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1、热力学第二章习题及答案一、是非题1、任意过程只要知道其始末状态即可确定过程与外界的热交换（）、功交换（）及系统热力学能的变化（）。2、简单可压缩系统任意过程中对外所作膨胀功均可用计算（），用计算（）。3、流动功（pdV）只有在开口系统中研究气体流动时才需要考虑（）。4、q和w是状态参数（）二、选择题1、表达式Q=dU+W c 。（a）适用于任意热力过程；（b）仅适用于准静态过程；（c）仅适用于闭口系统中的热力过程。2、表达式Q=dU+pdV适用 a1 中的 a2 。（a1）闭口系；（b1）开口系；（c1）闭口及开口系；（a2）准静过程；（b2）任意热力过程；（c2）非准静过程。3、任意准静或非
2、准静过程中气体的膨胀功均可用 b 计算。 （a）pdV；（b）psurrdV；（c）d(pv)。4、在正循环中a零，同时a零。在逆循环中 c 零，且 c 零（a）大于；（b）等于；（c）小于。三、习题21 0.5kg的气体，在汽缸活塞机构中由初态p1=0.7MPa、V1=0.02m3,准静膨胀到V2=0.04m3。试确定在下列各过程中气体完成的功量及比功量；（1） 定压过程；（2） pV2常数。解： （1）由准平衡过程体积变化功的表达式，当为定压过程时:W=pV=0.71060.02=14000 J=14 kJ比功量 w= pv=W/m=14000/0.5=28000 J=28 kJ（2）pV
3、2=0.71060.022=280 Jm3由准平衡过程体积变化功的表达式 W=7000 J=7 kJ比功量 w= pv=W/m=7000/0.5=14000 J=14 kJ22为了确定高压下稠密气体的性质，取2kg气体在25MPa下从350K定压加热到370K，气体初终状态下的容器分别为0.03 m3及0.035 m3，加入气体的热量为700kJ，试确定初终状态下的热力学能之差。解：由准平衡过程体积变化功的表达式，当为定压过程时：W=pV=251060.005= JW=125kJU=Q-W=700-125=525 kJ2-3 气体在某一过程中吸入热量12kcal，同时热力学能增加了20kcal
4、，问此过程是膨胀过程还是压缩过程？对外交换的功量为多少？解：是压缩过程， W=Q-U=12-20=-8(kcal)2-4 1Kg空气由p1MPa、t1=500膨胀到p2=0.1MPa、t2=500，得到热量506KJ，作膨胀功506KJ .又在同一初态及终态间作第二次膨胀，仅加入热量39. 1KJ,求：（1）第一次膨胀中空气热力学能增加多少？（2）第二次膨胀中空气热力学能增加多少？（3）第二次膨胀中空气作了多少功？解：（1） U1=Q1W1=506-506=0（2）空气热力学能U为状态函数，只与始、终态有关，故U2=0（3）W2=Q2-U2=39.1-0=39.1（KJ）2-5 闭系中实施某过
5、程，试填补表中空缺的数据。过程序号Q/JW/JE1/JE2/JE/J124-13-45-837 2-8108062-1833717-128204188263610 5-813287-216-23-11197-122-6 某气体服从状态方程。式中，Rg为气体常数，b为另一常数，且对于任何v存在0v。（a）导出每千克气体从始态体积膨胀到终态体积所作准静态功的表达式;（b）如果气体是理想气体，进行同样的过程所作的功是多些还是少些？ 解：（a） (b) 因为 比大，所以 w0 即 理想气体作的功要少。2-7如图2-18所示，某封闭系统沿a c -b途径由状态a变化到状态b时，吸入热量84kJ，对外做功
6、32kJ。（1）若沿途径a d - b变化是对外做功10kJ，求此时进入系统的热量。（2）当系统沿曲线途径从b返回到初始状态a时，外界对系统做功20kJ.求此时系统与外界交换的热量和热流的方向。（3）Ua=0、Ud=42kJ时，过程a - d和d b 中系统与外界交换的热量又是多少？解：（1）由能量守恒定律， 途径a-c-b: U=Q1-Wa-c-b=84-32=52kJ 途径a-d-b: Q2=U+Wa-d-b=52+10=62kJ即途径a-d-b时，进入系统的热量为62kJ。(2)从b-a：Q3=U+Wb-a=-52-20=-72kJ 即系统向外界放热72kJ.（3）由U=52kJ、Ua=
7、0、Ud=42kJ则：Ub=52kJ 、Ua-d=42kJ、Ud-b=10kJ途径d-b是等体积过程，不做功。则：Wd-b=0 即Wa-d-b= Wa-dQa-d=Ua-d+Wa-d=42+10=52kJQd-b=Ud-b+0=10kJ2-8 某蒸汽动力厂中，锅炉以4010kg/h的蒸汽供给汽轮机。汽轮机进口处压力表上读数为9MPa，蒸汽的比焓为3440kJ/kg，汽轮机出口处真空表上读数为730.6mm汞柱高，当时当地大气压是760mm汞柱高，出口蒸汽的比焓为2245kJ，汽轮机对环境放热6.85105kJ/h。(1)汽轮机进出口蒸汽的绝对压力各是多少？(2)若不计蒸汽进、出口的宏观动能的差
8、值和重力位能的差值，汽轮机的功率是多少(kW)?(3)进、出口处蒸汽的速度分别是70m/s及140m/s，对汽轮机的功率影响多大？(4)如进、出口的高度差为1.6m，问对汽轮机的功率有多大影响？解：(1) Pb=13595kg/m39.8m/s20.76m10-6=0.101MPaP进= Pe+ Pb=9+0.101=9.101MPa P出= Pb-Pv=13595kg/m39.8m/s2(0.76 m -0.7306 m）10-6 =0.00392MPa (2)q1-2=(h2-h1)+(c22-c12)/2+g(z2-z1)+w1-2 由题意知: P = q1-2 -(h2-h1) =-6
9、.85105kJ/h-(2245kJ/kg-3440kJ/kg)40103kg/h =471.15105kJ/h =13087kW (3)P=m(c22-c12)/2=40103(1402-702)/2/3600kW=81.66kW (4)P=mg(z2-z1)=40103 kg/h9.8m/s21.6m/3600s=0.1743kW2-9 某冷凝器内的蒸汽压力为0.08at。蒸汽以100m/s的速度进入冷凝器，其焓为500kal/kg，蒸汽冷却为水后其焓为41.6kal/kg，流出冷凝器时的速度为10m/s。问每千克蒸汽在冷凝器中放出的热量是多少（kJ）？ 解：已知能量方程式：Q=C+mg+
10、Wnet mg=0 Wnet=0 =41.6-500=-458.4kal/kg =-458.44.2=-1925.28KJ/kg C=0.5（1002-102）=4.95kJ/kg Q=+C=-1925.28+4.95=-1920.33 kJ/kg由计算知C的值远小于的值，所以C可以忽略。2-10某燃气轮机装置如图所示。已知h1=286kJ/kg的燃料和空气的混合物，在截面1处以20m/s的速度进入燃烧室，并在定压下燃烧，使工质吸入热量q=879kJ/kg。燃烧后燃气进入喷管，绝热膨胀到状态3，h3=502kJ/kg，流速增加到cf3。此后燃气进入动叶，推动转轮回转作功。若燃气在动叶中的热力状
11、态不变，最后离开燃气轮机时的速度cf3=150m/s，求：（1）燃气在喷管出口的流速cf3；（2）每千克燃气在燃气轮机中所作的功；（3）燃气流量为5.23kg/s时，燃气轮机的功率（kw）解：（1）取截面1，3间流体为热力系，为稳流情况下的开口系。对于每千克流体列能量方程在此间忽略为0，不作功，得：2-11 流速为500m/s的高速空气流，突然受阻后停止流动。如滞止过程进行迅速，以致气流在受阻过程中与外界的热交换可以忽略不计。问在滞止过程中空气的焓变化了多少？解：由公式：q=h+wt, 根据题意，q=0，wt=1/2*(0-5002)故 h=q-wt=125kJ/kg2-12 某干管内气体的参
12、数为p1=2MPa、T1=300K、h1=301.8kJ/kg。某容积为0.53m3的绝热容器与干管间有阀门相联。容器内最初为真空，将阀门打开使容器充气。充气过程进行到容器内的压力为2 MPa时停止。若该气体的热力学能与温度的关系为ukJ/kg=0.72Tk,求充气后容器内气体的温度。解：对真空容器充气过程满足能量方程h1=u2故 u2 = h1=301.8kJ/kg又因 u2kJ/kg=0.72T2k故T2k=u2kJ/kg/0.72=301.8/0.72=419.2K2-13 某制冷装置，由冷藏室向制冷机的传热量为8000KJ/h，制冷机输入功率为1KW，试确定制冷机的COP。解：COP=从低温热源吸取的热量/损耗的功=8000KJ/h（1KW3600S）=2.2QinQout热源冷源W2-14 某热泵（图2-20），其COP为3.5，净功输入为5000KJ，试确定Qin及Qout。解：COP=向热源输送的热量/损耗的功=Qout/WQout=COPW=3.55000KJ=17500KWQin=QoutW=17500KJ5000KJ=12500KJ