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《工程热力学经典例题-第二章_secret》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。
1、建筑资料下裁就在筑龙网2.5典型例题例题2-1一个装有2kg工质的闭口系经历如卜•过程：过程屮系统散热25kJ,外界对系统做功100kJ,比热力学能减少15kJ/kg,并且整个系统被举高1000m。试确定过程中系统动能的变化。解由于需要考虑闭口系统动能及位能的变化，所以应用第一定律的一•般表达式(2—7b),即Q=At/+—mAcf2++W亍是AKE=
2、mAcr2=Q-W-U-mgz=(-25kJ)-(-100kJ)-(2kg)(-15kJ/kg)-(2kg)x(9.8m/s2)(1000mx1O'3
3、)=+85.4kJ结果说明系统动能增加了85.4kJo讨论(1)能量方程中的Q,W,是代数符号，在代入数值时，要注意按规定的正负号含义19代入。A(/,及一mAcf表不增量，若过程中它们减少应代负值。(2)注意方程中每项量纲的一致，为此mgz项应乘以10-例题2-2一活塞汽缸设备内装有5kg的水蒸气，Itl初态的比热力学能络=2709.0kJ/kg,膨胀到“2=2659.6kJ/kg,过程中加给水蒸气的热量为80kJ,通过搅拌器的轴输入系统18.5kJ的轴功。若系统无动能、位能的变化，试求通过活塞所做
4、的功解依题意画出设备简图，并对系统与外界的相互作用加以分析。如图2—4所示，这是一闭口系，所以能量方程为Q=U+W方程中是总功，应包括搅拌器的轴功和活塞膨胀功，则能量方程为Wpsiton=Q~"paddle一加(比2一络)=(+80kJ)-(-18.5kJ)-(5kg)(2659.6—2709.9)kJ/kg=+350kJ讨论(1)求出的活塞功为正值，说明系统通过活塞膨胀対外做功。（2）我们提出膨胀功W=^pdVf此题中因不知道P-V过程中的变化情况，因此无法用此式计算Wpis®（3）此题的能量收支平衡
5、列于表2-3屮。输入/kJ输出/kJ18.5（搅拌器的轴功）350（活塞功）80.0（传热）总和：98.5350总的输出超过了输入，与系统热力学能的减少,即At/=98.5-350=-251.5kJ相平衡。例题2-3如图2-5所示的汽缸，其内充以空气。汽缸截面积A=100cm2,活塞距离底面高度H=10cm,活塞以及其上重物的总质量G=195kg。当地的大气压力pb=102kPa,环境温度t（）=27Co当汽缸内的气体与外界处于热平衡时，把重物拿去100kg,活塞突然上升，最后重新达到热力平衡。假立活塞和
6、汽缸壁ZI'可无摩擦，气体可以通过汽缸壁与外界充分换热，空气视为理想气体，其状态方程为PV=mRJ（傀是气体常数），试求活塞上升的距离和气体的换热量。解（1）确定空气的初始状态参数m.gP=Pb+Pe严〃+「一102x10’R+<1195kgx9.8m/s2100xl04m2=293.1kP<1V}=AH=lOOxK）-4m2xlOxlO'2m=IO-3m37；=（273+27）K=300K（2）定拿去重物后，空气的终止状态参数由于活塞无摩擦，乂能充分与外界进行热交换，故当重新达到平衡时，汽缸内的压力和温
7、度与外界的压力和温度相等。则P2=Po^=Pb+Pe2=102xl0Pi（195・100）kgx9.8nVs2a100x104m2=192.3kPa7；=300K建筑资料下载就在筑龙网由理想气体状态方程“V=mRJ及7；=7；,w得lzPiin_332.931x10“Pa33匕=%上丄=10mx7——=1.524x10m-1/?21.923x10、Pa活塞上升距离//=（匕_%）/A=（1.524xlO心一103）m3/（100xl04m2）=5.24xl0~2m=5.24cm对外做功量w=AwiAV=/
8、72AV=1.923x103Pa（l.524x10~3-103）m3=100.5J由闭口系能量方程Q=AU+W山于I]*,故5=（/2（理想气体的热力学能仅取决于温度，这将在下一章予以证明）。则2=w=100.8J（系统由外界吸入的能量）讨论（1）可逆过程的功不能用^pdV计算，本题用外界参数计算功是--种特例（多数情况下参数未予描述，因而难以计算）。（2）系统对外做功100.8J,但由于提升重物的仅是其中一部分，另一部分是用于克服大气压力几所做的功。例题2-4一闭口系统从状态1沿1—2—3途径到状态3,
9、传递给外界的热量为47.5kJ,而系统对夕卜做工为30kJ,如图2-6所示。（1）若沿1—4—3途径变化时，系统对外做功15kJ,求过程中系统与外界传递的热量。（2）若系统从状态3沿图示的曲线途径到达状态1,外界对系统做功6kJ,求该系统与外界传递的热量。（3）若t/2=175kJ,t/3=87.5kJ,求过程2-3传递的热量及状态1的热力学能。解对途径1—2—1,由闭口系能量方程得△"123=“3一"1=©23一"123=（
