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第10章热力学基础

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2016第十章 热力学习题课

2016第十章 热力学习题课

第 九 章 气 体 动 理 论
m i 3 E RT 10 8.311 124.7( J ) M 2 2
Q E W 124.7 209 84.3(J )
31
普 通 物 理 教 程
第十章 热力学习题
6. 一定量的某种理想气体在等压过程中对外作 功为 200 J．若此种气体为单原子分子气体 ，则该过程中需吸热___________ J；若为 双原子分子气体，则需吸热___________ J. 【分析与解答】
第 九 章 气 体 动 理 论
1
普 通 物 理 教 程
第十章 热力学习题
【分析与解答】 m i 因为 QV R T
M 2
第 九 章 气 体 动 理 论
m pV = RT M
氧气和水蒸气的自由度不同，吸收热量相等 则温度升高不同，压强增加亦不同。 正确答案是B。
，
2
普 通 物 理 教 程
第十章 热力学习题
WN2 WHe
p(V2 V1 ) TN2 5 p(V2 V1 ) THe 7
正确答案是B。
10
普 通 物 理 教 程
第十章 热力学习题
6. 一定量的理想气体，由初态a经历a c b过程到达终态b（如 图10-19示），已知a、b两状态处于同一条绝热线上，则 ______. (A）内能增量为正，对外作功为正，系统吸热为正。 （B）内能增量为负，对外作功为正，系统吸热为正。 （C）内能增量为负，对外作功为正，系统吸热为负。 （D）不能判断。
内能增加了ΔE = | W2 |
E = ；
Q=
第 九 章 气 体 动 理 论
29
普 通 物 理 教 程
第十章 热力学习题

大学物理第10章 热力学第一定律08-2

大学物理第10章 热力学第一定律08-2

O V1
V2
R( T2 T1 )
V
i (5)内能增量： E R( T2 T1 ) CV ( T2 T1 ) 2
(6)吸热： Qp E A ( CV R )(T2 T1 ) C P (T2 T1 ) 等压膨胀过程中，A＞0，△E＞0，气体吸热QP＞0 等压压缩过程中，A＜0，△E＜0，气体放热QP＜0
i 1. 25 5 E RT 8. 31 1 927 ( J ). 2 0.028 2
Q E A 927 371 1298 ( J ).
二、 热 容
系统和外界之间的热传递通常 会引起系统本身温度的 变化 。这一温度的变化和热传递的关系用热容表示 。 1、摩尔热容 •定义： 一摩尔物质温度升高1K所吸收的热量，称为 该物质的摩尔热容。符号:Cm (可简记为C)
无论过程是准静态 的还是非静态的
绝热膨胀，气体对外做功， 其内能减少；温度降低
dQ 0, dA dE
绝热压缩，外界对气体做功， 其内能增加；温度升高。
(2).绝热准静态过程的过程方程（推导） 理想气体状态方程: PV RT VdP PdV RdT dA PdV dE CVVdP CV PdV RPdV PdV C dT
dQ C dT
•特性： ① 物质固有属性；
单位： J / mol K
② 因热量是过程量，所以C与过程有关: 系统压强保持不变的过程中的热容叫定压热容CP。
系统体积保持不变的过程中的热容叫定体热容CV。
2、定体摩尔热容 一摩尔理想气体在等体积过程中温度升高1K所吸 收的热量称为理想气体的定体摩尔热容
(A)T
V2 V2 V1

10 热力学基础 习题分析与解答 第二版

10 热力学基础 习题分析与解答 第二版

第10章 热力学基础 习题解答（一）. 选择题1. 1摩尔氧气和1摩尔水蒸气（均视为刚性分子理想气体），在体积不变的情况下吸收相等的热量，则它们的：（A ）温度升高相同，压强增加相同。

（B ）温度升高不同，压强增加不同。

（C ）温度升高相同，压强增加不同。

（D ）温度升高不同，压强增加相同 。

[ ] 【分析与解答】因为2V m iQ R T M =∆，p nkT=氧气和水蒸气的自由度不同，吸收热量相等，则温度升高不同，压强增加亦不同。

正确答案是B 。

2. 一定量理想气体，从状态A 开始，分别经历等压、等温、绝热三种过程（AB 、AC 、AD ），其容积由V1都膨胀到2V1，其中 。

(A) 气体内能增加的是等压过程，气体内能减少的的是等温过程。

(B) 气体内能增加的是绝热过程，气体内能减少的的是等压过程。

(C) 气体内能增加的是等压过程，气体内能减少的的是绝热过程。

(D) 气体内能增加的是绝热过程，气体内能减少的的是等温过程。

[ ] 【分析与解答】正确答案是C 。

3. 如图所示，一定量的理想气体，沿着图10-18中直线从状态a( 压强p1 = 4 atm ，体积V1=2 L )变到状态b ( 压强p2 =2 atm ，体积V2 =4 L )．则在此过程中： （A ） 气体对外做正功，向外界放出热量． （B ） 气体对外做正功，从外界吸热． （C ） 气体对外做负功，向外界放出热量． （D ） 气体对外做正功，内能减少． [ ]p (atm)P 图10-18 【分析与解答】 因为a ab b p V p V =，a b T T =,内能变化为零，吸热等于做功，而此过程为单向体积膨胀过程，系统对外做正功，从外界吸热。

正确答案是B 。

4. 若在某个过程中，一定量的理想气体的内能E 随压强p 的变化关系为一直线(其延长线过E －p 图10-19的原点)，则该过程为：（A ） 等温过程 （B ） 等压过程 （C ） 等体过程 （D ） 绝热过程 [ ]图10-19【分析与解答】因为22m i iE RT pV M ==,p 与V 成线性关系，故为等体过程。

热力学基础

热力学基础
第7章
§7.1 §7.2 §7.3 §7.4 §7.5 §7.6 §7.7 §7.8
热力学基础
内能 功和热量 准静态过程 热力学第一定律 气体的摩尔热容量 绝热过程 循环过程 卡诺循环 热力学第二定律 热力学第二定律的统计意义 玻尔兹曼熵 卡诺定理 克劳修斯熵
§7.1 热力学的一些基本概念
一、内能 功和热量 1.态函数
每一时刻系统都无限接近于平衡态的过程。
由一系列依次接替的平衡态组成。 对 “无限缓慢” 的实际过程的近似描述。
无限缓慢： 微小变化时间 >> 驰豫时间 弛豫时间：系统由非平衡态趋于平衡态所需时间
§ 7.2 热力学第一定律
一、热力学第一定律
1.
数学表式
Q E A
对微小变化过程
பைடு நூலகம்d Q dE d A
RT
RT ln V2
V2
V1
等温
RT ln
p1
p2
RT ln
p1
0
p2
绝热
PV = 常量 dQ g-1 V T = 常量 0 g-1 - g = P T 常量
g
cV T
0
p2V2 p1V1 cV T 1
§7.5 循环过程 卡诺循环
一、 循环过程
系统的工作物质，经一系列变化过程又回到了初始状态，如果 每一段过程都是平衡过程，表现在 P—V 图上就是： P a P P a
Q
Q
A
Q
E
热量从高温物体传到低温物 体的过程是不可逆的！
（3）气体的自由膨胀过程
气体不须任何外界的帮助即从左室扩散到 整个容器，是否也可以不须外界任何帮助就回到左室 呢？ 不行！

工程热力学 第十章 制冷循环

工程热力学 第十章 制冷循环
35
制冷剂其他性质
❖对环境友善 ❖安全无毒 ❖ 溶油性好，化学稳定性好
36
制冷剂种类
（1）无机化合物：氨R717、水R718、二氧 化碳R744、二氧化硫R764等。
（2）氟里昂：氟里昂是饱和碳氢化合物（饱 和烃类）的卤族衍生物的总称，最常用的 有R12、R22、R14和R134a等。
（3）混合溶液：由两种或两种以上不同的制 冷剂按一定比例相互溶解而成的混合物。 主要有R502（R22和R115）、R407C （R32/R125/R134a）。
2-3 为过 热 蒸 气 在 冷 凝 器 中定压放热被冷凝的过程；
3-4 为饱 和 液 体 在 节 流 阀 中节流、降压、降温的过 程；
4-1 为湿 饱 和 蒸 气 在 蒸 发
器中定压吸热、汽化的过
程。
22
制冷系数
c
qo wnet
qo h1-h3 qk-qo h2-h1
T1 T4 T2 T1
20
压缩蒸气制冷循环
用低沸点物质（大气压 下的沸点低于0℃）作为工 质（制冷剂），利用其在 定压下汽化和凝结时温度 不变的特性实现定温放热 和定温吸热，可以大大提 高制冷系数；制冷剂的汽 化潜热较大，因此制冷量 大。
21
压缩蒸气制冷循环
1-2 为从 蒸 发 器 中 出 来 的 蒸气在压缩机中被可逆绝 热压缩的过程；
（4）碳氢化合物：碳氢化合物制冷剂有甲烷、
乙烷、丙烷、乙烯、丙烯和异丁烷R600a
等。
37
课后思考题
❖压缩蒸气制冷循环采用节流阀来代替膨胀 机，压缩空气制冷循环是否也可以采用这 种方法？为什么？
❖对逆向卡诺循环而言，冷、热源温差越大， 制冷系数是越大还是越小？为什么？

人教版高中物理选修3-3课件第10章第3节热力学第一定律能量守恒定律

人教版高中物理选修3-3课件第10章第3节热力学第一定律能量守恒定律

A．尾气的温度越低，柴油机越节能
B．尾气的温度越高，柴油机越节能
C．尾气的温度高低与柴油机是否节能无关
D．以上说法均不正确
A
解析：高温高压的燃气推动活塞向下运动，对活塞做功，燃气的内能大部分转化为活塞的机械能， 在做功的过程中，内能转化为活塞的机械能越多，尾气的温度越低，柴油机越节能，故A正确，BCD错误。
『想一想』 有一种所谓“全自动”机械手表，既不需要上发条，也不用任何电源，却能不停地走下去。这是不 是一种永动机？如果不是，你知道维持表针走动的能量是从哪儿来的吗？
答案：不是永动机，手表戴在手上，手运动的能量一部分转化为手表的能量(动能)。
课内互动探究
探究 一
对热力学第一定律的理解
思考讨论 1
C．转动的叶片不断搅动热水，水温升高 D．叶片在热水中吸收的热量一定大于在空气中释放的热量
解析：形状记忆合金进入水后受热形状发生改变而搅动热水，由能量守恒知能量来源于热水，故A、 B、C错；由能量守恒知，叶片吸收的能量一部分转化成叶片的动能，一部分释放于空气中，故D对。
归纳总结
1．能量的存在形式及相互转化
各种运动形式都有对应的能：机械运动有机械能，分子的热运动有内能，还有诸如电磁能、化学能、 原子能等。
各种形式的能，通过做功可以相互转化，例如：利用电炉取暖或烧水，电能转化为内能；煤燃烧， 化学能转化为内能；列车刹车后，轮子温度升高，机械能转化为内能
Hale Waihona Puke 2．守恒条件与某种运动形式对应的能是否守恒是有条件的，例如，物体的机械能守恒，必须是只有重力做功； 而能量守恒定律是没有条件的，它是一切自然界现象都遵守的基本规律。
(3)具有重大实践意义，即彻底粉碎了永动机的幻想。

10工程热力学第十章 水蒸气及蒸汽动力循环

10工程热力学第十章 水蒸气及蒸汽动力循环

10-3 水蒸气的热力过程 目的—确定过程的能量转换关系 分析水蒸气热力过程的目的 确定过程的能量转换关系, 分析水蒸气热力过程的目的 确定过程的能量转换关系, 包括w 以及 以及u和 等 因此,需确定状态参数的变化. 包括 ,q以及 和Δh等.因此,需确定状态参数的变化. 确定过程的能量转换关系的依据为热力学第一,二定律: 确定过程的能量转换关系的依据为热力学第一,二定律:
图和T-s图 三,水蒸气的p-v图和 图 水蒸气的 图和
分析水蒸气的相变图线可见,上,下界线表明了水汽化的始末界线, 分析水蒸气的相变图线可见, 下界线表明了水汽化的始末界线, 二者统称饱和曲线, 图分为三个区域,即液态区( 二者统称饱和曲线,它把p-v和T-s图分为三个区域,即液态区(下 界线左侧) 湿蒸汽区(饱和曲线内) 汽态区(上界线右侧) 此外, 界线左侧),湿蒸汽区(饱和曲线内),汽态区(上界线右侧).此外, 习惯上常把压力高于临界点的临界温度线作为"永久" 习惯上常把压力高于临界点的临界温度线作为"永久"气体与液体 的分界线.所以,水蒸气的相变图线,可以总结为一点(临界点) 的分界线.所以,水蒸气的相变图线,可以总结为一点(临界点), 二线(上界线,下界线) 三区(液态区,湿蒸汽区,气态区) 二线(上界线,下界线),三区(液态区,湿蒸汽区,气态区)和五态 未饱和水状态,饱和水状态,湿饱和蒸汽状态,干饱和蒸汽状态, (未饱和水状态,饱和水状态,湿饱和蒸汽状态,干饱和蒸汽状态, 过热蒸汽状态) 过热蒸汽状态)
q = h h ′′
显然, 的水加热变为过热水蒸气所需的热量, 显然,将0.01℃的水加热变为过热水蒸气所需的热量,等于液 的水加热变为过热水蒸气所需的热量 体热,汽化潜热与过热热量三者之和. 体热,汽化潜热与过热热量三者之和.而且整个水蒸气定压发生过 程及各个阶段中的加热量,均可用水和水蒸气的焓值变化来计算 用水和水蒸气的焓值变化来计算. 程及各个阶段中的加热量,均可用水和水蒸气的焓值变化来计算.

工程热力学第10章答案

工程热力学第10章答案

第10章 制冷循环第10章 制冷循环10-1 在商业上还用“冷吨”表示制冷量的大小，1“冷吨”表示1吨0℃的水在24小时冷冻到0℃冰所需要的制冷量。

证明1冷吨=3.86kJ/s 。

已知在1标准大气压下冰的融化热为333.4kJ/kg 。

解：1冷吨=333.4 kJ/kg ×1吨/24小时=333.4×1000/(24×3600) kJ/s=3.86kJ/s压气机入口T 1= 263.15K 压气机出口 K T T kk 773.416515.2634.114.1112=×==−−π冷却器出口T 3=293.15K 膨胀机出口 K T T kk 069.185515.2934.114.1134===−−π制冷量 ()()kg kJ T T c q p c /393.78069.18515.263004.141=−×=−= 制冷系数第10章 制冷循环()()()()71.1069.18515.26315.293773.416069.18515.263413241=−−−−=−−−−==T T T T T T w q net c ε10-4 压缩空气制冷循环中，压气机和膨胀机的绝热效率均为0.85。

若放热过程的终温为20℃，吸热过程的终温为0℃，增压比π=3，空气可视为定比热容的理想气体，c p =1.004kJ/（kg·K ），k =1.4。

求：（1）画出此制冷循环的T-s 图；（2）循环的平均吸热温度、平均放热温度和制冷系数。

433'4循环的平均吸热温度 ()K T T T T s q T cc 887.248986.22515.273ln 986.22515.273ln 414114=−=−=∆=′′′ 循环的平均放热温度 ()K T T T T s q T 965.33915.293638.391ln 15.293638.391ln32322300=−=−=∆=′′′第10章 制冷循环循环的制冷系数921.0)896.22515.293()15.273638.391(986.22515.273)()(/431/2/41=−−−−=−−−−=T T T T T T ε10-5 某压缩蒸气制冷循环用氨作制冷剂。

热力学统计物理第十章涨落理论

热力学统计物理第十章涨落理论

E pV T s
W e kT
E
E S
V
S
E V
s
V
1 2
2E
T S
pV
1
2
2E
2E
2E S 2
(S )2
2
2E SV
S V
2E V 2
(V )2
ST PV
W e e 2E / 2kT
T S V p 2 kT
T S V p
W e 2kT
上式中的4个偏差量，只有2个独立。任取2个作为独立变量 可得到了涨落的几率分布。
因
m
~ 107
，故在测量时间间隔内上式的二项可忽略，得
x2 2kT t
上式被皮兰的实验所证实
空间关联函数：
C(r1, r2 ) [B(r1) B(r1)][B(r2 ) B(r2 )]
C(r, r ) 代表空间某一点r处的关联函数——涨落。 C(r, r ') C(r r ')
时间关联函数：
mx2
2
dx2 dt
xF(t)
上式二边取平均，并用能量均分定理得
d 2 x2 d x2 2kT
dt 2
m
dt
m
0
1 mx2 kT ;
2
2
xF (t) xF (t) 0
d 2 x2 dt 2
m
d x2 dt
2kT m
0
上式二阶常系数非线性微分方程的通解为：
x2
2kT
t
t
c1e m
c2
s0 sr
s sr ？ Er pVr
T
E pV T
s0
sT
E T

大学物理学 孙厚谦 第10章 习题

大学物理学 孙厚谦 第10章 习题
(2)循环效率。
P /atm P2 C
A B
O
V1
习题 10-9 图
V 2 V /(103 m3 )
查看答案 10-9
10-10 如图所示，使 1mol 理想气体氧气进行 A→B→C→A 的循环，已知 A→B 为等温过程，C→A 为绝 热过程， （设 T1
300K ，V1 0.41103 m3 ， V2 4.1103 m3 ）,求(1)循环过程中所作的净
-3 3 -3 3
10-15 一个卡诺循环，当高温热源的温度为 107
0
C ，低温热源的温度为 270 C ，对外作的净功是
8000J，今维持低温热源的温度不变，提高高温热源的温度，使其对外作的净功增为 10000J，若两个卡 诺循环都工作在相同的二绝热线之间。求(1)第二个循环吸收的热量；(2)第二个循环的热效率；(3)第二 个循环的高温热源温度。 查看答案 10-15
E 0
Q W RTA ln
VB V p2V2 ln B VA VA
5 3
44.8 1.013 10 44.8 10 ln 22.4
返回 10-4
3.15 103 J
（2）整个过程
E 0
Q W WAC WCB WCB p2 (V2 V1 )
查看答案 10-3
23
10-4 如图所示，1mol 氧气(1)由状态 A 等温地变化到状态 B;(2)由状态 A 等体地变化到状态 C，再由 状态 C 等压地变到状态 B;试分别计算以上两种情况下，氧气的内能增量，对外做的功和吸收的热量。 (已知 V1
22.4 103 m3 , V2 44.8103 m3 , p2 1atm)

第10章热力学第一定律qr

第10章热力学第一定律qr

一、准静态绝热过程
1.特征：dQ=0
绝热壁Leabharlann 2.理想气体实验：3.准静态绝热微小过程 由状态方程： 由第一定律： 从上面两式中消去dT
绝热
36
绝热准静态有限过程
——泊松公式
37
4.绝热准静态过程的过程方程
5.绝热准静态有限过程 吸热
内能增量
由状态方程： 做功： 或：
38
6.结论： 绝热膨胀，气体对外做功其内能减少； 绝热压缩，外界对气体做功，其内能增加。 P 7.等温线与绝热线比较： a等温过程 Δp1 Δp2 b绝热过程 o
图2
4
宏观功又称体积功，特点是和系统的边界发生宏 观位移相联系。
微观本质：外界分子的有规则运动动能和系统内 分子的无规则运动动能传递和转化。即宏观机械 能和内能的传递和转化。
5
2、热量Q ---微观功
（1）传热 当系统和外界或两个不同的物体，通过热 接触改变系统（没有宏观位移）状态的相互作 用形式称热传递－传热。
p2 o
2.曲边梯形面积代表什么意义？ Ⅱ(p2,V2,T2) 曲边梯形面积代表气体由Ⅰ态 过渡到Ⅱ 态气体所做的功A。 系统对外做正功; V1 V V+ΔV V2 V 4.气体被压缩时(dV＜0)，系统做什么功？
3 .气体膨胀时(dV>0)系统做什么功？
气体被压缩时(dV＜0)，系统对外做负功;外界对系统做正功。 5.气体做功与过程有无关系？ 系统由一个状态变化到另一个状态时，所做的功不仅取决 于系统的初未状态，而且与系统所经历的过程有关。 13
吸热： 问题： 1. 定体吸热过程中，气体的内能如何变化？ （答：增加） 2.定体放热过程中，气体的内能如何变化？ （答 ：减少） 7.结论：

热学第10章热力学第一定律讲解

热学第10章热力学第一定律讲解

T+d T
2
(E+dE, T+dT)
等体 ＋ 等温过程 0 V
V
20
d E ? d EV ? d ET ? d EV
? ? CV，m d T
p
1 (E, T)
dEV 任意元过程
T+d T
2
dET = 0 (E+dE, T+dT)
L ~ 10?1 m ? p ~ 10-3 s
v ~ 102 m/s
活塞运动周期 ? t ~ 10-2 s > ?p ~ 10-3 s，
所以汽缸的压缩过程可认为是准静态过程。
6
准静态过程用过程曲线描述：
p ( p1 , V1) 一个点代表一个平衡态 过程曲线
(p , V )
( p2 , V2)
O
V
第十章 热力学第一定律
1
第十章 热力学第一定律
§10.1 准静态过程 △§10.2 功 △§10.3 内能、热量、热力学第一定律
§10.4 热容量 §10.5 绝热过程 §10.6 循环过程 §10.7 卡诺循环 △§10.8 致冷循环
2
§10.1 准静态过程
热力学系统从一个状态变化到另一个状态， 称为热力学过程，简称“过程”。
16
焦耳定律
绝热壁 导热壁
实验现象：稀薄气体在自由膨胀过程中，温度 保持不变，是绝热自由膨胀过程。
结论：理想气体内能 E 只与温度 T 有关，与 体积 V 无关：
E 理 气 ? E (T )
17
§10.4 热容量
一. 摩尔热容量 热容量： 系统温度升高1度所吸收的热量。
C ? dQ dT
定体热容量

大学化学化学热力学基础

大学化学化学热力学基础

真实气体状态方程在科研和工程中的应用举例
石油工业
利用真实气体状态方程预测天然气在地下的分布和储量，指导油气 田的开发和生产。
化学工程
在化工过程中涉及气体的压缩、膨胀、冷却和加热等操作，需要利 用真实气体状态方程进行精确计算和控制。
航空航天工程
在飞机和火箭的发动机设计中，需要考虑高温高压下气体的性质和行 为，真实气体状态方程为相关计算提供了重要依据。
压条件。
混合气体中各组分性质变化规律探讨
道尔顿分压定律
混合气体的总压力等于各组分气 体分压之和，分压与各组分的摩 尔分数成正比。
阿马格分体积定律
混合气体的总体积等于各组分气 体分体积之和，分体积与各组分 的摩尔分数成正比。
亨利定律
在一定温度和平衡状态下，气体 在液体中的溶解度与液面上该气 体的平衡压力成正比。
04
相平衡与相图分析
相平衡条件及相律应用
相平衡条件
在恒温恒压下，当多相系统中各相的性质和数量均不随时间变化时，称系统处于相平衡状态。此时， 各相中的组元成分和物性均保持恒定，且各相间的宏观物质交换达到动态平衡。
相律应用
相律是描述相平衡系统中相数、组元数和自由度之间关系的定律。对于简单系统，相律可表示为F=CP+2，其中F为自由度，C为组元数，P为相数。利用相律可以判断系统可能存在的相数及自由度，进 而分析系统的相平衡状态。
大学化学化学热力学基础
目 录
• 热力学基本概念与定律 • 热力学在化学反应中的应用 • 热化学方程式及计算 • 相平衡与相图分析 • 化学平衡移动原理及影响因素探讨 • 非理想气体状态方程及混合气体性质研究
01
热力学基本概念与定律
热力学系统及其分类

中国石油大学热工基础典型问题第十章_对流换热

中国石油大学热工基础典型问题第十章_对流换热

工程热力学与传热学第十章对流换热典型问题分析典型问题一.基本概念分析1在流体温度边界层中，何处温度梯度的绝对值最大？为什么？2对流换热边界层微分方程组是否适用于粘度很大的油和Pr数很小的液态金属。

3对管内强迫对流换热，为何采用短管和弯管可以强化流体换热？4其他条件相同时，同一根管子横向冲刷与纵向冲刷相比，哪个的表面传热系数大？为什么？二.计算题分析120℃的空气在常压下以10m/s的速度流过平板，板表面温度tw=60℃，求距平板前缘200mm处的速度边界层厚度和温度边界层厚度δ，δt. 以及表面换热系数h, hx和单位宽度的换热量。

2一换热设备的工作条件是：壁温tw=120℃，加热80 ℃的空气，空气流速0.5m/s。

采用一个全盘缩小成原设备1/5的模型来研究它的换热情况。

在模型中亦对空气加热，空气温度tw ‘=10℃，壁面温度30℃。

试问模型中流速u’应多大才能保证与原设备中的换热现象相似。

320℃，14kPa的空气，以150ｍ/s的速度流过长为1ｍ的平板，平板温度保持150℃。

试问平板单位面积的平均热流量是多少？4流量为0.8kg的水在直径为2.5cｍ的管内从35℃加热到40℃，管壁温度为90℃。

试问需要多长的管子才能完成这样的加热？5温度为50℃，压力为1.013×105Pa的空气，平行掠过一块表面温度为100 ℃的平板上表面，平板下表面绝热。

平板沿流动方向长度为0.2ｍ，宽度为0.1ｍ，按平板长度计算的雷诺数为4×104。

试确定：（1）平板表面与空气间的表面传热系数和传热量；（2）如果空气流速增加一倍，压力增加10.13×105Pa，计算表面传热系数和传热量。

6计算一个40Ｗ的白炽灯灯泡在27 ℃的静止空气中的散热，灯泡温度为127℃。

设灯泡可近似为直径50ｍｍ的圆球。

确定自然对流换热在白炽灯功率中所占的百分比。

分析解答一.基本概念分析解答1.答：固体表面处温度梯度最大，在物体表面处温度变化最快。

工程热力学第10章蒸汽动力装置循环

工程热力学第10章蒸汽动力装置循环
人造低温环境，实现作功和制冷双赢！
本章学习目标
1. 描述水蒸气朗肯循环的构成，画出水蒸气朗肯循环p-v图 和T-s 图，计算循环参数、耗气率和热效率。
2. 指出摩阻对水蒸气朗肯循环的影响并进行计算； 3. 描述蒸汽动力装置再热循环的构成、画出循环p-v图
和T-s 图，分析再热对循环的影响；
4. 说明并分析计算蒸汽动力装置抽汽回热循环的实施及 构成，画出循环p-v图和T-s 图，计算抽汽量和抽汽回 热循环其它参数；
4
6. 蒸汽动力装置工作流程和简化 蒸汽电厂示意图
二、朗肯循环 (Rankine cycle) 1. 水蒸气的卡诺循环
. . 4 p1 1
. . s
s
3 p2 2
p1
1
p2
.. .. 4
3
2
水蒸气卡诺循环有可能实现，但：
1）温限小 2）膨胀末端x太小 3）压缩两相物质的困难
实际并不实行卡诺循环
6
约850K（580℃） 约500K（227℃）随π变
不能如燃气轮 机装置般回热
约36℃（6kPa）
蒸汽动力装置循环回热的两种方式 混合式
.
. .. 01’
αkg
1kg
. . .01 .1-αkg
1-αkg
20
间壁式
工程多采用间壁式，热力学分析两者相似。
21
四、回热循环计算
1. 抽汽量
? 能量方程：
1 T2S2 1 T2 1 s2 s2'
T1S1
T1 s1 s01'
1 T2 T1
24
3）回热器中过程不可逆，为什么循环ηt 上升？ 4）回热器是间壁式，α怎么求？
例A466266

热力学第十章2

热力学第十章2

对比态原理
Principle of Corresponding States
不同物质，p,T相同，v不同 可以满足同一个 f pr , vr , Tr 0
若两个对比参数相等，另一个必相等 对比态原理 对比态方程Equation of state in reduced form
满足同一个对比态方程，称为热力 学相似的物质。
维里系数的物理意义
B C D Z 1 2 3 v v v
作用递减
理论上维里方程 分子间无作用力 需要多少精度， 适合于任何工质 就从某处截断。 两个分子间作用力 ，级数越多，精 度越高，系数由 三个分子间作用力 实验数据拟合。 四个分子间作用力
截断型维里方程
一般情况
p
C
T Tc
Tc
拐点 p 0 v TC
p 2 0 v TC
2
v
定量计算不准确 范.德瓦尔斯方程的临界点参数
RTC a Z C 0.23 pC 2 多数物质 vC b vC 0.29 RTC 8a 2a p a p C 27b 2 TC 27 Rb 3 vC 0 3b 2 v TC v2C b vC RTC 不准确 RTC 2 27 2 RTC b 6a 实验确定 p a p 8 4 C 0 64 C p 3 2 vC 表10-1 v TC vC b pC vC 3 0.375 C点压缩因子 Z C RTC 8
范.德瓦尔斯方程
1、高温时 T TC
a 2 项可忽略 v
p v b RT
pv图上 T 是双曲线
一个实根，两个虚根
范.德瓦尔斯状态方程定性分析

热力学基础

热力学基础

第一章热力学基础目的要求：1. 理解热力学的一些基本概念：系统与环境、状态与状态函数、热和功、各种热力学过程。

2. 明确热力学能和焓的定义及状态函数的特征，理解热力学能变与恒容热，焓变与恒压热之间的关系。

3. 理解热力学第一定律的文字表述，掌握热力学第一定律的数学表达式及其应用。

4. 理解可逆过程及其特征。

5. 明确过程量热和功的正、负，理解体积功、热容、显热、潜热、化学反应热、摩尔相变焓、标准摩尔反应焓、标准摩尔生成焓、标准摩尔燃烧焓等概念。

6. 能熟练地运用热力学第一定律计算系统在理想气体的纯P V T变化、在相变化及化学变化中的应用（计算功、热、热力学能变、焓变）。

7. 能熟练地应用标准摩尔生成焓、标准摩尔燃烧焓求标准摩尔反应焓，能用基尔霍夫公式计算不同温度下化学反应的焓变。

8. 了解自发过程的共同特征。

理解热力学第二定律的文字表达。

9. 了解熵判据的表达式和熵增原理，较熟练地计算单纯P、V、T变化过程、相变和化学反应的熵变。

10. 理解规定摩尔熵、标准摩尔熵，理解标准摩尔反应熵的定义及掌握化学反应熵差的计算。

11. 理解熵的物理意义，了解热力学第三定律、卡诺循环、卡诺定理。

12. 明确亥姆霍兹函数、吉布斯函数的概念，较熟练地计算各种恒温过程的△ G13. 明确熵判据、亥姆霍兹函数判据、吉布斯函数判据应用条件，会用熵判据、吉布斯函数判据判断过程的方向和限度。

14. 了解热力学基本方程及一些重要关系式。

教学重点难点：1. 基本概念：系统与环境、状态与状态函数、热和功、各种热力学过程2 •热力学的状态函数：热力学能、焓、熵、亥姆霍兹函数、吉布斯函数过程量：热和功3 •基本定律：热力学第一定律、热力学第二定律、热力学第三定律4 •热力学第一定律对理想气体的状态变化过程、相变过程及化学变化过程的应用（计算Q W △ U>A H）o5 •热力学判据：熵判据、亥姆霍兹函数判据、吉布斯函数判据的具体应用（计算A S A G A F）o教学难点：1 •状态与状态函数2•热力学第一定律、热力学第二定律3•熵判据、亥姆霍兹函数判据、吉布斯函数判据教学内容:第一章热力学基础热力学的研究对象及方法热力学是研究能量相互转化过程中所遵循的规律及各种因素对能量转化的影响的科学。

第10章 对流换热(中文课件)

第10章 对流换热(中文课件)
郭煜《工程热力学与传热学 》
工程热力学与传热学
传热学 第十章 对流换热
郭煜 中国石油大学（北京）机械与储运工程学院
郭煜《工程热力学与传热学 》
第十章 对流换热
内容要求
掌握对流换热问题的机理和影响因素 了解对流换热的数学描述 边界层理论概述与边界层内对流换热微分方程组的简化 外掠等壁温平板层流换热分析解简介 掌握对流换热的实验研究方法，相似原理 各种典型对流换热的基本特点和计算方法
tw — 固体表面的平均温度。 tf — 流体温度。
• 外部绕流（外掠平板，圆管）： tf 为流体的主流温度。
• 内部流动（各种形状槽道内的流动）： tf 为流体的平均温度。
tf
d
外部绕流
管内流动
郭煜《工程热力学与传热学 》
4. 局部表面传热系数与平均表面传热系数
局部对流换热时，局部热流密度：
郭煜《工程热力学与传热学 》
2. 流动的状态 —— 层流流动与湍流流动
层流（Laminar flow）
流速缓慢 沿轴线或平行于壁面作规则分层运动 热量传递：主要靠导热（垂直于流动方向）
u∞ tf
u∞ uq
导热
u∞
u
导热qBiblioteka 0 层流边界层x管内层流流动
Example Oils-- the flow of high-viscosity fluid at
（管内强制对流换热，外掠壁温强制对流换热， 自然对流换热等）
郭煜《工程热力学与传热学 》
10-1 对流换热概述
10-1-1 基本概念和计算公式
1. 对流换热（Convection heat transfer）
流体流过另一个物体表面时，对流和导热联合起作用 的热量传递现象。
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第10章 热力学基础一、选择题1. 两个相同的刚性容器，一个盛有氢气，一个盛氦气(均视为刚性分子理想气体)开始时它们的压强和温度都相同，现将3 J 热量传给氨气，使之升高到一定的温度。

若使氢气也升高同样的温度，则应向氢气传递热量为(A)6 J (B)3 J (C)5 J （D ）l0 J [ ]2. 对于物体的热力学过程, 下列说法中正确的是(A) 内能的改变只决定于初、末两个状态, 与所经历的过程无关(B) 摩尔热容量的大小与所经历的过程无关(C) 在物体内, 若单位体积内所含热量越多, 则其温度越高(D) 以上说法都不对 [ ]3. 有关热量, 下列说法中正确的是(A) 热是一种物质(B) 热能是物质系统的状态参量(C) 热量是表征物质系统固有属性的物理量(D) 热传递是改变物质系统内能的一种形式 [ ]4. 关于功的下列各说法中, 错误的是(A) 功是能量变化的一种量度(B) 功是描写系统与外界相互作用的物理量(C) 气体从一个状态到另一个状态, 经历的过程不同, 则对外做的功也不一样(D) 系统具有的能量等于系统对外做的功 [ ]5. 1mol 理想气体从初态(T 1, p 1, V 1 )等温压缩到体积V 2, 外界对气体所做的功为(A) 121ln V V RT (B) 211ln V V RT (C) )(121V V p - (D) 1122V p V p - [ ]6. 物质的量相内能同的两种理想气体, 一种是单原子分子气体, 另一种是双原子分子气体, 从同一状态开始经等体升压到原来压强的两倍．在此过程中, 两气体(A) 从外界吸热和内能的增量均相同(B) 从外界吸热和内能的增量均不相同(C) 从外界吸热相同, 内能的增量不相同(D) 从外界吸热不同,的增量相同 [ ]7. 理想气体由初状态( p 1, V 1, T 1）绝热膨胀到末状态( p 2, V 2, T 2)，对外做的功为(A) )(12T T C M m V - (B) )(12T T C Mm p - (C) )(12T T C M m V -- (D) )(12T T C Mm p -- [ ] 8. 提高实际热机的效率, 下面几种设想中不可行的是(A) 采用摩尔热容量较大的气体作工作物质(B) 提高高温热源的温度(C) 使循环尽量接近卡诺循环(D) 力求减少热损失、摩擦等不可逆因素 [ ]9. 关于热运动规律，下列说法中唯一正确的是(A) 任何热机的效率均可表示为W Q η=吸(B) 任何可逆热机的效率均可表示为高低T T -=1η (C) 一条等温线与一条绝热线可以相交两次(D) 两条绝热线与一条等温线可以构成一个循环 [ ]10. 一台工作于温度分别为327℃和27℃的高温热源与低温热源之间的卡诺热机，每经历 一个循环吸热2 000 J ，则对外作功(A)2 000 J (B)1 000 J （C ）4 000 J (D)400 J [ ]二、填空题1.不等量的氢气和氦气从相同的初态作等压膨胀, 体积变为原来的两倍．在这过程中, 氢气和氦气对外做的功之比为 ．2. 1mol 的单原子分子理想气体, 在1atm 的恒定压力下从273K 加热到373K, 气体的内能改变了 ．3. 两个相同的容器, 一个装氢气, 一个装氦气(均视为刚性分子理想气体)，开始时它们的压强和温度都相等．现将6 J 热量传给氦气, 使之温度升高．若使氢气也升高同样的温度, 则应向氢气传递的热量为 ．4. 一卡诺机(可逆的)，低温热源的温度为C 27 ，热机效率为40%，其高温热源温度为 K ．今欲将该热机效率提高到50%，若低温热源保持不变，则高温热源的温度应增加 K ．5. 一定量的理想气体，从A 状态),2(11V p 经历如图1所示的直线过程变到B 状态)2,(11V p ，则AB 过程中系统做功___________, 内能改变△E ＝_________________．6. 一定量理想气体，从同一状态开始使其体积由V 1膨胀到2V 1，分别经历以下三种过程：(1) 等压过程；(2) 等温过程；(3) 绝热过程．其中：__________过程气体对外做功最多；____________过程气体内能增加最多；__________过程气体吸收的热量最多．7. 如图2所示，已知图中两部分的面积分别为S 1和S 2．(1) 如果气体的膨胀过程为a →1→b ，则气体对外做功W ＝________；2p 11 图1图2如果气体进行a →1→b →2→a 的循环过程，则它对外做功W ＝____．8. 将热量Q 传给一定量的理想气体，(1) 若气体的体积不变，则其热量转化为 ；(2) 若气体的温度不变，则其热量转化为 ；(3) 若气体的压强不变，则其热量转化为 ．三、计算题1. 气缸内贮有2.0mol 的空气，温度为27℃，若维持压强不变，而使空气的体积膨胀到原体积的3倍，求空气膨胀时所作的功．2. 一定量的空气，吸收了1.71×103J 的热量，并保持在1.0×105 Pa 下膨胀，体积从1.0×10-2 m 3增加到1.5×10-2 m 3，问空气对外作了多少功?它的内能改变了多少?3 . 0.1kg 的水蒸气自120℃加热升温至140℃。

问：（1）在等体过程中；（2）在等压过程中，各吸收了多少热量?根据实验测定，已知水蒸气的摩尔定压热容,36.21J /(mol K)P m C =⋅，摩尔定容热容K)mol /(J 82.27,⋅=m V C 。

4. 一压强为1.0×105 Pa ，体积为1.0×10-3 m 3的氧气自0℃加热到100℃，问：（1）当压强不变时，需要多少热量?当体积不变时，需要多少热量?（2）在等压或等体过程中各作了多少功?5. 空气由压强为1.52×105 Pa ，体积为5.0×10-3 m 3，等温膨胀到压强为1.01×105 Pa ，然后再经等压压缩到原来的体积，试计算空气所作的功？6. 比热容比=γ 1.40的理想气体，进行如图3所示的abca 循环，状态a 的温度为300 K ．(1) 求状态b 、c 的温度； (2) 计算各过程中气体所吸收的热量、气体所做的功 和气体内能的增量; (3) 循环效率．7. 某种单原子分子的理想气体作卡诺循环，已知循环效率%20=η，试问气体在绝热膨胀时，气体体积增大到原来的几倍?)3图3第10章 热力学基础答案一、选择题1.[C];(2)[A ];3[ D ];4.[ D ];5.[B];6.[ B ];7.[C ];8.[A ].;9.[A ];10.[ D ]。

.二、填空题1. 1:1 ;2. 1247 J ;3. 10 J;4. 500, 100;5. 0,2311V p A =;6. 0,2311V p A =; 7.等压，等压，等压；8. 12,S S - ；9. (1) 气体内能；(2) 气体对外做功；(3) 内能和对外做功。

三、计算题1. 解 本题是等压膨胀过程，气体作功)(d 1221V V p V p W V V -==⎰ 根据物态方程pV nRT =，气缸内气体的压强11/V nRT p =则作功为32112111()()/29.9710J W p V V nRT V V V nRT =-=-==⨯2. 解 由于气体作等压膨胀，气体对外作功可由2121d ()V V W p V p V V ==-⎰ 得J 100.5)(212⨯=-=V V p W取该空气为系统，根据热力学第一定律Q E W =∆+可确定其内能的改变为J 1021.13⨯=-=∆W Q E3. 解 （1）由热力学第一定律，在等体过程中T C E E W Q m V V ∆=∆=∆+=,ν所以J 101.3)(312,⨯=-=∆=T T C Mm E Q m V V （2）在等压过程中，吸收的热量为 3,21d () 4.010J p P m m Q p V E C T T M =+∆=-=⨯⎰ 4.解 氧气的摩尔数为2111() 4.4110molm M pV RT ν-===⨯ 查表知氧气的定压摩尔热容K)mol /(J 44.2927,⋅==R C m p ，定体摩尔热容K)mol /(J 12.2125,⋅==R C m V（1） 求V p Q Q ,等压过程氧气(系统)吸热 ,21d ()128.1J p P m Q p V E C T T ν=+∆=-=⎰ 等体过程氧气(系统)吸热 J 5.91)(12,=-=∆=T T C E Q m V V ν（2）两种方法求作功值① 利用公式⎰=V V p W d )(求解 在等压过程中，T R M m V p W d d d ==，积分得 J 6.36d d 21=∆===⎰⎰T R T R Mm W W T T ν 而在等体过程中，因气体的体积不变，故作功为0d )(==⎰V V p W② 利用热力学第一定律Q E W =∆+求解，氧气的内能变化为J 5.91)(12,=-=∆T T C Mm E m V 由于在（1）中已求出V p Q Q ,，则由热力学第一定律可得在等压、等体过程中所作的功分别为J 6.36=∆-=E Q W p p ， 0=∆-=E Q W V V5. 解 空气在等温膨胀过程中所作的功为)ln()ln(2111121p p V p V V RT Mm W T == 空气在等压压缩过程中所作的功为)(d 212V V p V p W p -==⎰利用等温过程关系2211V p V p =，则空气在整个过程中所作的功为J 7.55)ln(11122111=-+=+=V p V p p p V p W W W p T6. 解：(1) c →a 等体过程有 cc a a T p T p =所以 75)(==a c a c p p T T K b →c 等压过程有 cc a b T V T V = 所以 225)(==cb c b V V T T K (2) 气体的物质的量为 mol 321.0===aa a RT V p M m ν 由 40.1=γ 可知气体为双原子分子气体，故R C V 25= R C p 27= c →a 等体吸热过程 0ca W = J 1500)(=-=∆=c a V ca ca T T C E Q νb →c 等压压缩过程 ()400J bc b c b W p V V =-=-J 1000)(-=-=∆b c V bc T T C E ν1400J bc bc bc Q E W =∆+=-整个循环过程0=∆E ，循环过程净吸热为1()()600J 2a cbc Q W p p V V ==--= a →b 过程净吸热 ca bc ab Q Q Q Q --=J 500J1500J )1400(J 600=---=(3) 0>ab Q 为净吸热，a →b 过程经历了升温、降温过程，设温度转折点为x , a →b 过程)d d (2d 2d p V V p i T R i M m E +==, d d W p V = 由热力学第一定律2d d d d d 22i i Q E W p V V p +=+=+ ab 直线方程为 43006100-=--V p → V p d 75d -= 于是有 V V Q d )1925450(d +-=令0d =Q 解得3m 28.4=x V ，即a →x 吸热，x →b 放热J 4.1167d )1925450(d 28.4228.42=+-==⎰⎰V V Q Q ax%5.224.11761500600≈+=+=ax ca Q Q W 净η3/m7. 解：由绝热方程 132121--=γγV T V T 得112123)(-=γT T V V (1) 由卡诺循环效率 121T T -=η得 η-=1121T T 所以 1123)11(--=γηV V (2) 单原子理想气体 2522=+=i γ已知 2.0=η，将γ、η值代入(2)式得4.123≈V V。