
29、汽车在一辆汽车在一辆汽车在一辆汽车在1.1 h1.1 h内消耗汽油内消耗汽油内消耗汽油内消耗汽油37.5 L37.5 L，已知通过车，已知通过车，已知通过车，已知通过车轮输出的功率为轮输出的功率为轮输出的功率为轮输出的功率为64 kW64 kW，汽油的发热量为，汽油的发热量为，汽油的发热量为，汽油的发热量为44 000 44 000 kJ/kgkJ/kg，汽油的密度为，汽油的密度为，汽油的密度为，汽油的密度为0.75 g/cm0.75 g/cm3 3，试求汽车通过，试求汽车通过，试求汽车通过，试求汽车通过排气、水箱散热及机件的散热所放出的热量。排气、水箱散热及机件的散热所放出的热量。排气、水箱
30、散热及机件的散热所放出的热量。排气、水箱散热及机件的散热所放出的热量。习题习题习题习题2-22-2uu一台工业用蒸汽动力装置，每小时能生产一台工业用蒸汽动力装置，每小时能生产一台工业用蒸汽动力装置，每小时能生产一台工业用蒸汽动力装置，每小时能生产11 600 11 600 kgkg蒸汽，而蒸汽在汽轮机中膨胀作功输出的功率蒸汽，而蒸汽在汽轮机中膨胀作功输出的功率蒸汽，而蒸汽在汽轮机中膨胀作功输出的功率蒸汽，而蒸汽在汽轮机中膨胀作功输出的功率为为为为3 800 kW3 800 kW。如果该装置每小时耗煤。如果该装置每小时耗煤。如果该装置每小时耗煤。如果该装置每小时耗煤1 450 kg1 450 k
31、g，煤，煤，煤，煤的的的的 发热量为发热量为30 000 kJ/kg，而在锅炉中水蒸气吸收的而在锅炉中水蒸气吸收的热量为热量为2 550 kJ/kg。试。试求：求：(1)锅炉排出废烟气带锅炉排出废烟气带走的能量；走的能量；(2)汽轮机排出汽轮机排出乏汽带走的能量。乏汽带走的能量。解：解：解：解：（1 1）每小时该装置煤的发热量每小时该装置煤的发热量每小时该装置煤的发热量每小时该装置煤的发热量 Q Q1 114503000014503000043510435105 5kJ/hkJ/h每小时锅炉中水蒸汽吸热每小时锅炉中水蒸汽吸热每小时锅炉中水蒸汽吸热每小时锅炉中水蒸汽吸热 Q Q2 2116002
32、550116002550295.810295.8105 5kJ/hkJ/h所以废气带走的热量所以废气带走的热量所以废气带走的热量所以废气带走的热量 Q Q1 1-Q-Q2 2=43510=435105 5-295.810-295.8105 5 =1.39210=1.392107 7kJ/hkJ/h（2 2）每小时汽轮机输出功）每小时汽轮机输出功）每小时汽轮机输出功）每小时汽轮机输出功:w w0 0=38003600=38003600136.810136.8105 5kJ/hkJ/h 所以乏汽带走的能量所以乏汽带走的能量所以乏汽带走的能量所以乏汽带走的能量:WWWW=Q=Q2 2-W-W0 0
33、=295.810=295.8105 5-136.810-136.8105 5 =1.5910=1.59107 7kJ/hkJ/h习题习题习题习题2-32-3uu夏日室内使用电扇纳凉，电扇的功率为夏日室内使用电扇纳凉，电扇的功率为夏日室内使用电扇纳凉，电扇的功率为夏日室内使用电扇纳凉，电扇的功率为0.5 kW0.5 kW，太阳照射传入的热量为，太阳照射传入的热量为，太阳照射传入的热量为，太阳照射传入的热量为0.5 0.5 kWkW。当房间密闭时，若不计人体散出。当房间密闭时，若不计人体散出。当房间密闭时，若不计人体散出。当房间密闭时，若不计人体散出的热量，试求室内空气每小时热力学能的热量，试求室
34、内空气每小时热力学能的热量，试求室内空气每小时热力学能的热量，试求室内空气每小时热力学能的变化。的变化。的变化。的变化。解：解：解：解：uu以密闭房间内的物质为系统以密闭房间内的物质为系统以密闭房间内的物质为系统以密闭房间内的物质为系统 UQ1+Q2 （0.5+0.5）3600 3600 kJ/h习题习题习题习题2-42-4uu某车间中各种机床的总功率为某车间中各种机床的总功率为某车间中各种机床的总功率为某车间中各种机床的总功率为100 100 kWkW，照明用，照明用，照明用，照明用100 W100 W电灯电灯电灯电灯5050盏。若盏。若盏。若盏。若车间向外散热可忽略不计，试求车车间向外散热
35、可忽略不计，试求车车间向外散热可忽略不计，试求车车间向外散热可忽略不计，试求车间内物体及空气每小时热力学能的间内物体及空气每小时热力学能的间内物体及空气每小时热力学能的间内物体及空气每小时热力学能的变化。变化。变化。变化。解：解：解：解：uu忽略空气的流动，以密闭车间内的物质为系统忽略空气的流动，以密闭车间内的物质为系统忽略空气的流动，以密闭车间内的物质为系统忽略空气的流动，以密闭车间内的物质为系统 UQ1+Q2 （50 0.1+100）3600 3.78105 kJ/h习题习题习题习题2-52-5uu人体在静止情况下，每小时向环境散发的热量为人体在静止情况下，每小时向环境散发的热量为人体在静
36、止情况下，每小时向环境散发的热量为人体在静止情况下，每小时向环境散发的热量为418.68 kJ418.68 kJ。某会场可容纳。某会场可容纳。某会场可容纳。某会场可容纳500500人，会场的空间为人，会场的空间为人，会场的空间为人，会场的空间为4 4 000 m000 m3 3。已知空气的密度。已知空气的密度。已知空气的密度。已知空气的密度1.2kg/m1.2kg/m3 3，空气的比热，空气的比热，空气的比热，空气的比热容为容为容为容为1.0 kJ/(kgK)1.0 kJ/(kgK)。若会场空气温度允许的最大。若会场空气温度允许的最大。若会场空气温度允许的最大。若会场空气温度允许的最大温升为温
37、升为温升为温升为15 15，试求会场所用空调设备停机时间，试求会场所用空调设备停机时间，试求会场所用空调设备停机时间，试求会场所用空调设备停机时间最多可允许多少分钟？最多可允许多少分钟？最多可允许多少分钟？最多可允许多少分钟？解：解：解：解：500500人每小时向环境散发的热量为人每小时向环境散发的热量为人每小时向环境散发的热量为人每小时向环境散发的热量为Q=500418.68Q=500418.682.093102.093105 5kJ/hkJ/h 会场空气所允许获得的最大热量为会场空气所允许获得的最大热量为会场空气所允许获得的最大热量为会场空气所允许获得的最大热量为QQmaxmax=Vc=V
38、cp ptt =1.240001.015 =1.240001.01572000kJ72000kJ则空调设备停机所允许的最长时间为则空调设备停机所允许的最长时间为则空调设备停机所允许的最长时间为则空调设备停机所允许的最长时间为QQmaxmax/Q=72000/(2.09310/Q=72000/(2.093105 5)=0.344h=20.6min =0.344h=20.6min习题习题习题习题2-62-6uu有一个有一个有一个有一个热力循环热力循环热力循环热力循环，在吸热过程中工质从高温，在吸热过程中工质从高温，在吸热过程中工质从高温，在吸热过程中工质从高温热源吸热热源吸热热源吸热热源吸热1 8
39、00 J1 800 J，在放热过程中工质向低温，在放热过程中工质向低温，在放热过程中工质向低温，在放热过程中工质向低温热源放热热源放热热源放热热源放热1 080 J1 080 J，又在压缩工质时外界消耗，又在压缩工质时外界消耗，又在压缩工质时外界消耗，又在压缩工质时外界消耗700 J700 J，试求工质膨胀时对外所作的功。，试求工质膨胀时对外所作的功。，试求工质膨胀时对外所作的功。，试求工质膨胀时对外所作的功。解：解：解：解：根据热力学第一定律根据热力学第一定律根据热力学第一定律根据热力学第一定律 有有有有QQ1 1+Q+Q2 2=W=Wscsc+W+WsTsTWWsTsT=Q=Q1 1+Q+
40、Q2 2-W-Wscsc =1800+(-1080)-(-700)=1800+(-1080)-(-700)=1420J =1420J习题习题习题习题2-82-8uu为保持冷藏箱内的低温不变，必须把环境传入为保持冷藏箱内的低温不变，必须把环境传入为保持冷藏箱内的低温不变，必须把环境传入为保持冷藏箱内的低温不变，必须把环境传入的热量取出。若驱动制冷机所需的电流为的热量取出。若驱动制冷机所需的电流为的热量取出。若驱动制冷机所需的电流为的热量取出。若驱动制冷机所需的电流为3 A3 A，电源电压为电源电压为电源电压为电源电压为220 V(220 V(假设电动机的功率因数已提假设电动机的功率因数已提假设电
41、动机的功率因数已提假设电动机的功率因数已提高到高到高到高到1)1)，制冷机每小时排出的热量为，制冷机每小时排出的热量为，制冷机每小时排出的热量为，制冷机每小时排出的热量为5 024 kJ5 024 kJ，试求由环境传入冷藏箱的热量。试求由环境传入冷藏箱的热量。试求由环境传入冷藏箱的热量。试求由环境传入冷藏箱的热量。解：解：解：解：根据热力学第一定律有：根据热力学第一定律有：Q2=Q1-W=5024-322010336002648kJ/h习题习题习题习题2-92-9uu一热交换器利用内燃机废气加热水。若热交一热交换器利用内燃机废气加热水。若热交一热交换器利用内燃机废气加热水。若热交一热交换器利用
42、内燃机废气加热水。若热交换器中气和水的流动可看作稳定流动，且流换器中气和水的流动可看作稳定流动，且流换器中气和水的流动可看作稳定流动，且流换器中气和水的流动可看作稳定流动，且流动动能及重力位能的变化可忽略不计。已知动动能及重力位能的变化可忽略不计。已知动动能及重力位能的变化可忽略不计。已知动动能及重力位能的变化可忽略不计。已知水受热后每秒钟焓增加了水受热后每秒钟焓增加了水受热后每秒钟焓增加了水受热后每秒钟焓增加了25 kJ25 kJ，试分析热交，试分析热交，试分析热交，试分析热交换器的能量转换关系，并求废气焓值的变化。换器的能量转换关系，并求废气焓值的变化。换器的能量转换关系，并求废气焓值的变
43、化。换器的能量转换关系，并求废气焓值的变化。解：解：解：解：uu对于热交换器有：对于热交换器有：对于热交换器有：对于热交换器有：即水接受的热量等于其焓值的增加，也等于废气焓值的变化。习题习题习题习题2-112-11uu有一台空气涡轮机，它所应用的压缩空气的有一台空气涡轮机，它所应用的压缩空气的有一台空气涡轮机，它所应用的压缩空气的有一台空气涡轮机，它所应用的压缩空气的焓为焓为焓为焓为310 kJ/kg310 kJ/kg，而排出空气的焓为，而排出空气的焓为，而排出空气的焓为，而排出空气的焓为220 kJ/kg220 kJ/kg。若空气的流动为稳定流动过程，且进、出口若空气的流动为稳定流动过程，且
44、进、出口若空气的流动为稳定流动过程，且进、出口若空气的流动为稳定流动过程，且进、出口处的流动动能及重力位能的变化不大，试求处的流动动能及重力位能的变化不大，试求处的流动动能及重力位能的变化不大，试求处的流动动能及重力位能的变化不大，试求涡轮机的轴功。涡轮机的轴功。涡轮机的轴功。涡轮机的轴功。解：解：解：解：对于涡轮机对于涡轮机对于涡轮机对于涡轮机WWs s=h=h1 1-h-h2 2=310-220=90kJ/kg=310-220=90kJ/kg习题习题习题习题2-122-12uu有一水槽，槽内使用一个泵轮以维持水作循有一水槽，槽内使用一个泵轮以维持水作循有一水槽，槽内使用一个泵轮以维持水作循
45、有一水槽，槽内使用一个泵轮以维持水作循环流动。已知泵轮耗功环流动。已知泵轮耗功环流动。已知泵轮耗功环流动。已知泵轮耗功20 W20 W，水槽壁和环境，水槽壁和环境，水槽壁和环境，水槽壁和环境温度的温差为温度的温差为温度的温差为温度的温差为T T，而槽壁和环境间每小时的，而槽壁和环境间每小时的，而槽壁和环境间每小时的，而槽壁和环境间每小时的热交换量为热交换量为热交换量为热交换量为 。若环境温度为。若环境温度为。若环境温度为。若环境温度为20 20，试求水温保持稳定时的温度。，试求水温保持稳定时的温度。，试求水温保持稳定时的温度。，试求水温保持稳定时的温度。解：解：解：解：uu以水为研究对象，由热
46、力学第一定律有以水为研究对象，由热力学第一定律有以水为研究对象，由热力学第一定律有以水为研究对象，由热力学第一定律有而水温保持稳定时而水温保持稳定时故故 习题习题习题习题2-132-13uu设某定量理想气体为一闭口系统，若令该系统设某定量理想气体为一闭口系统，若令该系统设某定量理想气体为一闭口系统，若令该系统设某定量理想气体为一闭口系统，若令该系统分别进行一个定压过程及一个定容过程，而两分别进行一个定压过程及一个定容过程，而两分别进行一个定压过程及一个定容过程，而两分别进行一个定压过程及一个定容过程，而两过程中系统焓的变化相同。已知系统热力学能过程中系统焓的变化相同。已知系统热力学能过程中系统
47、焓的变化相同。已知系统热力学能过程中系统焓的变化相同。已知系统热力学能按按按按 的关系变化，试求两过程中系统接的关系变化，试求两过程中系统接的关系变化，试求两过程中系统接的关系变化，试求两过程中系统接受的热量之比。受的热量之比。受的热量之比。受的热量之比。解：解：解：解：系统进行定压过程时系统进行定压过程时系统进行定压过程时系统进行定压过程时 系统进行定容过程时系统进行定容过程时 按按题题意意，两两过过程程中中系系统统焓焓的的变变化化相相同同，即即温温度度变变化化相同，则相同，则 此课件下载可自行编辑修改，仅供参考！此课件下载可自行编辑修改，仅供参考！感谢您的支持，我们努力做得更好！谢谢感谢您的支持，我们努力做得更好！谢谢