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工程热力学第三章热力学第一定律作业

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第3章 热力学第一定律讲解

第3章 热力学第一定律讲解

A
B
解
mA

PAVA RTA

686 2.5 0.287 353
16.91kg
mB

PBVB RTB

980 1 0.287 303
11.26kg
m mA mB 28.17kg
V VA VB 3.5m3
W 0
Q U mcvT2 (mAcvTA mBcvTB )
c12

gz1)

Ws


m2
(h2

1 2
c22

gz2
)

dE CV
整理得
Q
m2 (h2

1 2
c22
gz2 ) m1(h1
1 2
c12

gz1
)

dE CV
Ws
使用范围：
开口系统与闭口系统 稳定与非稳定流动 可逆与不可逆过程
二、应用
无限大的容器（或管网）给有限大的容器充气问题
①分子动能：平动动能、转动动能、振动 动能，由系统的温度决定。
②分子位能：分子间的作用力，由气体 的比容决定。 对于理想气体，分子间无作用力，故u=f(T)。
2、外储存能 ①系统的宏观动能
E 1 mc2 k2
②系统的重力位能（相对系统外某一坐标系而言）
E mgz p
对于理想气体而言,系统的储存能为：
了储存能之外，还得到了流动功。同样，流出控制体时，除
输出了储存能之外，还输出了流动功。因此，质量为m1的工 质工质流入控制体传递给系统的能量为：
U1

1 2
m1c12

工程热力学习题(1)

工程热力学习题(1)

3.门窗紧闭的房间内有一台电冰箱正在 运行，若敞开冰箱的大门就有一股凉气 扑面，感到凉爽。于是有人想通过敞开 冰箱大门达到降低室内温度的目的，请 问这种方法可行吗？在门窗紧闭的房间 内安装空调后能使房间温度降低，这又 是为什么呢？
答：门窗紧闭的房间视为与外界没有热 量交换，可看作是绝热闭口系。当系统 内部电冰箱运转时，有电功输入系统， 即W为负值。因此按照闭口系能量方程 有：
0UW
因此，△U为正值，即温度升高，不能 达到降温的目的。
房间内安装空调器后，虽然门窗仍然紧
闭，但是由于空调器安装在窗上，通过 边界向大气环境散热，此时的房间不再 是绝热的，而是向外界放热，所以Q为负 值。室内空调器仍旧有电功W输入系统， W为负值。
由闭口系能量方程:
QUW UQW
由于Q的绝对值大于W的绝对值，所以 △U＜0，即空气温度降低。
方程Q=△U+W，这里Q=0，W=0，
所以△U=0。即：
UAUB0
m A c V T T A m B c V T T B 0
p R AV A A TTTAp R BV B B TTTB0
TTATBpAV pA AV TB A ppB BV VB BTA
p mR m T A m B R T p A V A p B V B
答：由热力学第一定律：Q=△U+w,因为 刚性容器绝热，所以Q=0，空气自由膨 胀不作功，即w=0，因此，△U=0，即空 气的热力学能保持不变。
若隔板上开有一个小孔，取B为热力系 2 f2 g2 zm ou th 1 c 2 2 f1 g1 z m in W i
(3)第一种情况是不可逆过程，所以从初 态变化到终态不能在p-v图上表示；第二 种情况是准平衡过程，所以可以用实线 在p-v图上表示。

工程热力学-第三章热力学第一定律-稳定流动能量方程的应用

工程热力学-第三章热力学第一定律-稳定流动能量方程的应用

qm1h1 qm2h2 qm3h3
THANK YOU
,
q

内部贮能增量 0
wC wt h2 h1 q
02
2.3 换热器（heat exchanger）
流入：
qm1

h1

1 2
cf21

gz1


qm2

h3

1 2
cf23

gz3

流出：
qm1

h2

1 2
cf22

gz2


qm2

h4
若忽略位能差
h1

h2

1 2
(cf22
cf21)
02
2.7 混合
qm1、h1
qm2、h2 qm3、h3
流入：
qm1

h1

1 2
cf21

gz1


qm2

h3

1 2
cf23

gz3

流出：
qm3

h3

1 2
cf23

gz3

内增： 0 忽略动能差、位能差
第三章 热力学第一定律 之
稳定流动能量方程 的应用
CONTENTS
01. 常见设备及过程 02. 应用分析
01. 常见设备及过程
01
常见设备及过程
1.蒸汽轮机、气轮机 2.压气机，水泵类 3.换热器（锅炉、加热器等） 4. 管内流动 5. 绝热节流 6. 喷管 7. 混合
02. 应用分析

工程热力学习题解答-3

工程热力学习题解答-3

氢气的表压力由
mH 2 =
PH 2 V RH 2 T
=
( Pg + B)
可得
Pg =
V
−B=
课 后
3-4 汽油发动机吸入空气和汽油蒸气的混合物，其压力为 0.095 MPa。混合物 中汽油的质量分数为 6%，汽油的摩尔质量为 114 g/mol。试求混合气体的平均 摩尔质量、气体常数及汽油蒸气的分压力。 [解]： 由混合气体平均分子量公式（3-20）式可得：
案
网
ww w.
γ 0 −1 ⎡ ⎤ ⎛ p2 ⎞ γ 0 ⎥ γ0 ⎢ q = ∆h ; wt = − ∆h ; wt = RgT1 1 − ⎜ ⎟ ⎢ ⎝p⎠ ⎥ 各适用于什么工质、什么过程？ γ 0 −1 1 ⎢ ⎥ ⎣ ⎦
P↑
V↑
kh da
P↓ V↓ q
而 这便是二者的联系，若无摩擦 δ q = du + Pdv = Tds ，再绝热 δ q = 0 ，那么 Tds = 0 ，
dp = 0 , Wtp = 0 ，所以有 q p = ∆h 。而不作技术功的过程，不管有无摩擦，其热量却
总等于焓的变化，由热力学第一定律的能量方程， δ q = dh + δ Wt 可知当 δ Wt = 0 时
δ q = dh 即 q = ∆h 。
课 后Leabharlann 定压过程与不作技术功的过程的联系在于当无摩擦时，二者就是完全一致
P汽油蒸汽 = γ × Pmix =
3-5
50 kg废气和 75 kg空气混合。已知：
wCO 2 = 14% ， wO 2 = 6% ， wH 2 O = 5% ， wN 2 = 75% wO 2 = 23.2% ， wN 2 = 76.8%

工程热力学第3章习题答案

工程热力学第3章习题答案

= 6.874×105 Pa
系统热力学能变化量 ∆U = 0
( ) ( ) 系统焓变化量 ∆H = ∆H A + ∆H B = nACp,m,A T2 − TA1 + nBCp,m,B T2 − TB1 = 0
混合后氧气和氮气的分压力分别为：
pA2
= xA p2
可得
p1V1 p0V0
1.01325×105 × 20000 ×10
=
273.15 +150 273.15
，得
V1
= 87.204m3/s
3600
由
π 4
D2
×c
= V1 ，可得烟囱出口处的内径
D
=
3.725m
3-4 一封闭的刚性容器内贮有某种理想气体，开始时容器的真空度为 60kPa，温度 t1=100 ℃，问需将气体冷却到什么温度，才可能使其真空度变为 90kPa。已知当地大气压保持为 pb=0.1MPa。
× (273.15
+
20)
，得比体积
v
=
0.0561m3/kg
1.5 ×106
×V
=
3×
8.3145 28.97 ×10−3
× (273.15 + 20) ，得体积为V
=
0.168m3
或V = mv = 3× 0.0561 = 0.168m3
3-2 在煤气表上读得煤气的消耗量为 600m3。若在煤气消耗其间，煤气表压力平均值为 0.5 kPa，温度平均为 18℃，当地大气压力为=0.1MPa。设煤气可以按理想气体处理。试计算：
冲气前储气箱空气质量为 m1
=
p1V1 RgT1
=
0.1×106 ×10 287 × 293.15

工程热力学与传热学3)热力学第一定律

工程热力学与传热学3)热力学第一定律

工质的总储存能E（简称总能）= 内部储存能+外部储存能=热力学能+宏观运动 动能+位能
E =U+Ek+Ep
内部储存能 外部储存能
（3.1）
• •
dE=dU+dEk+dEp ΔE=ΔU+ΔEk+ΔEp
（3.2） （3.3）
E =U+Ek+Ep
Ek=(mcf2)/2 Ep=mgz （3.4）
1 2 E U mcf mgz 2
例题3.2附图
（1）首先计算状态1及2的参数：
p1=p0+F1/A=771×133.32+195×9.81/0.01=2.941×105 (Pa) V1=h×A=0.1×0.01=10-3 (m2) p2=p0+F2/A=771×133.32+95×9.81/0.01=1.960×105 (Pa)
3.3.2 功量
功源的不同形式
电功 磁功 机械拉伸功 弹性变形功 表面张力功 膨胀功 轴功

（1）膨胀功（容积功） 与系统的界面移动有关 • 定义：热力系统在压力差作用下因工质容 积发生变化而传递的机械功。
• 热量转换为功量→工质容积发生膨胀→产 生膨胀功 • 闭口系统膨胀功：通过热力系统边界传递 开口系统膨胀功：通过其他形式传递
• 热力学第一定律解析式：热力学第一定律 应用于闭口系统而得的能量方程式，是最 基本的能量方程式 • Q = ∆U + W
一部分用于增加 工质的热力学能 储存于工质内部
一部分以作功的方 式传递至环境
• 热力学第一定律解析式的微分形式： • • • δQ＝dU+δW （3.10） • 对于1kg工质： q＝Δu+w δq＝du+δw （3.11） （3.12）

工程热力学第三章热力学第一定律作业

工程热力学第三章热力学第一定律作业

第3章 热力学第一定律3-1 一辆汽车 1 小时消耗汽油 34.1 升，已知汽油发热量为 44000kJ/kg ，汽油密度 0.75g/cm3 。

测得该车通过车轮出的功率为 64kW ，试求汽车通过排气，水箱散热等各种途径所放出的热量。

解： 汽油总发热量Q = 34.1×10-3m3 ×750kg/m3 ×44000kJ/kg =1125300kJ汽车散发热量Qout = Q-W ×3600 = (1125300-64×3600)kJ/h = 894900kJ/h3-2 气体某一过程中吸收了 50J 的热量，同时，热力学能增加 84J ，问此过程是膨胀过程还是压缩过程？对外作功是多少 J ？解 取气体为系统，据闭口系能量方程式 Q = ΔU +WW = Q -ΔU = 50J -84J = -34J所以过程是压缩过程，外界对气体作功 34J 。

3-3 1kg 氧气置于图 3-1 所示气缸内，缸壁能充分导热，且活塞与缸壁无磨擦。

初始时氧气压力为 0.5MPa ，温度为 27℃，若气缸长度 2l ，活塞质量为 10kg 。

试计算拔除钉后，活塞可能达到最大速度。

解：由于可逆过程对外界作功最大，故按可逆定温膨胀计算：w = RgT ln V2/ V1 = 0.26kJ/(kg •K)×(273.15+ 27)K图3-1 图3-2×ln（A×2h）/ （A×h）= 54.09kJ/kgW =W0 + m'/2*Δc 2 = p0(V2 -V1)+ m'/2*Δc 2 （a ）V1 =m1RgT1/ p1=1kg×260J/(kg•K)×300.15K /0.5×106Pa = 0.1561m3 V2 = 2V1 = 0.3122m3代入(a)c2 = （2×(54.09J/kg×1kg×103-0.1×106Pa×0.1561m3)/10kg）1/2= 87.7m/s3-4 有一飞机的弹射装置，如图 3-2，在气缸内装有压缩空气，初始体积为 0.28m3 ，终了体积为0.99m3，飞机的发射速度为61m/s ，活塞、连 杆和飞机的总质量为 2722kg 。

工程热力学(第五版)课后习题答案(全章节)

工程热力学(第五版)课后习题答案(全章节)

工程热力学(第五版)习题答案工程热力学（第五版）廉乐明 谭羽非等编 中国建筑工业出版社第二章 气体的热力性质2-2.已知2N 的M ＝28，求（1）2N 的气体常数；（2）标准状态下2N 的比容和密度；（3）MPa p 1.0=，500=t ℃时的摩尔容积Mv 。

解：（1）2N 的气体常数2883140==M R R ＝296.9)/(K kg J •（2）标准状态下2N 的比容和密度1013252739.296⨯==p RT v ＝0.8kg m /3v 1=ρ＝1.253/m kg（3）MPa p 1.0=，500=t ℃时的摩尔容积MvMv ＝pT R 0＝64.27kmol m/32-3．把CO2压送到容积3m3的储气罐里，起始表压力301=g p kPa ，终了表压力3.02=g p Mpa ，温度由t1＝45℃增加到t2＝70℃。

试求被压入的CO2的质量。

当地大气压B ＝101.325 kPa 。

解：热力系：储气罐。

应用理想气体状态方程。

压送前储气罐中CO2的质量1111RT v p m =压送后储气罐中CO2的质量2222RT v p m =根据题意容积体积不变；R ＝188.9Bp p g +=11 （1） Bp p g +=22（2） 27311+=t T （3） 27322+=t T（4）压入的CO2的质量)1122(21T p T p R v m m m -=-=（5）将（1）、(2)、(3)、(4)代入（5）式得 m=12.02kg2-5当外界为标准状态时，一鼓风机每小时可送300 m3的空气，如外界的温度增高到27℃，大气压降低到99.3kPa ，而鼓风机每小时的送风量仍为300 m3，问鼓风机送风量的质量改变多少？ 解：同上题1000)273325.1013003.99(287300)1122(21⨯-=-=-=T p T p R v m m m ＝41.97kg2-6 空气压缩机每分钟自外界吸入温度为15℃、压力为0.1MPa 的空气3 m3，充入容积8.5 m3的储气罐内。

工程热力学-第三章热力学第一定律-能量形式

工程热力学-第三章热力学第一定律-能量形式

Up— f 2 T , v
宏观动能 宏观位能 总能
U U (T, v)
外部储存能
02. 系统与外界交换的能量
02 容积变化功
热量
轴功
w pdv
q Tds
系统对外作功为“+” 外界对系统作功为“-”
系统吸热“+” 放热“-”
容积变化功是过程量
热量是过程量
系统通过机械轴与外界 传递的机械功符号为Ws
第三章 热力学第一定律 之
能量形式
CONTENTS
01. 系统所具有的能量 02. 系统与外界交换的能量 03. 随物质流传递的能量
01. 系统所具有的能量
01
系统所具有的能量
热ห้องสมุดไป่ตู้学能
总能
Uch
U
Unu Uth
平移动能
Uk 转动动能 振动动能
f1 T
热力学能，内部储存能
E U Ek Ep
系统输出轴功“+” 输入轴功“-”
轴功是过程量
03. 随物质流传递的能量
随物质流传递的能量 03
储存能
流动功
流动工质本身所具有的 内能、宏观动能、重力位 能，随工质流进（出）控 制体而带进（出）控制体。
E =U+mc2/2+mgz J e=u+ c2/2+gz J/Kg
系统引进或排出工质传递 的功量。
可理解为：由于工质的进出，外界与系统之
间所传递的一种机械功，表现为流动工质进 出系统使所携带和所传递的一种能量
THANK YOU
pAH pv
03 净流动功：系统维持 流动所花费的代价。
p2v2 p1v1( [ pv])

工程热力学第三章 热力学第一定律

工程热力学第三章 热力学第一定律
能量守恒原理：进入 控制体的增量－控制 体输出的能量＝控制 体中储存能的增量
进入控制体的能量Q(h11 2c12gz1)m1
离开控制体的能量W s(h21 2c2 2gz2)m 2
控制体储存能变化： dE cv(EdE )cvE cv 根据热力学第一定律建立能量方程
Q(h11 2c1 2gz1)m 1(h21 2c2 2gz2)m 2W sdEcv Q(h21 2c2 2gz2)m 2(h11 2c1 2gz1)m 1W sdEcv
可逆过程能量方程
可逆过程能量方程 以下二式仅适用可逆过程：
q du pdv
2
q u pdv 1
闭口系统能量方程反映了热功转换的实质，是热 力学第一定律的基本方程式，其热量、内能和膨 胀功三者之间的关系也适用于开口系统
二、热力学第一定律在循环过程中的应用
q12 u2 u1 w12 q23 u3 u2 w23 q34 u4 u3 w34 q41 u1 u4 w41
h g i hi i 1
n
H n H i i 1
只有当混合气体的组成成分一定时，混合气体 单位质量的焓才是温度的单值函数
第六节 稳态稳流能量方程的应用
一、动力机
利用工质在机器中膨胀获得机械功的设备
由q
(h2
h1)
1 2
(c22
c12
)
g(z2
z1)
ws
g(z2 z1) 0
1 2
(c22
pv
对 移 动 1kg工 质 进 、 出 控 制 净 流 动 功
w
＝
f
p 2 v 2－
p1v1
流动功是一种特殊的功，其数值取决于控制体进出口
界面工质的热力状态

工程热力学习题解答

工程热力学习题解答

第一章 热力学基本概念1.1 华氏温标规定，在1atm 下纯水的冰点时32°F 。

汽点是212°F （°F 是华氏温标单位的符号）。

若用摄氏温度计与华氏温度计量同一物体，有人认为这两种温度计的读数不可能出现数值相同的情况，你认为对吗？为什么？解：华氏温度与摄氏温度的换算关系1000}t {3221232}t {C F --=--︒︒32}t {5932}t {100180}t {C C F +=+=︒︒︒ 所以，此观点是错误的。

从上式可知当摄氏温度为-40℃的时候，两种温度计的读数相同。

1.2 在环境压力为1atm 下采用压力表对直径为1m 的球形刚性容器内的气体压力进行测量，其读数为500mmHg ，求容器内绝对压力（以Pa 表示）和容器外表面的（以N 表示）。

解： 1atm=101325Pa ，500mmHg=500×133.3224Pa=66661.2Pa 容器内绝对压力 P=Pe+Pb=101325Pa+66661.2Pa=167986.2Pa 222057.1211416.344A m m d =⨯⨯==π 容器外表面的压力 N 6001027.110132557.12Pb A P A F ⨯=⨯==∆=1.3 容器中的表压力Pe=600mmHg ，气压计上的水银柱高为760mm ，求容器中绝对压力（以Pa 表示）。

如果容器中绝对压力不变，而气压计上水银柱高度为755mm ，求此时压力表上的读数（以Pa 表示）是多少？解： 容器中绝对压力 P=Pe+Pb=600mmHg ×133.3224Pa+760mmHg ×133.3224Pa=1.81×105Pa压力表上的读数 Pe=P-Pb=1.81×105Pa-755 mmHg ×133.3224Pa=8.03×104Pa1.4 用斜管压力计测量锅炉尾部烟道中的真空度（习题1.4图）管子的倾斜角α=30°，压力计中使用密度ρ=1.0×103kg/m 3的水，斜管中液柱长l =150mm 。

工程热力学-第三章作业答案

工程热力学-第三章作业答案

p1 = 2068.4kPa,V1 = 0.03m3
T1
=
p1V1 mR
=
2068.4×103 × 0.03 1× 287
= 216.2K
由题意，可知：
p2 = p1 = 2068.4kPa,T2 = 2T1 = 2× 216.2 = 432.4K
根据理想气体状态方程，可得：
V2 = T2 = 2 V1 T1
第三章作业答案
3-1 解： （1）取礼堂中的空气为热力系统，此时为闭口系 根据闭口系统能量方程
Q = ΔU +W
因为没有作功故 W=0；热量来源于人体散热；热力学能的增加等于人体散热。
ΔU = Q = 2000× 400× 20 = 2.67 ×105 KJ 60
（2）取礼堂中的空气和人为热力系统，此时为闭口绝热系 根据闭口系统能量方程
3-10
解：
（1）设风机的出口温度为 tout ，取风机为控制体，属稳定流动开口系统 由稳定流动系统能量方程：
Q
=
ΔH
+
1 2
mΔc2
+
mgΔz
+ Ws
忽略风机动能、位能的变化，可得：
Q = ΔH +Ws
由题意，可知： Q = 0,Ws = −1kW
•
即 m cp (tout − t1) −1000 = 0
系统储存能增量： uδ m
可得： dU = hinδ min − δWg
积分得： (m2u2 − m1u1) + Wg = minhin
因容器开始时为真空，则有 m1 = 0;u1 = 0; min = m2 可知： m2u2 + Wg = m2hin KK(1) Wg = pAL = p2V2 = m2RT2 KK(2)

工程热力学与传热学第三章作业参考答案

工程热力学与传热学第三章作业参考答案

“山水之乐”的具体化。3．第三段同样是写“乐”，但却是写的游人之乐，作者是如何写游人之乐的？明确：“滁人游”，前呼后应，扶老携幼，自由自在，热闹非凡；“太守宴”，溪深鱼肥，泉香酒洌，美味佳肴，应有尽有；“众宾欢”，投壶下棋，觥筹交错，说说笑笑，无拘无束。如此勾画了游人之乐。4．作者为什么要在第三段写游人之乐？明确：写滁人之游，
贯穿全篇，却有两个句子别出深意，不单单是在写乐，而是另有所指，表达出另外一种情绪，请你找出这两个句子，说说这种情绪是什么。明确：醉翁之意不在酒，在乎山水之间也。醉能同其乐，醒能述以文者，太守也。这种情绪是作者遭贬谪后的抑郁，作者并未在文中袒露胸怀，只含蓄地说：“醉能同其乐，醒能述以文者，太守也。”此句与醉翁亭的名称、“醉翁之
p50习题习题3214476p50习题习题33lnlnp50习题习题351331可逆绝热过程2自由膨胀lnln576kjkmcmr理想气体定值比热及比热比单原子双原子多原子摩尔定容比热ckjkmolk摩尔定压比热ckjkmolk比热比k16714129当计算精度要求不高或气体处于较低温度范围常采用定值比热忽略比热与温度的关系
Ws U mu mcv T1 T2 1746.3kJ
S 0
（2）自由膨胀
Ws 0 Q 0, U 0 T2 T1 340K
S

mcv
ln T2 T1
mR ln
v2 v1
5.76kJ/K
当计算精度要求不高，或气体处于较低温度 范围，常采用定值比热，忽略比热与温度的关系。 不同气体在标准状态下均为22.4m3，不同气体只 要其原子数相同则其摩尔定值比热相等。
江西)人，因吉州原属庐陵郡，因此他又以“庐陵欧阳修”自居。谥号文忠，世称欧阳文忠公。北宋政治家、文学家、史学家，与韩愈、柳宗元、王安石、苏洵、苏轼、苏辙、曾巩合称“唐宋八大家”。后人又将其与韩愈、柳宗元和苏轼合称“千古文章四大家”。

第三章 热力学第一定律

第三章 热力学第一定律

1 2 e = u + ek + e p = u + c + gz 2
系统储存能的增量为： 系统储存能的增量为：
1 2 △E = △u + m(c2 − c12 ) + mg ( z2 − z1 ) 2
第二节 系统与外界传递的能量
系统与外界传递的能量随所选系统的形式不同而异， 系统与外界传递的能量随所选系统的形式不同而异，应分别处理 一、闭口系统能量传递的形式：只有热量与功量 闭口系统能量传递的形式： 热量和功量正负的规定： 热量和功量正负的规定： 系统吸热为正； 系统吸热为正；放热为负 系统对外做功为正；系统得功为负 系统对外做功为正； 膨胀功---是热力学中最重要的概念之一， 膨胀功 是热力学中最重要的概念之一，它是热能与机械能相 是热力学中最重要的概念之一 互转换的必要途径。 互转换的必要途径。没有气体的膨胀就不能实现热能与机械能 的转化。 的转化。 在闭口系统中，膨胀功是通过系统的边界传递的， 在闭口系统中，膨胀功是通过系统的边界传递的，如活 塞连杆机构
也就是
∫ δq = ∫ δw
证明过程也进一步说明： 是状态参数 是状态参数， 证明过程也进一步说明：u是状态参数，因为循环一周 回到初态后 △u=0
证明理想气体内能变化计算式为： 例2 证明理想气体内能变化计算式为： du = cV dT 证明：设有刚性容器盛有 理想气体， 证明：设有刚性容器盛有1kg理想气体，对其加热，使其温 理想气体 对其加热， 度由T变为 度由 变为 T+dT 由定容比热定义知，气体吸收的热量为： 由定容比热定义知，气体吸收的热量为：
1 2 H + mc + mgz 2
重点
①理解熟记储存能的组成 ②开口系统随物质传递的能量的形式 ③深刻理解内能与焓的定义及状态参数 的特点（与路径无关） 的特点（与路径无关）

工程热力学第六版素材第三章 热力学第一定律

工程热力学第六版素材第三章 热力学第一定律

第三章 热力学第一定律本章要求：掌握储存能、热力学能、焓的物理意义，掌握膨胀（压缩）功、轴功、技术功、流动功的联系与区别，熟练选取热力系统，应用热力学第一定律解决具体问题。

1.基本概念热力学第一定律:能量既不能被创造，也不能被消灭，它只能从一种形式转换成另一种形式，或从一个系统转移到另一个系统，而其总量保持恒定，这一自然界普遍规律称为能量守恒与转换定律。

把这一定律应用于伴有热现象的能量和转移过程，即为热力学第一定律。

第一类永动机：不消耗任何能量而能连续不断作功的循环发动机，称为第一类永动机。

热力学能：热力系处于宏观静止状态时系统内所有微观粒子所具有的能量之和。

外储存能：也是系统储存能的一部分，取决于系统工质与外力场的相互作用（如重力位能）及以外界为参考坐标的系统宏观运动所具有的能量（宏观动能）。

这两种能量统称为外储存能。

轴功：系统通过机械轴与外界传递的机械功称为轴功。

流动功（或推动功）：当工质在流进和流出控制体界面时，后面的流体推开前面的流体而前进，这样后面的流体对前面的流体必须作推动功。

因此，流动功是为维持流体通过控制体界面而传递的机械功，它是维持流体正常流动所必须传递的能量。

焓：流动工质向流动前方传递的总能量中取决于热力状态的那部分能量。

对于流动工质，焓=内能+流动功，即焓具有能量意义；对于不流动工质，焓只是一个复合状态参数。

稳态稳流工况：工质以恒定的流量连续不断地进出系统，系统内部及界面上各点工质的状态参数和宏观运动参数都保持一定，不随时间变化，称稳态稳流工况。

技术功：在热力过程中可被直接利用来作功的能量，称为技术功。

动力机：动力机是利用工质在机器中膨胀获得机械功的设备。

压气机：消耗轴功使气体压缩以升高其压力的设备称为压气机。

节流：流体在管道内流动，遇到突然变窄的断面，由于存在阻力使流体压力降低的现象。

2.常用公式外储存能：1．宏观动能：221mc E k =2．重力位能：mgz E p =式中g —重力加速度。

工程热力学-第三章热力学第一定律-焓

工程热力学-第三章热力学第一定律-焓
第三章 热力学第一定律 之 焓
CONTENTS
01. 焓之缘起 02. 焓之表达 03. 焓之特性
01. 焓之缘起
随物质流传递的能量 01
储存能
流动功
流动工质本身所具有的 内能、宏观动能、重力位 能，随工质流进（出）控 制体而带进（出）控制体。
E =U+mc2/2+mgz J e=u+ c2/2+gz J/Kg
带的、取决于热力状态的 能量。
03. 焓之特性
03
特性
焓是状态量
H为广延参数 对流动工质，焓
H=U+pV = m(u+pv) = mh
h为比参数
代表能量(内能+ 推进功) 对静止工质，焓 不代表能量
THANK YOU
可理解为：由于工质的进出，外界与系统之
间所传递的一种机械功，表现为流动工质进 出系统使所携带和所传递的一种能量
02. 焓之表达
02
焓 e=u+ c2/2+gz+pvu+pv 单位：J（kJ） J/kg（kJ/kg）
物理意义： 属于引进或排出工质而输
入或排出系统的能量。 开口系中随工质流动而携
系统引进或排出工质传递 的功量。
pAH pv
01 净流动功：系统维持 流动所花费的代价。
p2v2 p1v1( [ pv])
流动功在p-v图上的表 示
01
对流动功的说明
1、与宏观流动有关，流动停止，流动功不存在 2、作用过程中，工质仅发生位置变化，无状态变化
3、wf＝pv与所处状态有关，是状态量 4、并非工质本身的能量（动能、位能）变化引起， 而由外界（泵与风机）做出，流动工质所携带的能量

工程热力学第三章习题参考答案

工程热力学第三章习题参考答案

第三章 热力学第一定律 习题参考答案思考题3-1门窗紧闭的房间……答：按题意，以房间（空气+冰箱）为对象，可看成绝热闭口系统，与外界无热量交换，Q=0电冰箱运转时，有电功输入，即W 为负值，按闭口系统能量方程：WU +Δ=0 或即热力学能增加，温度上升。

0>−=ΔW U 3-6 下列各式，适用于何种条件？ 答：答案列于下表公式适用条件w du q δδ+= 闭口系统，任何工质，任何过程，不论可逆与不可逆 pdv du q +=δ 闭口系统，任何工质，可逆过程 pdv dT c q v +=δ闭口系统，理想气体，可逆过程dh q =δ 闭口系统，定压过程； 或开口系统与环境无技术功交换。

vdp dT c q v −=δ开口系统，理想气体，稳态稳流，可逆过程3-10 说明以下结论是否正确： （提示：采用推理原则，否定原则） ⑴ 气体吸热后一定膨胀，热力学能一定增加。

答：错误，如等容过程吸热后不膨胀；如不是等容过程吸热后热力学能也不一定增加，当对外净输出功量大于吸热量时，则热力学能不增加。

⑵ 气体膨胀一定对外作功。

答：错误，如气体向真空膨胀则不作功，另外气体膨胀对外作膨胀功的充要条件是：气体膨胀和要有功的传递和接受机构。

⑶ 气体压缩时，一定消耗外功。

答：错误，如处于冷却过程的简单可压缩系统，则会自发收缩（相当于被压缩），并不消耗外功。

⑷ 应设法利用烟气离开锅炉时带走的热量。

答：错误不应说设法利用烟气离开锅炉时带走的热量。

因为热量是过程量，不发生则不存在。

应该说设法利用烟气离开锅炉时带走的热能（或热焓）。

习 题3-1 已知：min 202000/400===time N hkJ q 人人求：?=ΔU 解：依题意可将礼堂看作绝热系统，思路：1、如何选取系统？2、如何建立能量方程？ ⑴ 依题意，选取礼堂空气为系统，人看作环境，依热力学第一定律，建立能量方程：kJ time N q Q U W W Q U 51067.2602020004000×=××=⋅⋅==Δ∴=−=Δ人Q⑵ 如选“人+空气”作系统， 依据热力学第一定律：W Q U −=Δ0,0,0=Δ∴==U Q W Q如何解释空气温度升高：该系统包括“人+空气”两个子系统 ，人散热给空气，热力学能降低，空气吸热，能内升高，二者热力学能代数和为零。

工程热力学热力学第五版答案第三章

工程热力学热力学第五版答案第三章
带入1式化简得：T2=（kT1T2）/{T1+（kTo-T1）^(P1/P2)}=398.5K
即为：25.5摄氏度。
3-9一个储气罐从压缩空气总管充气，如图3-18所示，总管内压缩空气参数为500kPa、25℃。充气开始时。罐内压缩空气参数恒定，为50kPa、10℃。求充气终了时罐内空气的温度。设充气过程是在绝热条件下进行。
答：由题意可知：P1=500kPa，T1=（25+273）K=298K；Po=50kPa，To=（10+273）K=283K；
δm2=0，δQ=0，δWs=0，进入系统的动能位能忽略不计；
所以dE=dU=d（mu）
所以：hoδmo=（mu），2-（mu），1………1式
ho=cpTo；u2=cvT2；u1=cvT1
又因为：罐内压缩空气参数恒定，为50kPa、283K
设储气罐容积为V，则m1=（PoV/RTo一章热力学第一定律
思考题解答
3-5流动功为何出现在开口系能量方程中而不出现在闭口系统能量方程中？
答：因为闭口系统与外界无物质交换，而流动功取决于工质进出界面的热力状态，闭口系统流动功为零，所以不出现在闭口系统能量方程中。
3-8对工质加热，其温度反而降低，是否可能？
答：（这个不会分析）
习题解答

工程热力学第三版课后习题答案

工程热力学第三版课后习题答案

工程热力学第三版课后习题答案工程热力学是工程学科中的重要分支，它研究能量转化和传递的原理及其应用。

在学习过程中，课后习题是巩固知识、提高能力的重要途径。

然而，由于工程热力学的内容较为复杂，课后习题往往令人感到困惑。

为了帮助学习者更好地掌握工程热力学，下面将给出《工程热力学第三版》课后习题的答案。

第一章：基本概念和能量转化原理1. 答案略。

2. 根据能量守恒定律，系统的内能增加等于吸收的热量减去对外做功的量。

因此，ΔU = Q - W。

3. 根据能量守恒定律，系统的内能增加等于吸收的热量减去对外做功的量。

因此，ΔU = Q - W。

4. 答案略。

5. 答案略。

第二章：气体的状态方程和热力学性质1. 对于理想气体，状态方程为PV = nRT，其中P为气体的压力，V为气体的体积，n为气体的摩尔数，R为气体常数，T为气体的温度。

2. 对于理想气体，内能只与温度有关，与体积和压力无关。

3. 对于理想气体，焓的变化等于吸收的热量。

4. 对于理想气体，熵的变化等于吸收的热量除以温度。

5. 答案略。

第三章：能量转化和热力学第一定律1. 根据热力学第一定律，系统的内能增加等于吸收的热量减去对外做功的量。

因此，ΔU = Q - W。

2. 根据热力学第一定律，系统的内能增加等于吸收的热量减去对外做功的量。

因此，ΔU = Q - W。

3. 根据热力学第一定律，系统的内能增加等于吸收的热量减去对外做功的量。

因此，ΔU = Q - W。

4. 答案略。

5. 答案略。

第四章：热力学第二定律和熵1. 答案略。

2. 答案略。

3. 答案略。

4. 答案略。

5. 答案略。

通过以上对《工程热力学第三版》课后习题的答案解析，相信读者对工程热力学的相关知识有了更深入的了解。

掌握热力学的基本概念和原理，对于工程学科的学习和实践具有重要意义。

希望读者能够通过课后习题的解答，提高自己的热力学能力，并将其应用于工程实践中，为社会发展做出贡献。

经典：工程热力学第三章答案

经典：工程热力学第三章答案

（3）在 p = 0.1MPa，20℃时的比体积及千摩尔容积 因为 p = 0.1MPa = 100 kPa，T = 20℃ = 293K
pv RT
v RT 0.287 293 0.841 m3 /kg
p
100
千摩尔容积： V mv 29 0.841 24.39 m3 /kmol 。
m mA mB 120 150 270 kg/h
xA
mA m
120 270
0.444
因为气体处于标准状态，所以 p = 101.325kPa，T = 273K，又因为 p RT
RT 0.287 273 0.773 m3 /kg
p 101.325
千摩尔容积： V mv 29 0.773 222.4 m3 /kmol
1、已知某气体的分子量为29，求：（1）气体常数；（2）标准状态 下的比体积及千摩尔容积；（3）在P = 0.1MPa，20℃时的比体积及 千摩尔容积。
u cv (T2 T1) 由附表3查得空气的比定压热容：
cv 0.716 kJ/(kg K)
所以
u 0.716 (600 300) 214.8 kJ/kg
② 空气熵的变化：
因为
s
cp
ln T2 T1
R ln
p2 p1
又因为空气是定压加热的，所以
故
p1
p2
ln
p2 p1
0
s
cp
ln
T2 T1
kJ/kg
6
(3).按比热容经验公式计算 查附表2知：
cp.m 28.15 1.967 103T 4.801106T 2 1.966 109T 3
空气分子量M = 29，则
q h 600 cp.m dT
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第3章 热力学第一定律3-1 一辆汽车 1 小时消耗汽油 34.1 升，已知汽油发热量为 44000kJ/kg ，汽油密度 0.75g/cm3 。

测得该车通过车轮出的功率为 64kW ，试求汽车通过排气，水箱散热等各种途径所放出的热量。

解： 汽油总发热量Q = 34.1×10-3m3 ×750kg/m3 ×44000kJ/kg =1125300kJ汽车散发热量Qout = Q-W ×3600 = (1125300-64×3600)kJ/h = 894900kJ/h3-2 气体某一过程中吸收了 50J 的热量，同时，热力学能增加 84J ，问此过程是膨胀过程还是压缩过程？对外作功是多少 J ？解 取气体为系统，据闭口系能量方程式 Q = ΔU +WW = Q -ΔU = 50J -84J = -34J所以过程是压缩过程，外界对气体作功 34J 。

3-3 1kg 氧气置于图 3-1 所示气缸内，缸壁能充分导热，且活塞与缸壁无磨擦。

初始时氧气压力为 0.5MPa ，温度为 27℃，若气缸长度 2l ，活塞质量为 10kg 。

试计算拔除钉后，活塞可能达到最大速度。

解：由于可逆过程对外界作功最大，故按可逆定温膨胀计算：w = RgT ln V2/ V1 = 0.26kJ/(kg •K)×(273.15+ 27)K图3-1 图3-2×ln（A×2h）/ （A×h）= 54.09kJ/kgW =W0 + m'/2*Δc 2 = p0(V2 -V1)+ m'/2*Δc 2 （a ）V1 =m1RgT1/ p1=1kg×260J/(kg•K)×300.15K /0.5×106Pa = 0.1561m3 V2 = 2V1 = 0.3122m3代入(a)c2 = （2×(54.09J/kg×1kg×103-0.1×106Pa×0.1561m3)/10kg）1/2= 87.7m/s3-4 有一飞机的弹射装置，如图 3-2，在气缸内装有压缩空气，初始体积为 0.28m3 ，终了体积为0.99m3，飞机的发射速度为61m/s ，活塞、连 杆和飞机的总质量为 2722kg 。

设发射过程进行很快，压缩空气和外界间无传热现象，若不计磨擦力，求发射过程中压缩空气的热力学能变化。

解 取压缩空气为系统 Q = ΔU +W 其中 Q = 0W = p0(V2-V1) + m/2*Δc 2ΔU = -p0(V2 -V1)- m/2*Δc 2 = -0.1×106Pa×(0.99-0.28)m 3 -2722kg/2 ×(61m/s)2 =-499.3×103J = -499kJ3-5门窗紧闭的房间内有一台电冰箱正在运行,若敞开冰箱的大门就有一股凉气扑面,感到凉爽。

于是有人就想通过敞开冰箱大门达到降低室内温度的目的,你认为这种想法可行吗?解：按题意，以门窗禁闭的房间为分析对象，可看成绝热的闭口系统，与外界无热量交换，Q =0，如图3.3所示，当安置在系统内部的电冰箱运转时，将有电功输入系统，根据热力学规定：W <0，由热力学第一定律W U Q +∆=可知，0>∆U ，即系统的内能增加，也就是房间内空气的内能增加。

由于空气可视为理想气体，其内能是温度的单值函数。

内能增加温度也增加，可见此种想法不但不能达到降温目的，反而使室内温度有所升高。

若以电冰箱为系统进行分析，其工作原理如图3.1所示。

耗功W 后连同从冰室内取出的冷量0Q 一同通过散热片排放到室内，使室内温度升高。

3-6.既然敞开冰箱大门不能降温，为什么在门窗紧闭的房间内安装空调器后却能使温度降低呢?解:参看图3.4, 仍以门窗紧闭的房间为对象。

由于空调器安置在窗上，通过边界向环境大气散热,这时闭口系统并不绝热,而且向外界放热，由于Q<0，虽然空调器工作时依旧有电功W输入系统，仍然W<0，但按闭口系统Q>，所以∆U<0。

能量方程：W=∆，此时虽然Q与W都是负的,但WQU-可见室内空气内能将减少,相应地空气温度将降低。

若以空调器为系统,其工作原理如图3.2所示，耗功W连同从室内抽取的热量'Q一同排放给环境，因而室内温度将降低。

图3.43-7带有活塞运动汽缸，活塞面积为f，初容积为V1的气缸中充满压力为P1，温度为T1的理想气体，与活塞相连的弹簧，其弹性系数为K，初始时处于自然状态。

如对气体加热，压力升高到P2。

求：气体对外作功量及吸收热量。

（设气体比热C V及气体常数R为已知）。

解：取气缸中气体为系统。

外界包括大气、弹簧及热源。

（1）系统对外作功量W ：包括对弹簧作功及克服大气压力P 0作功。

设活塞移动距离为x ，由力平衡求出：初态：弹簧力F =0，P 1=P 0终态：f P Kx f P 02+= ()()K f P P K f P P x 1202-=-=对弹簧作功：200'21Kx Kxdx dx F W x x ⎰⎰===克服大气压力作功：V P fx P x F W ∆===00'''系统对外作功：'''W W W +=(2)气体吸收热量：能量方程：W U Q +∆=式中：W （已求得）()12T T mC U v -=∆ mR V p T 111=∴，mRV p T 222= ()1122V p V p RC U V -=∆∴ 而fx V V V V +=∆+=1123-8．两股流体进行绝热混合，求混合流体参数。

解：取混合段为控制体。

稳态稳流工况。

Q =0，W s =0动能、位能变化忽略不计。

能量方程：0=∆H即：()3212211h m m h m h m +=+2122113m m h m h m h ++= 若流体为定比热理想气体时：T C h p = 则：2122113m m T m T m t ++=3-9：如图3.5所示的气缸，其内充以空气。

气缸截面积A=100cm 2，活塞距底面高度H =10cm 。

活塞及其上重物的总重量G i =195kg 。

当地的大气压力p 0=771mmHg ，环境温度t 0=27℃。

若当气缸内气体与外界处于热力平衡时，把活塞重物取去100kg ，活塞将突然上升，最后重新达到热力平衡。

假定活塞和气缸壁之间无摩擦，气体可以通过气缸壁和外界充分换热，试求活塞上升的距离和气体的换热量。

图3.5解：（1）确定空气的初始状态参数p 1=1b p +1g p =A G 1=771×13.6×10-4×+100195=3kgf/cm 2 或 p 1=3×0.98665=2.942bar=294200PaV 1=AH =100×10=1000cm 3T 1=273+27=300K（2）确定取去重物后，空气的终止状态参数由于活塞无摩擦，又能充分与外界进行热交换，故当重新达到热力平衡时，气缸内的压力和温度应与外界的压力和温度相等。

则有p 2=2b p +2g p =A G 1=771×13.6×10-4×+100100195-=2kgf/cm 2 或 p 2=2×0.98665=1.961bar=196100PaT 2=273+27=300K由理想气体状态方程pV =mRT 及T 1=T 2可得150019610029420010002112===p p V V cm 3活塞上升距离ΔH =（V 2－V 1）/A=（1500－1000）/100=5cm对外作功量W 12=p 2ΔV = p 2A ΔH =196100（100×5）×10-6=98.06kJ由热力学第一定律Q=ΔU +W由于T 1=T 2，故U 1=U 2，即ΔU =0则，Q 12=W 12=98.06kJ （系统由外界吸入热量）3-10：如图3.6所示，已知气缸内气体p 1=2×105Pa ，弹簧刚度k=40kN/m ，力p 2kJ 58.29]314.0)942.0314.0[(4021)(2221212211=-+⨯⨯=-===⎰⎰L L L k kLdL dL W τ kJ 84.11118401942.04.041012502==⨯⨯⨯=∆=πL A p WW =W1+W2=29.58+11.84=41.42kJ说明：（1）由此题可看出，有时p与v的函数关系不大好确定，膨胀功可通过外部效果计算。

（2）请同学们思考，本题中若考虑活塞重，是否会影响计算结果。

思考与练习题1．物质的温度愈高，所具有的热量也愈多，对否？2．对工质加热，其温度反而降低，有否可能？3．对空气边压缩边进行冷却，如空气的放热量为1kJ，对空气的压缩功为6kJ，则此过程中空气的温度是升高，还是降低。

4．空气边吸热边膨胀，如吸热量Q=膨胀功，则空气的温度如何变化。

5．讨论下列问题：1) 气体吸热的过程是否一定是升温的过程。

2) 气体放热的过程是否一定是降温的过程。

3) 能否以气体温度的变化量来判断过程中气体是吸热还是放热。

6．试分析下列过程中气体是吸热还是放热(按理想气体可逆过程考虑)1) 压力递降的定温过程。

2) 容积递减的定压过程。

3) 压力和容积均增大两倍的过程。

7．判断下述各过程中热量和功的传递方向(取选为系统)1)用打气筒向轮胎充入空气。

轮胎、气筒壁、活塞和联结管都是绝热的,且摩擦损失忽略不计。

2) 绝热容器中的液体由初始的扰动状态进入静止状态。

3) 将盛有NH3的刚性容器，通过控制阀门与抽真空的刚性容器相联结，容器、阀门和联结管路都是绝热的。

打开控制阀门后，两个容器中的NH3处于均匀状态。

4) 将盛有水和水蒸汽的封闭的金属容器加热时，容器内的压力和温度都上升。

5) 按(4)所述，若加热量超过极限值，致使容器爆破，水和蒸汽爆散到大气中去。

6) 处于绝热气缸中的液体，当活塞慢慢地向外移动时发生膨胀。

7) 1kg 空气迅速地从大气中流入抽真空的瓶子里，可忽略空气流动中的热传递。

8．绝热容器内盛有一定量空气，外界通过叶桨轮旋转，向空气加入功1kJ ，若将空气视为理想气体，试分析1) 此过程中空气的温度如何变化。

2) 此过程中空气的熵有无变化。

如何变化。

3) 此为绝热过程,根据熵的定义式dS=dQ /T 由于dQ=0，则dS 似乎也应为零,即过程中空气的熵不变，你认为此结论对吗。

为什么。

9．冬季车间内通过墙壁和门窗向外散热量为30×106kJ/h ，车间内各种生产设备的总功率为500KW 。