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1、第二章熱力學(xué)第一定律11.熱量和熱力學(xué)能有什么區(qū)別?有什么聯(lián)系?答:熱量和熱力學(xué)能是有明顯區(qū)別的兩個概念:熱量指的是熱力系通過界面與外界進行的熱能交換量,是與熱力過程有關(guān)的過程量。熱力系經(jīng)歷不同的過程與外界交換的熱量是不同的;而熱力學(xué)能指的是熱力系內(nèi)部大量微觀粒子本身所具有的能量的總合,是與熱力過程無關(guān)而與熱力系所處的熱力狀態(tài)有關(guān)的狀態(tài)量。簡言之,熱量是熱能的傳輸量,熱力學(xué)能是能量?的儲存量。二者的聯(lián)系可由熱力學(xué)第一定律表達(dá)式看出;熱量
2、的傳輸除了可能引起做功或者消耗功外還會引起熱力學(xué)能的變化。ddqupv???2.如果將能量方程寫為ddqupv???或ddqhvp???那么它們的適用范圍如何?答:二式均適用于任意工質(zhì)組成的閉口系所進行的無摩擦的內(nèi)部平衡過程。因為,uhpv??對閉口系將代入第一式得()dudhpvdhpdvvdp?????duqdhpdvvdppdv?????即。qdhvdp???3.能量方程(變大)與焓的微分式(變大)很相像,為什么熱量q不是狀態(tài)參?
3、qupv??dd??dddhupv??數(shù),而焓h是狀態(tài)參數(shù)?答:盡管能量方程與焓的微分式(變大)似乎相象,但兩者的數(shù)學(xué)本qdupdv?????dddhupv??質(zhì)不同,前者不是全微分的形式,而后者是全微分的形式。是否狀態(tài)參數(shù)的數(shù)學(xué)檢驗就是,看該參數(shù)的循環(huán)積分是否為零。對焓的微分式來說,其循環(huán)積分:()dhdudpv?????AAA因為,0du??A()0dpv??A所以,0dh??A因此焓是狀態(tài)參數(shù)。而對于能量方程來說,其循環(huán)積分:qd
4、updv??????AAA雖然:0du??A但是:0pdv??A所以:0q???A因此熱量不是狀態(tài)參數(shù)。q4.用隔板將絕熱剛性容器分成A、B兩部分(圖213),A部分裝有1kg氣體,B部分為高度真空。將隔板抽去后,氣體熱力學(xué)能是否會發(fā)生變化?能不能用來分析這一過程?ddqupv???圖213BbBBA第二章熱力學(xué)第一定律3[解]:關(guān)鍵在于確定過程1-2的熱力學(xué)能變化,再根據(jù)熱力學(xué)能變化的絕對值不隨過程而變,對三個過程而言是相同的,所不同
5、的只是符號有正、負(fù)之差,進而則逐過程所缺值可求。根據(jù)閉口系能量方程的積分形式:QUW???2—b—1:7(4)3UQWkJ?????????1—a—2:1037WQUkJ??????1—c—2:3811QUWkJ??????將所得各值填入上表空中即可※此題可以看出幾點:圖2-141、不同熱力過程,閉口系的熱量Q和功W是不同的,說明熱量與功是與過程有關(guān)的物理量。2、熱力學(xué)能是不隨過程變化的,只與熱力狀態(tài)有關(guān)。27已知汽輪機中蒸汽的流量qm
6、=40th;汽輪機進口蒸汽焓h1=3442kJkg;出口蒸汽焓h2=2448kJkg,試計算汽輪機的功率(不考慮汽輪機的散熱以及進、出口氣流的動能差和位能差)。如果考慮到汽輪機每小時散失熱量0.5?106kJ,進口流速為70ms,出口流速為120ms,進口比出口高1.6m,那么汽輪機的功率又是多少?[解]:1)不考慮汽輪機散熱以及進出口氣流的動能差和位能差時,如右下圖因為0q?220C??0zg??根據(jù)開口系穩(wěn)定流動的能量方程,(211
7、)式,汽輪機對外作的功等于蒸汽經(jīng)過汽輪機后的焓降:1234422448994shWhhhkJkg????????汽輪機功率39944010360011044.44shPWmkW???????2)考慮汽輪機散熱以及進出口氣流的動能和位能差時,每kg蒸汽的散熱量5351012.54010QqkJkgm???????吸根據(jù)(211)式有:22shCqhzgW????????蒸汽作功221221121()()2shWhhqCCzzg??????
8、?223334422448(12070)(210)1.69.811012.5976.76shWkJkg?????????功率3976.764010360010852.95shPWmkW???????各種損失及所占比例:汽輪機散熱損失:占12.5kJkg12.59941.26%?蒸汽的進出動能差:占2231(12070)4.75210kJkg???4.759940.48%?蒸汽的進出位能差:占31.69.81100.0156kJkg??0
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