习题讲解热工基础.ppt

2020/5/20,1,第一章习题讲解,2020/5/20,2,例1：试说明平衡状态与稳定状态的关系。铜棒的一端与高温热源接触，另一端与低温热源接触，经历一段时间后，铜棒内各截面的温度不再随时间变化，试问铜棒是否处于平衡态？,2020/5/20,3,例1：试说明平衡状态与稳定状态的关系。铜棒的一端与高温热源接触，另一端与低温热源接触，经历一段时间后，铜棒内各截面的温度不再随时间变化，试问铜棒是否处于平衡态？答：（1）稳定状态是指状态参数不随时间改变，但这种不变可能是靠外界影响来维持的。平衡状态是指不受外界影响时状态参数不随时间变化。两者既有区别，又有联系，平衡必稳定，稳定未必平衡。（2）取铜棒为封闭系统，铜棒内各截面温度虽不随时间变化，即铜棒达到了稳定状态，但受到高温热源与低温热源的外部作用，铜棒内各截面的温度不等，所以并没有处于平衡状态。如果高温热源与低温热源均为有限热源，则最终两热源温度相等，铜棒内各截面的温度必定要随时间发生变化，直到温度均匀为止。此时，铜棒处于平衡状态。,2020/5/20,4,例2：判断下列过程是否可逆过程，并简要说明理由：对刚性容器内的水加热，使其在恒温下蒸发；对刚性容器内的水做功，使其在恒温下蒸发；对刚性容器内的空气缓慢加热，使其从50升温到75；100的蒸汽流与25的水流绝热混合；一定质量的空气在无摩擦、不导热的气缸中被活塞缓慢压缩。,2020/5/20,5,例2：判断下列过程是否可逆过程，并简要说明理由：对刚性容器内的水加热，使其在恒温下蒸发；对刚性容器内的水做功，使其在恒温下蒸发；对刚性容器内的空气缓慢加热，使其从50升温到75；100的蒸汽流与25的水流绝热混合；一定质量的空气在无摩擦、不导热的气缸中被活塞缓慢压缩。答：（1）若热源温度与水温相等（或温差无限小），是可逆过程；若二者不等，则存在“温差传热”这一不可逆因素，便是不可逆过程。（2）对刚性容器内的水做功，只能是搅拌功，则有粘性摩擦阻力的耗散效应存在，因而是不可逆过程。（3）若热源温度与空气温度随时相等或随时保持无限小的温差，是可逆过程；否则，存在“温差传热”这一不可逆因素，便是不可逆过程。（4）高温的蒸汽流与低温的水流绝热混合，显然二者之间存在“温差传热”这一不可逆因素，是不可逆过程。（5）缓慢压缩意味着外压与气体压力时刻保持相等，是可逆过程。,2020/5/20,6,例3：试说明可逆过程与准静态过程的区别与联系。系统经历了不可逆过程后，能否恢复到初始状态？,2020/5/20,7,例3：试说明可逆过程与准静态过程的区别与联系。系统经历了不可逆过程后，能否恢复到初始状态？答：（1）两者均要求由一系列连续的瞬时平衡状态组成，都可以通过状态参数坐标图上的线函数表示；准静态过程只要求系统内部的状态变化要时刻保持平衡状态，不涉及系统外部的变化；可逆过程则不仅要求系统内部的变化必须是可逆的，还要求系统与外界发生作用时也是可逆的，即系统内部和外部必须都是可逆的。可逆过程必须是准静态过程，而准静态过程不一定是可逆过程。（2）能。只是必须在环境留下痕迹。,2020/5/20,8,例4：状态参数具有什么特征？系统的状态变了，是否所有状态参数都必须改变？,2020/5/20,9,例4：状态参数具有什么特征？系统的状态变了，是否所有状态参数都必须改变？答：（1）状态参数的特征是：状态一定，状态参数的数值也随之确定；当系统的状态发生变化时，状态参数的变化量仅与初始、终了状态有关，而与变化所经历的途径无关；系统经循环过程复原时，状态参数的变化量为零。（2）当系统的状态变化时，必然有状态参数发生变化，但并不是所有的状态参数都必须改变。例如系统沿着定压线变化时，虽然状态变化了，但状态参数压力没有变化。,2020/5/20,10,例5：某刚性容器被一个刚性壁分成、两部分。在容器的不同部位装有压力计，如图所示。设大气压力为98kPa。若压力表B和C的读数分别为75kPa和0.11MPa，问压力表A的读数是多少？容器两部分的工质绝对压力为多少？若表C为真空表，读数为24kPa，压力表B的读数为36kPa，试问如果表A有读数，则表A是什么表？其计数为多少？,2020/5/20,11,例5：某刚性容器被一刚性壁分成、两部分。在容器的不同部位装有压力计，如图所示。设大气压力为98kPa。若压力表B和C的读数分别为75kPa和0.11MPa，问压力表A的读数是多少？容器两部分的工质绝对压力为多少？若表C为真空表，读数为24kPa，压力表B的读数为36kPa，试问如果表A有读数，则表A是什么表？其计数为多少？解：(1)p=pb+pg,C=98+0.11103=208(kPa)又p=p+pg,B则p=ppg,B=20875=133(kPa)由p=pb+pg,A得pg,A=ppb=13398=35(kPa)(2)由表B为压力表知，pp；又由表C为真空表知，ppb。从而有：pbpp若表A有读数，则A表一定是真空表，有p=pbpv,C=p+pg,B=(pbpv,A)+pg,B则：pv,A=pg,B+pv,C=36+24=60(kPa),2020/5/20,12,分析讨论：（1）在工程实际中，无论是用压力表还是真空表，测得的都是工质的绝对压力与环境压力之差，而不是工质的真实压力；（2）在计算绝对压力时所用的环境压力并非一定是大气压力。此环境压力是指测压差仪表所处的空间压力，既可以是大气压力pb，如本题中表A、C所处的空间压力，也可以是某个空间的压力，如本题中的表B，其环境压力为p。,2020/5/20,13,例6：一热力系统发生状态变化，压力随体积的变化关系为pV1.3=常数。若热力系统的初态为p1=600kPa、V1=0.3m3，问当系统体积膨胀至V2=0.5m3时对外作功为多少？,2020/5/20,14,例6：一热力系统发生状态变化，压力随体积的变化关系为pV1.3=常数。若热力系统的初态为p1=600kPa、V1=0.3m3，问当系统体积膨胀至V2=0.5m3时对外作功为多少？解：设n=1.3，由pV1.3=常数C，可知：pVn=p1V1n=p2V2n=C可算得p2为：对外所作的膨胀功W为：,（kPa）,（J）,