第二章 热力学第一定律

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1、工程热力学与传热学第二章热力学第一定律典型问题分析典型问题一.基本概念分析1等量空气从相同的初态出发，分别经过可逆绝热过程A和不可逆绝热过程B到达相同的终态，分析空气的热力学能变化：ΔUA,ΔUB的关系。2自然界中发生的一切过程都必须遵守能量守恒定律，反之，遵守能量守恒与转换定律的一切过程都可以自发进行。3系统中工质经历一个可逆定温过程，由于没有温度变化，故该系统中工质不能与外界交换热量。4封闭热力系内发生可逆定容过程时，系统一定不对外作容积变化功。5封闭热力系中，不作膨胀功的过程一定是定容过程。6气体膨胀时一定对外作功。7工质吸热后一定会膨胀。8根据热力学第

2、一定律，任何循环的净热量等于该循环的净功量。9热力过程中，工质向外界放热，其温度必然降低。10工质从同一初态出发，分别经历可逆过程和不可逆过程达到相同的终态，则两过程中工质与外界交换的热量相同。11工质所作的膨胀功与技术功，在某种条件下，两者的数值会相等。12功不是状态参数，热力学能与推动功之和也不是状态参数。13焓是状态参数，对于闭口系统，其没有物理意义。14流动功的改变量仅取决于系统进出口状态，而与工质经历的过程无关。二.计算题分析1一个装有2kg工质的闭口系统经历了如下过程：过程中系统散热25kJ，外界对系统作功100kJ，比热力学能减少15kJ/kg，

3、而且整个系统被举高1000m。试确定过程中系统动能的变化。2一活塞汽缸中的气体经历了两个过程，从状态1到状态2，气体吸热500kJ，活塞对外做功800kJ。从状态2到状态3是一个定压的压缩过程，压力为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。3已知新蒸汽进入汽轮机时的焓h1=3232kJ/kg，流速cf1=50m/s，离开汽轮机的排汽焓h2=2302kJ/kg，流速cf2=120m/s，散热损失和进出口位置高度差可忽略不计。试求每千克蒸汽流经汽轮机时对外界所作的功。若蒸汽流量为10t

4、/h，求该汽轮机发出的功率是多少？4某输气管内气体的参数为p1=4MPa，t1=30℃，h1=303kJ/kg。设该气体为理想气体，它的热力学能与温度之间的关系为u=0.72

5、T

6、kJ/kg，气体常数Rg=287J/(kg.K)。现将1m3的真空容器与输气管连接，打开阀门对容器充气，直至容器内压力达4MPa为止。充气时输气管中气体参数保持不变，问充入容器的气体量为多少千克？（设气体满足状态方程pV=mRgT）分析解答一.基本概念分析解答1ΔUA=ΔUB；2╳；3╳；4√；5╳；6╳；7╳；8√；9╳；10╳；11√；12╳；13√；14√；二.计算题分析解答1

7、解：由于需考虑闭口系统动能及位能的变化，所以应选用第一定律的一般表达式：，于是：，结果说明系统动能增加了85.4kJ。2解：过程2-3是一定压压缩过程，其功的计算式：，对于过程1-2，，可求得：对于过程2-3，有：，因此有：3解：由；根据题意，于是得每千克蒸汽所作的功为工质每小时作功为故汽轮机功率为分析：计算中，5.95kJ/kg是蒸汽流经汽轮机时动能的增量，可见工质流速在每秒百米数量级时动能的影响仍不大。1解：如图为输气管及容器示意图，选取容器为热力系统，该热力系统为开口系统。由题意充气过程的条件是，忽略充入气体的动能和位能。利用能量方程式：代入已知条件得在

8、充气过程中系统本身的宏观动能可忽略不计，因此系统的总能即为系统的热力学能，因此上式可表示为积分上式可得输气管中参数不变，故为常数，上式简化为注意容器在充气前为真空，即；充气后质量为，因此有所以由状态方程可得充入容器的气体质量为：分析：管道中气体的温度是303.15K，而充入原为真空的容器内后升高为420.83K。温度升高表明理想气体的热力学能增大，这是由于气体进入系统时，外界通过进入系统的共质传递进入系统的推动功转换成热能所致。