工程熱力學(xué)習(xí)題課3 工質(zhì)的熱力性質(zhì)

1、博學(xué) 睿思 勤勉 致知實(shí)事求是 敢為人先 例例1 1 為為_A.A.理想氣體、閉口系統(tǒng)、可逆過程理想氣體、閉口系統(tǒng)、可逆過程 B.B.實(shí)際氣體、開口系統(tǒng)、可逆過程實(shí)際氣體、開口系統(tǒng)、可逆過程C.C.任意氣體、閉口系統(tǒng)、任意過程任意氣體、閉口系統(tǒng)、任意過程D.D.任意氣體、開口系統(tǒng)、任意過程任意氣體、開口系統(tǒng)、任意過程2211Vqc dTpdvA A。 是普遍適用于閉口系的，是普遍適用于閉口系的，從從 導(dǎo)出導(dǎo)出 受到受到兩處制約：兩處制約： ， ，非理，非理想氣體的熱力學(xué)能是溫度和比體積的想氣體的熱力學(xué)能是溫度和比體積的函數(shù)，只有理想氣體的可逆過程才同函數(shù)，只有理想氣體的可逆過程才同時(shí)滿足這兩點(diǎn)

2、要求。時(shí)滿足這兩點(diǎn)要求。quw quw 2211Vqc dTpdv21Vuc dT21wpdv例例2 2 理想氣體的可逆吸熱過程，下面哪個(gè)量理想氣體的可逆吸熱過程，下面哪個(gè)量一定增加一定增加_A.A.熱力學(xué)能熱力學(xué)能 B. B.熵熵 C.C.壓力壓力 D. D.溫度溫度B.據(jù)據(jù)q=u+w,理想氣體在可逆過程中理想氣體在可逆過程中u的的變化還要受制于變化還要受制于w的大小和正負(fù)，若理想氣的大小和正負(fù)，若理想氣體對外做功大于吸熱量，氣體熱力學(xué)能將減體對外做功大于吸熱量，氣體熱力學(xué)能將減小，導(dǎo)致溫度下降、壓力下降。但根據(jù)熵的小，導(dǎo)致溫度下降、壓力下降。但根據(jù)熵的定義，氣體可逆吸熱過程熵必定增加。定義

3、，氣體可逆吸熱過程熵必定增加。例例3 3 為了使剛性氣瓶內(nèi)殘余氣體的壓力降低到原來的為了使剛性氣瓶內(nèi)殘余氣體的壓力降低到原來的一半以下，利用抽氣設(shè)備進(jìn)行抽氣，若抽氣過程緩慢一半以下，利用抽氣設(shè)備進(jìn)行抽氣，若抽氣過程緩慢，可以認(rèn)為氣體的溫度保持不變（如圖）。今有一個(gè)，可以認(rèn)為氣體的溫度保持不變（如圖）。今有一個(gè)氣瓶的容積為氣瓶的容積為0.01m0.01m3 3，內(nèi)有壓力為，內(nèi)有壓力為0.1MPa0.1MPa的空氣，用每的空氣，用每次有效抽氣容積為次有效抽氣容積為0.1L0.1L的抽氣設(shè)備進(jìn)行抽氣。有人認(rèn)的抽氣設(shè)備進(jìn)行抽氣。有人認(rèn)為因?yàn)檫^程中溫度保持不變，所以只要抽去為因?yàn)檫^程中溫度保持不變，所以

4、只要抽去0.01m0.01m3 3/2=0.005m/2=0.005m3 3的氣體，氣瓶內(nèi)的壓力就可降低到原的氣體，氣瓶內(nèi)的壓力就可降低到原來壓力的一半，而抽氣設(shè)備每次有效抽氣體積是來壓力的一半，而抽氣設(shè)備每次有效抽氣體積是0.1L0.1L，所以抽氣次數(shù)是，所以抽氣次數(shù)是5050次，對不對？若不對，求抽氣次次，對不對？若不對，求抽氣次數(shù)。數(shù)。解：計(jì)算是錯(cuò)誤的，隨著抽氣設(shè)備的運(yùn)行，瓶內(nèi)空氣解：計(jì)算是錯(cuò)誤的，隨著抽氣設(shè)備的運(yùn)行，瓶內(nèi)空氣壓力不斷下降，雖然每次有效抽氣體積不變，但是壓力不斷下降，雖然每次有效抽氣體積不變，但是抽出氣體的質(zhì)量不斷下降，因此抽氣抽出氣體的質(zhì)量不斷下降，因此抽氣5050次，

5、抽出的次，抽出的空氣質(zhì)量少于原質(zhì)量的一半，所以壓力不會(huì)降低到空氣質(zhì)量少于原質(zhì)量的一半，所以壓力不會(huì)降低到原來的壓力的一半。原來的壓力的一半。 第一次抽氣抽去的空氣質(zhì)量第一次抽氣抽去的空氣質(zhì)量 第一次抽氣后留在氣瓶內(nèi)的空氣質(zhì)量第一次抽氣后留在氣瓶內(nèi)的空氣質(zhì)量 33,1111330.1 101(0.01 0.1 10 )101outVmmmmmVVm21,11111100101101outmmmmmm 第二次抽氣后留在氣瓶內(nèi)的空氣質(zhì)量第二次抽氣后留在氣瓶內(nèi)的空氣質(zhì)量所以經(jīng)所以經(jīng)n n次抽氣后氣瓶內(nèi)質(zhì)量是初態(tài)的次抽氣后氣瓶內(nèi)質(zhì)量是初態(tài)的1/21/2，則，則解得解得n=69.7,n=69.7,所以抽氣

6、所以抽氣7070次可使氣瓶內(nèi)壓力降低到原次可使氣瓶內(nèi)壓力降低到原來的一半以下。來的一半以下。111100()2101nmm2321100100()101101mmm例例4 4 剛性絕熱容器剛性絕熱容器A A初始時(shí)真空，連接到參數(shù)初始時(shí)真空，連接到參數(shù)保持恒定的充氣管上進(jìn)行充氣（如圖），若管保持恒定的充氣管上進(jìn)行充氣（如圖），若管線中氣體溫度線中氣體溫度t=30t=30，求：充氣至壓力，求：充氣至壓力p p后后A A內(nèi)內(nèi)氣體溫度氣體溫度t t2 2。已知：該氣體的已知：該氣體的c cp p=1.005kJ/(kg.K)=1.005kJ/(kg.K)、c cV V=0.718kJ/(kg.K)=0

7、.718kJ/(kg.K)解：取解：取A A為控制容積，在微元充氣過程中：為控制容積，在微元充氣過程中：輸入系統(tǒng)的能量輸入系統(tǒng)的能量 輸出系統(tǒng)的能量輸出系統(tǒng)的能量 0 0系統(tǒng)總能的增加系統(tǒng)總能的增加 dU dU所以所以 積分積分據(jù)題意據(jù)題意h=Ch=C，mm1 1=0,=0,所以所以hmhmii=m=m2 2u u2 2, ,考慮到考慮到mm1 1=m=m2 2，則，則h=uh=u2 2。因空氣是理想氣體，故其焓因空氣是理想氣體，故其焓h h和熱力學(xué)能和熱力學(xué)能u u僅是溫度僅是溫度函數(shù)。取函數(shù)。取0K0K為基點(diǎn)，則為基點(diǎn)，則h=ch=cp pT T、u u2 2=c=cv vT T2 2，所

8、以所以ih m0ih mdU2212 21 110ih mUUUmumu 21.005/(. )3034241510.718/(. )pVckJkg KTTKKCckJkg K例例5 5 當(dāng)鍋爐內(nèi)的溫度等于該壓力對應(yīng)飽和溫當(dāng)鍋爐內(nèi)的溫度等于該壓力對應(yīng)飽和溫度時(shí)，鍋爐內(nèi)可能為度時(shí)，鍋爐內(nèi)可能為_A.A.飽和水蒸汽飽和水蒸汽 B. B.飽和水飽和水C.C.濕蒸汽濕蒸汽 D.A D.A或或B B或或C CD D 飽和溫度和飽和壓力是一一對應(yīng)的，飽和飽和溫度和飽和壓力是一一對應(yīng)的，飽和狀態(tài)下可以僅有飽和液、也可以僅有飽和狀態(tài)下可以僅有飽和液、也可以僅有飽和汽、也可能是兩相平衡共存的狀態(tài)。汽、也可能是兩

9、相平衡共存的狀態(tài)。例例6 6 如工質(zhì)為水，壓力越高，其汽化潛如工質(zhì)為水，壓力越高，其汽化潛熱熱_A.A.降低降低 B. B.增大增大C.C.不變不變 D. D.不定不定A A 水得汽化潛熱隨著飽和溫度（因而隨飽和水得汽化潛熱隨著飽和溫度（因而隨飽和壓力）升高而降低，到臨界點(diǎn)時(shí)為零。壓力）升高而降低，到臨界點(diǎn)時(shí)為零。例例7 7 對密閉容器中的汽水混合物加熱，對密閉容器中的汽水混合物加熱，其干度其干度_A.A.降低降低 B. B.增大增大C.C.不變不變 D. D.不定不定D D 在定壓或接近定壓的條件下，加熱水汽化在定壓或接近定壓的條件下，加熱水汽化，干度增大。在定體積加熱時(shí)，在汽水混，干度增大

10、。在定體積加熱時(shí)，在汽水混合物初始比體積大于臨界比體積時(shí)，加熱合物初始比體積大于臨界比體積時(shí)，加熱后干度仍增大，但在汽水混合物初始比體后干度仍增大，但在汽水混合物初始比體積小于臨界比體積時(shí)，加熱后干度減小。積小于臨界比體積時(shí)，加熱后干度減小。例例8 8 汽缸汽缸- -活塞系統(tǒng)內(nèi)有活塞系統(tǒng)內(nèi)有0.5kg0.5kg壓力為壓力為0.5MPa0.5MPa，溫度為，溫度為260260的水蒸氣，試確定的水蒸氣，試確定缸內(nèi)蒸汽經(jīng)可逆等溫膨脹到缸內(nèi)蒸汽經(jīng)可逆等溫膨脹到0.20MPa0.20MPa時(shí)汽時(shí)汽缸的體積及與外界交換的功和熱量。缸的體積及與外界交換的功和熱量。過熱蒸汽表111 1322223()0.5(2980.8/5000.48404/)1369.39/()0.5(2990.5