发布时间 : 星期四 文章工程热力学（严家騄）课后答案更新完毕开始阅读916eb1d7cfc789eb162dc86e
因此焓是状态参数。
而对于能量方程来说，其循环积分：
??q??du??pdv
虽然： ?du?0 但是： ?pdv?0 所以： ??q?0 因此热量q不是状态参数。
4. 用隔板将绝热刚性容器分成A、B两部分（图2-13），A部分装有1 kg气体，B部分为高度真空。将隔板抽去后，气体热力学能是否会发生变化？能不能用 ?q?du?pdv 来分析这一过程？
答：这是一个有摩擦的自由膨胀过程，相应的第
一定律表达式为?q?du?dw。又因为容器为绝
热、刚性，所以?q?0，?w?0，因而du?0， 即u2?u1，所以气体的热力学能在在膨胀前后没有
变化。 如果用 ?q?du?pdv 来分析这一过程，因为
A B 图 2-13
，又因为是膨胀过程?q?0，必有du??pdvdv?0，所以du?0，即u2?u1这与前面的分析得出的u2?u1矛盾，得出这一错误结论的原因是自由膨胀是自由膨胀是一个非平衡过程，不能采用?q?du?pdv这个式子来进行分析，否则将要得到错误的结论。
5. 说明下列论断是否正确：
(1) 气体吸热后一定膨胀，热力学能一定增加； (2) 气体膨胀时一定对外作功； (3) 气体压缩时一定消耗外功。
答：(1)不正确：由?q?du?pdv可知，当气体吸热全部变成对外作出的膨胀功时，热力学能就不增加，即当?q?pdv时，du?0；又当气体吸热全
部用来增加其热力学能时，即当?q?du时，气体也不膨胀，因为此时，pdv?0，而P?0，所以dv?0。
(2)不正确：上题4就是气体膨胀而不对外做功的实例。
(3)正确：无摩擦时 ?w?pdv，P?0，压缩时dv?0，故?w?0消耗外功；有摩擦时，?w?pdv，P?0，压缩时dv?0，故?w?0消耗更多
的外功。所以无论有无摩擦，也不论是否吸热或放热，气体压缩时一定消耗外功的。
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习 题
2-1 冬季，工厂某车间要使室内维持一适宜温度。在这一温度下，透过墙壁和玻璃窗等处，室内向室外每小时传出 0.7?106 kcal的热量。车间各工作机器消耗的动力为 500PS?（认为机器工作时将全部动力转变为热能）。另外，室内经常点着 50盏 100 W的电灯。要使这个车间的温度维持不变，问每小时需供给多少kJ的热量（单位换算关系可查阅附表10和附表11）？ [解] ： 为了维持车间里温度不变，必须满足能量平衡即
?Q出??Q进
所以有 ?Q散因而
????Q动?Q电灯?Q加入
???Q加入??Q散?Q动?Q电灯?(0.7?106?500?632.415?50?0.1?859.854)?4.1868 ?1.5889?106kJ/h
*此题目的练习能量平衡概念及有关能量单位的换算。
2-2 某机器运转时，由于润滑不良产生摩擦热，使质量为 150 kg的钢制机体在 30 min内温度升高 50 ℃。试计算摩擦引起的功率损失(已知每千克钢每升高 1 ℃需热量 0.461 kJ)。
[解] ： 摩擦引起的功率损失就等于摩擦热，故有
????P?Q摩擦?C钢m?t?0.461?150?50/(30?60) ?1.9208kJ/s?1.9208kW*此题目的练习能量平衡
2-3 气体在某一过程中吸入热量 12 kJ，同时热力学能增加 20 kJ。问此过程是膨胀过程还是压缩过程？对外所作的功是多少（不考虑摩擦）？ [解] ： 由闭口系能量方程： Q??U?W 又不考虑摩擦，故有 Q??U??12Pdv
所以 ?1Pdv?Q??U?12?20??8kW ? PS为公制马力的符号，1 PS = 75 kgf?m/s。
??2- 6 -
因为 P?0 所以 dV?0
因此，这一过程是压缩过程，外界需消耗功8 kW。
2-4 有一闭口系，从状态1经过a变化到状态2（图2-14）；又从状态2经过b回到状态1；再从状态1经过c变化到状态2。在这三个过程中，热量和功的某些值已知（如下表中所列数值），某些值未知（表中空白）。试确定这些未知值。
过 程 1-a-2 2-b-1 1-c-2 热量Q / kJ 10 ?7 （11） 膨胀功W / kJ （7） ?4 8
[解] ： 关键在于确定过程 1－2的热力学能变化，再根据热力y学能变化的绝对值不随过程而变，对三个过程而言是相同的，所不同的只是符号有正、负之差，进而则逐过程所缺值可求。 1根据闭口系能量方程的积分形式：
Q??U?W
c2—b—1： ?U?Q?W??7?(?4)??3kJ
1—a—2： W?Q??U?10?3?7kJ 1—c—2： Q??U?W?3?8?11kJ 将所得各值填入上表空中即可
※ 此题可以看出几点： 图 2
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ba2x1、不同热力过程，闭口系的热量 Q 和功 W 是不同的，说明热量与功是与过程
有关的物理量。 2、 热力学能是不随过程变化的，只与热力状态有关。
2-5 绝热封闭的气缸中贮有不可压缩的液体 0.002 m3，通过活塞使液体的压力从 0.2 MPa提高到 4 MPa（图2-15）。试求： (1) 外界对流体所作的功；
P (2) 液体热力学能的变化；
(3) 液体焓的变化。
[解] ：
(1)由于液体是不可压缩的，所以外界对流体所作的功为零： W = 0 V=常数 (2)由闭口系能量方程：Q ＝ΔU + W 因为绝热， Q ＝ 0
图2-15
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又不作功 W = 0
所以 ΔU = 0 即液体的热力学内能没有变化。
(3)虽然液体热力学能未变，但是由于其压力提高了，而容积不变，所以焓增加了 （
?H??U??(PV)?0?0.002(4?0.2)?106?7.6 kJ
2-6 同上题，如果认为液体是从压力为 0.2 MPa的低压管道进入气缸，经提高压力后排向 4 MPa的高压管道，这时外界消耗的功以及液体的热力学能和焓的变化如何？
[答案]：Wt ＝ －7.6 kJ 外界消耗功 ΔU = 0 ΔH = 7.6 kJ
2-7 已知汽轮机中蒸汽的流量qm=40 t/h；汽轮机进口蒸汽焓 h1= 3 442 kJ/kg；出口蒸汽焓h2=2 448 kJ/kg，试计算汽轮机的功率（不考虑汽轮机的散热以及进、出口气流的动能差和位能差）。
如果考虑到汽轮机每小时散失热量 0.5?106 kJ，进口流速为 70 m/s，出口流速为 120 m/s，进口比出口高 1.6 m，那么汽轮机的功率又是多少？ [解] ：
1）不考虑汽轮机散热以及进出口气流的动能差和位能差时，如右下图 因为 q?0, ?C2/2?0, ?zg?0
根据开口系稳定流动的能量方程，(2-11)式，汽轮机对外作的功等于蒸汽经过汽轮机后的焓降：
Wsh???h?h1?h2?3442?2448?994kJ/kg 汽轮机功率 P?Wsh?m?994?40?103/3600?11044.44kW
2）考虑汽轮机散热以及进出口气流的动能和位能差时，
5?105每kg蒸汽的散热量 q????12.5kJ/kg 340?10mQ散??mh1c1z1Q散TWsh=?P=?根据(2-11)式有： ?q??h??C??zg?Wsh
22蒸汽作功 Wsh?h1?h2?q?1(C2?C12)?(z1?z2)g
2h2m2Wsh?3442?2448?(1202?702)/(2?103)?1.6?9.81/103?12.5?976.76kJ/kg
功率 P?Wsh?m?976.76?40?103/3600?10852.95kW
各种损失及所占比例：
汽轮机散热损失： 12.5kJ/kg 占 12.5/994?1.26%
?Wsh=?P=?- 8 -