合工大热工基础习题讲解 工程热力学部分

第一章 基本概念

1-1 解：

(1) (2) p pe pb 13.6 10 755 133.3pa 13.7Mpa 13.7 10 kpa

6 4

pe p pb

2.5 105 755 133.3pa 1.5bar (3) p pb pv 755 700mmHg 55mmHg 7.33kpa (4) pv pb p 755 133.3pa 0.5 105 0.5bar

1-8 一气球直径为0.3m，球内充满压力为150kpa 的空气。由于加热，气球直径可逆地增大到 0.4m.已知空气压力正比于气球直径而变化， 求该过程空气所作功。

解：设气球直径为x，则

p kx 150kPa k 500kPa / m 0.3m

0.4 3 4 500 xd ( x / 2) 3 3.43kJ

W pdV

1

2

0.3

第一章 基本概念 1-9 17.6kJ

第二章

p c

2-4 求过程a-d-b中 工质与外界交换的热量。

a

b

d v

当工质沿曲线从b返回a时，外界对系统做功 30kJ，求此过程中工质与外界交换的热量； 如果

Ua 0kJ,

Ud 40kJ

求过程a-d、d-b与外界交换的热量。

分析

本题涉及的知识点就是热一律的闭口形式 以及热力学能是状态量与过程无关， 热量是过程量与过程有关

解（1）由题设过程a-c-b的吸热和作功可以求得ab状态 热力学能的差值

Uab Q W 100kJ 40kJ 60kJ

过程a-d-b 交换的热量

Qa d b Uab Wa d b 60kJ 20kJ 80kJ

（2）b～a过程，

Qb～a Uba Wb～a 60kJ 30kJ 90kJ

（3）过程a-d、过程d-b

U ad 40kJ U db 20kJ

Wa d 20kJ Wd b 0kJ

Qa d 60kJ Qd b 20kJ

2-5 解

过程

1-2 2-3

Q/kJ

1390 0

W/kJ

0 395

Δ U/kJ

1390 -395

3-4

4-1

-1000

0

0

-5

-1000

+5

2-7 解（1）确定空气的初始状态参数

V1 Al 1 10 m

T1 T2 300K

3

3

l

m1 g 195 9.8 p1 pb pe1 pb 771 133.3pa+ 4 A 100 10 102.8 191.1kPa=293.9kPa 2.94 105 Pa

（2）确定空气的终了状态参数

m2 g p2 pb pe 2 pb A 102.8 93.1kPa=1.96 105 Pa

V2 V1 p1 2.94 10 3 1.5 10 3 m3 p2 1.96

（3）上升距离 （4）对外做功

98J

l

V 0.05m=5cm A

过程为非准平衡过程，不用积分公式

5 3

W pout V p2 V 1.96 10 0.5 10

换热量

Q U W W 98J

活塞上升的距离为5cm，过程中吸热为98J

例题：空气在某压气机中被压缩。压缩前空气的参数为

p1 0.1MPa, v1 0.9m3 /kg

压缩后的参数是

p2 0.8MPa, v2 0.2m3/kg

假定在压缩过程中，每千克空气的热力学能增加 146kJ，同时向外放出热量50kJ，压气机每秒钟生产 压缩空气10kg。试求： (1)压缩过程中对每千克空气所做的功； (2)每生产1千克的压缩气体所需的功； (3)带动此压气机至少要多大功率的电动机?

解 (1)压缩过程进、排气阀们关闭。取气缸中气体为系 统，如图（a）所示，