热力学第一定律习题课
热力学第一定律习题课
[例5] 2molNH3(g)理想气体，由300K、2pθ分别经 下 列 两 种 过 程 膨 胀 到 pθ ， 请 求 算 下 述 两 过 程 中
NH3(g) 做的功W ，NH3(g)的ΔU、ΔH。 (1)绝热可逆；
(2)对抗恒定的pθ做绝热快速膨胀。
已知NH3(g) Cp,m=35.606J⋅K-1⋅mol-1,并为常数。
W= WA + WB + WC=1.13kJ
[例3] （1）1g水在373K、pθ下蒸发为理想气体， 吸热2259J·g-1, 问此过程的Q、W及水的ΔU、ΔH 为多少？
（2）始态同（1），当外界压力恒为0.5pθ时， 将水等温蒸发，然后将此0.5pθ、373K的1g水气 恒温可逆压缩变为 373 K、pθ 水气。
解 （1）绝热向真空膨胀：Q=0, W=0。根据热 力学第一定律ΔU=0，由于内能不变， 因而温度也不变，故ΔH=0。
（2）等温可逆膨胀：ΔU=0，ΔH=0
Q W nRT ln p1 11.5kJ p2
（3）绝热可逆膨胀：Q=0
T1 p11
T2
p
1
2
对于双原子理想气体 C p,m 7R / 2 1.4
止，试计算此过程的Q、W及水的ΔU，ΔΗ。假
设液态水的体积可以忽略不计，水蒸气为理想 气体，水的汽化热为2259 J·g-1。
解析：解决热力学问题首先要明确体系、状 态及过程。本题如不分清在过程中相态变化及水 蒸气量的变化，而直接用理想气体等温可逆方程 W′= nRTln(10/100)就错了。整个过程可分解为 下列两个过程（1）和（2），如图1-3所示：
过程（2）为恒温恒压下相变过程，显然有40dm3 的水蒸气凝结了，为放热过程。注意水蒸气量的变 化。
淮海工学院物理化学习题课-第一定律
是非题
1、理想气体在恒定的外压力下绝热膨胀到终 、 因为是恒压，所以△ 态。因为是恒压，所以△H = Q；又因为是绝 ； 热，Q = 0，故△H = 0。对不对？( ) ， 。对不对？ 2、判断下述结论对还是不对，将答案写在其 、判断下述结论对还是不对， 后的括号中。 后的括号中。 ( 1 )化学反应热 p其大小只取决于系统始终态 化学反应热Q 化学反应热 ( 2 )凡是化学反应的等压热必大于等容热； 凡是化学反应的等压热必大于等容热； 凡是化学反应的等压热必大于等容热 ( 3 )理想气体等容过程的焓变为 理想气体等容过程的焓变为
3、对于一定量的理想气体，下式中： 正确的有（）。 、对于一定量的理想气体，下式中： 正确的有（）。
∂H )T = 0 (1) ( ∂p ∂U (3) ( )T = 0 ∂V
∂U )V = 0 ； (2) ( ∂T ∂H ； (4) ( )p = 0 ∂T
4、 1 mol单原子理想气体，由始态 1 = 200 kPa，T1 = 、 单原子理想气体， 单原子理想气体 由始态p ， 273 K沿着 p/V=常数的途径可逆变化到终态压力为 常数的途径可逆变化到终态压力为400 沿着 常数的途径可逆变化到终态压力为 kPa，则△H为：( )。 ， 为 。 ( 1 ) 17.02 kJ； ( 2 ) －10.21 kJ； ； ； ( 3 ) － 17.02 kJ； ( 4 ) 10.21 kJ。 ； 。
9、下列说法中正确是：( )。 、下列说法中正确是： 。 ( 1 )理想气体等温过程，△T = 0，故Q = 0； 理想气体等温过程， 理想气体等温过程 ， ； ( 2 )理想气体等压过程，∆U = ∫ CV dT 理想气体等压过程， 理想气体等压过程 ( 3 )理想气体等容过程，∆ H = ∫ C p dT 理想气体等容过程， 理想气体等容过程 ( 4 )理想气体绝热过程，pVγ = 常数。 )理想气体绝热过程 理想气体绝热过程， 常数。 10、 pVγ = 常数 Cp,m/CV,m)适用的条件是： ( 1 ) 、 常数(= 适用的条件是： 适用的条件是 绝热过程； 理想气体绝热过程； 绝热过程； ( 2 )理想气体绝热过程； 理想气体绝热过程 ( 3 )理想气体绝热可逆过程；( 4 )绝热可逆过程。 理想气体绝热可逆过程； 绝热可逆过程。 理想气体绝热可逆过程 绝热可逆过程
大学物理化学1-热力学第一定律课后习题及答案
热力学第一定律课后习题一、是非题下列各题中的叙述是否正确？正确的在题后括号内画“√”，错误的画“⨯”。
1.在定温定压下，CO2由饱和液体转变为饱和蒸气，因温度不变，CO2的热力学能和焓也不变。
( )2. d U = nC V,m d T这个公式对一定量的理想气体的任何pVT过程均适用。
( )3. 一个系统从始态到终态，只有进行可逆过程才有熵变。
( )4. 25℃时H2(g)的标准摩尔燃烧焓等于25℃时H2O(g)的标准摩尔生成焓。
( )5. 稳定态单质的∆f H(800 K) = 0。
( )二、选择题选择正确答案的编号，填在各题后的括号内：1. 理想气体定温自由膨胀过程为：（）。
（A）Q > 0；（B）∆U < 0；（C）W <0；（D）∆H = 0。
2. 对封闭系统来说，当过程的始态和终态确定后，下列各项中没有确定的值的是：( )。
( A ) Q；( B ) Q＋W；(C ) W( Q = 0 )；( D ) Q( W = 0 )。
3. pVγ = 常数(γ = C p,m/C V,m)适用的条件是：( )(A)绝热过程；( B)理想气体绝热过程；( C )理想气体绝热可逆过程；(D)绝热可逆过程。
4. 在隔离系统内：( )。
( A ) 热力学能守恒，焓守恒；( B ) 热力学能不一定守恒，焓守恒；(C ) 热力学能守恒，焓不一定守恒；( D) 热力学能、焓均不一定守恒。
5. 从同一始态出发，理想气体经可逆与不可逆两种绝热过程：( )。
( A )可以到达同一终态；( B )不可能到达同一终态；( C )可以到达同一终态，但给环境留下不同影响。
6. 当理想气体反抗一定的压力作绝热膨胀时，则：( )。
( A )焓总是不变；(B )热力学能总是增加；( C )焓总是增加；(D )热力学能总是减少。
7. 已知反应H2(g) +12O2(g) ==== H2O(g)的标准摩尔反应焓为∆r H(T)，下列说法中不正确的是：（）。
热力学第一定律习题课
利用
可得
C p,m CV ,m R
CV ,m pdV Vdp CV ,m C p,m pdV
dp dV 0 p V
简化后，有 对上式积分得
pV 常量
r
利用理想气体的状态方程，还可以由此得到
V r 1T 常量
p T
r 1
r
常量
例1、有1mol刚性多原子理想气体，原来压强为 1.0atm，体积为 ，若经过一绝热压缩过程 2.49×10-2 m3 ，体积缩小为原来的1/8，求： （1）气体内能的增加； （2）该过程中气体所作的功；
解题思路：
初状态
P0 Hs nRT0
末状态 P 0 ( H x)s nRT 热力学第 P0 ( H x) s nR (T H 5
7 T T0 5
有一个气筒，除底部外都是绝热的，上边是一个 可以上下无摩擦移动而不计重力的活塞，中间有 一个位置固定的导热隔板，把筒分隔成相等的两 部分A和B，A和B各盛有1mol氮气，现由底部慢 慢地将350J的热量传递给气体，设导热板的热容 量可忽略，求A和B的温度改变了多少？它们各 吸收了多少热量？若将位置固定的导热板换成可 自由滑动的绝热隔板，其他条件不变，则A和B 的温度又改变了多少？
热力学第一定律习题课
例1、如图所示，A、B两球完全相同，分别浸没在 水和水银的同一深度内，A、B球用同一种特殊的 材料制作，当温度稍微升高时，球的体积明显地增 大，如果水和水银的初温及缓慢升高后的末温都相 同，且两球膨胀后体积也相等，两球也不再上升， 则（ B ） A．A球吸收的热量多 B．B球吸收的热量多 C．A、B二球吸收的热量一样多 D．不能确定吸收热量的多少
C P 叫做理想气体定压摩尔热容；上式表明1摩尔理想气 体等压升温1开比等容升温1开要多吸收8.31焦耳的热量， 这是因为1摩尔理想气体等压膨胀温度升高1开时要对外做 功8.31焦耳的缘故。
大学物理 热力学第一定律 习题(附答案)
A13 = Q13 = 1.25 × 10 4 ( J)
（5）由（1）有系统终态的体积为
hi
5 R , R = 8.31 J / mol ⋅ K 。 2
na
T V3 = V2 ( 2 ) γ−1 = 40 × 21. 5 = 113 ( l) T1 nRT3 2 × 8.31 × 300 p3 = = ÷ 1.013 × 10 5 = 0.44 ( atm) −3 V3 113 × 10
0 . 44
O
om
p (atm ) 1 2
3
三、计算题： 1．2 mol 初始温度为 27 � C ，初始体积为 20 L 的氦气，先等压过程膨胀到体积加倍， 然 后绝热过程膨胀回到初始温度。 （1）在 p-V 平面上画出过程图。 （2）在这一过程中系统总吸热是多少？ （3）系统内能总的改变是多少？ （4）氦气对外界做的总功是多少？其中绝热膨胀过程对外界做功是多少？ （5）系统终态的体积是多少？
5 = 1 × R × 60 = 1.25 × 10 3 ( J) 2
γ
(B) p 0 γ (D) p 0 / 2
(γ = C
p
/ Cv )
p0
解：绝热自由膨胀过程中 Q = 0，A = 0，由热力学第一定律，有 ∆ E = 0 ，膨胀前后系统
[
]
(A) (B) (C) (D)
这是一个放热降压过程 这是一个吸热升压过程 这是一个吸热降压过程 这是一个绝热降压过程
将状态 a、b 分别与 o 点相连有
om
A
O
V1
V2
V
T B
C
Q
V
等压过程中吸收了相同的热量，则它们对外做功之比为 A 1: A 2 = (各量下角标 1 表示氢气，2 表示氦气)
大学物理化学1-热力学第一定律课后习题及答案
热力学第一定律课后习题一、是非题下列各题中的叙述是否正确？正确的在题后括号内画“√”，错误的画“⨯”。
1.在定温定压下，CO2由饱和液体转变为饱和蒸气，因温度不变，CO2的热力学能和焓也不变。
( )2. d U = nC V,m d T这个公式对一定量的理想气体的任何pVT过程均适用。
( )3. 一个系统从始态到终态，只有进行可逆过程才有熵变。
( )4. 25℃时H2(g)的标准摩尔燃烧焓等于25℃时H2O(g)的标准摩尔生成焓。
( )5. 稳定态单质的∆f H(800 K) = 0。
( )二、选择题选择正确答案的编号，填在各题后的括号内：1. 理想气体定温自由膨胀过程为：（）。
（A）Q > 0；（B）∆U < 0；（C）W <0；（D）∆H = 0。
2. 对封闭系统来说，当过程的始态和终态确定后，下列各项中没有确定的值的是：( )。
( A ) Q；( B ) Q＋W；(C ) W( Q = 0 )；( D ) Q( W = 0 )。
3. pVγ = 常数(γ = C p,m/C V,m)适用的条件是：( )(A)绝热过程；( B)理想气体绝热过程；( C )理想气体绝热可逆过程；(D)绝热可逆过程。
4. 在隔离系统内：( )。
( A ) 热力学能守恒，焓守恒；( B ) 热力学能不一定守恒，焓守恒；(C ) 热力学能守恒，焓不一定守恒；( D) 热力学能、焓均不一定守恒。
5. 从同一始态出发，理想气体经可逆与不可逆两种绝热过程：( )。
( A )可以到达同一终态；( B )不可能到达同一终态；( C )可以到达同一终态，但给环境留下不同影响。
6. 当理想气体反抗一定的压力作绝热膨胀时，则：( )。
( A )焓总是不变；(B )热力学能总是增加；( C )焓总是增加；(D )热力学能总是减少。
7. 已知反应H2(g) +12O2(g) ==== H2O(g)的标准摩尔反应焓为∆r H(T)，下列说法中不正确的是：（）。
现代化学基础第五章_热力学第一定律_习题课
3 （2）U = nCV .m (T2－T1 ) = 1× R × (136.5 273) = 1702J 2 3 H = nC p.m (T2－T1 ) = 1 × ( R + R) × (136.5 273) = 2837J 2 V2 K nRT nRT 2 （3）功的计算：W = ∫ pdV 因为pT = 常数 = K，p = ,V = = V1 T p K nR 2 2nRT 所以dV = dT = dT，将p与dV 代入功的计算式，得 K K T2 K 2nRT T2 W = ∫ pdV = ∫ dT = ∫ 2nRdT = -2nRT = {2 × 1 × 8.314 × (136.5 273)} J = －2270J T1 T T1 K
解：
Q p－QV = ng）RT （
(2)（1-3） 8.314 × 298.15 J = -4958 J (3)（2- 2） 8.314 × 298.15J = 0 × ×
(1) 2-1） 8.314 × 298.15 J = 2479J （ ×
13. 已知下列两个反应：求298 K时水的标准摩尔汽化 已知下列两个反应： 时水的标准摩尔汽化 热。
W = p外V = 97.272 × 103 Pa × (1.5 × 103 1.2 × 103 )m3 = 29.2J
U = Q + W = 800J + (29.2)J = 770.8J
3.理想气体等温可逆膨账，体积从V1膨胀至 理想气体等温可逆膨账，体积从 膨胀至10V1，对 理想气体等温可逆膨账 外作了41.85kJ的功， 若气体的量为 的功， 外作了 的功 若气体的量为2mol ，始态压 力为202.65kPa。试求系统的温度、体积 。 。试求系统的温度、 力为 分析： V ，T=？已知：P，W，n ？已知： ， ， 分析： 解： W = nRT ln V1
热力学第一、第二定律习题课
5.理想气体在下列过程中，系统与环境的总熵变是多少？
恒温下向真空中膨胀（始态P1、V1、T1末态P2、V2、T2）。 恒温可逆膨胀。
6．一切绝热过程的熵变都等于零，这样理解是否正确？为什么？
7. 进行下述过程时，系统的ΔU、ΔH、ΔS和ΔG何者为零？
（1）非理想气体的卡诺循环；（2）在100℃,101325Pa下1mol水蒸发
（A ）
A. 等于2.5mol B. 等于－2.5mol C. 对不同反应物计算结果不一样 D. 反应物没反应完而无法计算
已知某温度下，∆fHmΘ(CO2)=－393.3kJ/mol，∆cHmΘ(CO)=－ 282.8kJ/mol，则∆fHmΘ(CO)为 （C）－676.1 kJ/mol； （A ） （A）－110.5 kJ/mol ； （B）110.5 kJ/mol ； （D）－172.3 kJ/mol
（B）
在300K时，2mol某理想气体的吉布斯函数G与赫姆霍
兹函数A的差值为 （ C ）
A. G-A=1.247kJ; C. G-A = 4.988kJ; B. G-A= 2.494kJ; D. G-A = 9.977kJ
当10mol N2和20mol H2混合通过合成氨塔，反应一段时间后有5mol NH3生成。对反应式N2+3H2=2NH3，反应进度
ΔrSm,隔离 = ΔrSm,体+ ΔSm,环= 147.6 J· K-1· mol-1
(3) ΔrGm = ΔrHm- TΔrSm= QR' - QR= - 4.400 kJ
Wf = -ΔrGm= 44.000 kJ
2. 2mol单原子理想气体始态为298K，3039.75kPa，经绝热膨胀压 力突然降到1013.25kPa，做了2095 J的功，求该体系的熵变值。 [答 ] 因为是绝热过程，所以Q=0，所以有：
热力学第一定律习题及答案
热力学第一定律习题 一、单选题1）如图，在绝热盛水容器中，浸入电阻丝，通电一段时间，通电后水及电阻丝的温度均略 有升高，今以电阻丝为体系有： （）绝热A. W =0, Q <0, U <0B. W <0, Q <0, U >0C. W <0, Q <0, U >0D. W <0, Q =0, U >0 2）如图，用隔板将刚性绝热壁容器分成两半，两边充入压力不等的空气 （视为理想气体）， 已知P 右> P 左,将隔板抽去后：（）n mol H 2O / 1 mol HC1曲线上任一点均表示对应浓度时积分溶解热大小 H I 表示无限稀释积分溶解热 H 2表示两浓度n i 和％之间的积分稀释热D.曲线上任一点的斜率均表示对应浓度时 HCI 的微分溶解热7） H = Q p 此式适用于哪一个过程：（）A. 理想气体从101325Pa 反抗恒定的10132.5Pa 膨胀到10132.5sPaB. 在0C 、101325Pa 下，冰融化成水C. 电解CuS04的水溶液D. 气体从（298K , 101325Pa ）可逆变化到（373K , 10132.5Pa ）8） 一定量的理想气体，从同一初态分别经历等温可逆膨胀、绝热可逆膨胀到具有相同压力 的终态，终态体积分别为 匕、V 2。
（） A. V 1 < V 2 B. V 1 = V 2 C. V 1 > V 2 D.无法确定 9） 某化学反应在恒压、 绝热和只作体积功的条件下进行， 体系温度由T i 升高到T 2,则此过A. B. C. D. 空气 %空气Q = 0, W = U = 0Q = 0, WU >0 Q >0, WU >0 U = 0, Q = W 0对于理想气体，下列关系中哪个是不正确的： （）（：：U/ 汀）V = 0 B. （:U/：：V ）T = 0 C. C ：H/_：P ）T =0 D. （ ：U/：：p ）T = 凡是在孤立孤体系中进行的变化，其 U 和 H 的值- U HU = H =U H <0U = 0, H 大于、小于或等于零不能确定。
热力学第一定律习题课
U(1) = H(1) –RTn(g) = 241.5 kJ (n = –1.5)
15
概念
1
2
3
4
5
6
7
8
9
第二章 热力学第一定律（10学时）
例题讲解
说明下列公式的适用条件
(1) U p (V 2 V 1 ) ( 2 )W R T ln (3) d H C p d T (4)H U pV (5 ) p V
16
V1 V2
K
1 2 3 4 5 6 7
Q = 10.1kJ
U(总)= Q = 10.1kJ
H(总) = U(总)= 14.2kJ
27
概念
1
2
3
4
5
6
7
8
9
例4 25℃时，将1molH2(g),10molO2(g)放入定容容器 中充分燃烧，生成水。已知： 298K时fHm (H2O, g) = 242.7 kJmol-1 vapHm (H2O) = 44.0 kJmol-1 H2(g) Cp,m/ JK-1 mol-1 27.2 O2(g) 27.2 H2O( g) 31.4
U = W = (p2V2 p1V1)/( 1 ) =1.14kJ n = p1V1/RT1 = 0.818mol U= nCV,m(T2 T1)=1.14kJ H = U = 1.56kJ
25
概念
1
2
3
4
5
6
7
8
9
(2) 以左室气体为系统
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
p, t
，求得
h
空气在某压气机中被压缩。压缩前空气的参数是 3 p1 0.1MPa ，v2 0.175m /kg 。假定在压缩 过程中，１kg空气的
例3－6
热力学能增加146kJ，，同时向外放出热量 50kJ，压气机每分钟
生产压缩空气10kg，求： 1、压缩过程中对每公斤气体所做的功； 2、每生产１kg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？
每kg汽经蒸汽轮机散热损失为15kJ。试求：
1
q
2
2
解 （１）选汽轮机开口系为热力系，汽轮机是对外输出功 的动力机械，它对外输出的功是轴功。由稳定流动能量方程：
得：
1 2 q h cf g z ws 2
ws
1 2 ws q h cf g z 2
(15 kJ/kg) (2226.9 3386.8) kJ/kg
2பைடு நூலகம்0 t/h103 kg/t 1.1361 03 kJ/kg = 6.94 104 kW 3600s/h
讨论 （１）本题的数据有实际意义，从计算中可以看到，忽略进出 口的动、位能差，对输轴功影响很小，均不超过3%，因此在实 际计算中可以忽略。 （２）蒸汽轮机散热损失相对于其他项很小，因此可以认为一 般叶轮机械是绝热系统。 （ 3 ）计算涉及到蒸汽热力性质，题目中均给出了 h1 , h2， 而同时给出的 p1 , t1 , p2 ，似乎用不上，这是由于蒸汽性质这一 章还未学， 在学完该章后可以通过
1 2 q (h3' h2 ) (cf23 c2 ) ws 2
燃烧室 压 气 机
因为w3 0，所以
cf 3' 2 q (h3' h2 ) cf22
2 670 103 J/kg- (800 -580) 103 J/kg + (20m/s) 2 = 949m/s
350kJ
讨论 1、求出的活塞功为正值，说明系统通过活塞膨胀对外做功 2、我们提出膨胀功 W
1
2
p d V ，此题中因不知道 p V
过程中的变化情况，因此无法用此式计算
W2
例3－2 一闭口系统从状态１沿１－２－３途径到状态３， 传递给外界的热量为47.5kJ, ，而系统对外做功为30kJ。
W23 p d V p2 (V3 V2 )
2
， 因此，若能求出 W23 ，则由上式即可求得V 。而 W23
3
可由闭口系能量方程求得。
对于过程１－２，
U12 U 2 U1 Q12 W12
所以 U 2 Q12 W12 U1 500 kJ 800 kJ 2000 kJ 1700 kJ
q
1 [(140 m/s) 2 (50 m/s) 2 ] 10-3 9.8 m/s 2 ( 12 m) 10-3 2 1.136 103 kJ/kg
（２）：第（２）～第（５）问，实际上是计算不计动、位能差 以及散热损失时，所得轴功的相对偏差
1 2 1 | cf | [(140 m/s) 2 - (50 m/s) 2 ] 10-3 2 =2 1.5% 3 ws 1.136 10 kJ/kg
h2 2226.9 kJ/kg, cf 2 = 140 m/s ，进出口高度差为12m,
1 1、单位质量蒸汽流经汽 轮机对外输出功； 2、不计进出口动能的变化， 对输出功的影响； 3、不计进出口位能差， 对输出功的影响； 4、不计散热损失，对输出功的影响； 5、若蒸汽流量为220t/h， 汽轮机功率有多大？ ws
１、若沿１－４－３途径变化时，系统对外做功15kJ, ，求过程中系统与外界传递的热量。 2 、若系统从状态３沿图示的曲线途径到达状态１，外界对 系统做功６ k J ，求该系统与外界传递的热量。
3 、若U2=175kJ，U3=87.5kJ， 求过程２－３传递的热量 及状态１的热力学能。
解
对途径１－２－3，由闭口系能量方程得
燃烧室
1、热力系的选取是怎样有利于解决问题，怎样方便就怎样选。
2、要特别注意在能量方程中，动、位能差项与其他项的量纲统一。
h1 3386.8kJ/kg ， f 1 50 m/s ,出口蒸汽参数为 p2 4 k Pa, c
例题3－5 某一蒸汽轮机，进口蒸汽 p1 9.0 MP a, t1 500 C,
（系统向外界放热）
2、对途径３－１，可得到
Q31 U 31 W31 (U1 U 3 ) W31
77.5kJ (6 kJ) 71.5kJ
3、对途径２－３，有
W23 p d V 0
2
3
则
Q23 U 23 W23 U 3 U 2 87.5kJ 175kJ 87.5kJ
U123 U 3 U1 Q123 W123
(47.5kJ) 30 kJ = 77.5kJ
1、对途径１－４－３， 由闭口系能量方程得：
Q143 U143 W143
U123 W143 (U 3 U1 ) W31
77.5kJ15kJ 62.5kJ
负号说明在压缩过程中体积减小。
例3－4 如图所示，某燃气轮机装置，已知压气机进口 处空气的比焓h1=290kJ/kg，经过压缩后，空气升温使 比焓增加为h2=580kJ/kg,在截面2处空气和燃料的混合物 以c2=20m/s的速度进入燃烧室，在定压下燃烧，使工质 吸入热量q=670kJ/kg。燃烧后燃气进入喷管绝热膨胀到 状态3‘，h3’＝800kJ/kg，流速增加到cf3‘，此燃气进入汽 轮机，推动叶轮旋转做工。若燃气在动叶片中的热力状态 不变，最后离开燃气轮机的速度cf4=100m/s，求：
1、压缩过程所做的功
由上述分析可知，在压缩过程中，进、排气阀均关闭，因此取 气缸中的气体为热力系。由闭口系能量方程得：
w q u (50 kJ/kg) 146 kJ/kg 196 kJ/kg
q
空气
w
2、生产压缩空气所需的功 选气体的进出口、气缸内壁及活塞左端面所围的空间为热力系， 如图所示。由开口系能量方程得：
KE
ws
（３） P E
（４）
| g z | | 9.8 m/s 2 (-12 m) 10-3 | = 0.01% -3 1.136 10 kJ/kg ws q
|q| 15 kJ/kg q = 1.3% -3 ws 1.136 10 kJ/kg
（５）
P qm ws
445.3 103 J/kg = 445.3kJ/kg
燃气轮机的功率： P qs ws ,T 100 kg/s 445.3kJ/kg = 44530 kW T
( 5 ) 燃气轮机装置的总功率
装置的总功率＝燃气轮机产生的功率－压气机消耗的功率
可得：
P PT PC 44530 kW- 29000 kW = 15530 kW
( 2 ) 燃料的耗量：
qm ,B qm q qB
100 kg/s 670 kJ/kg 1.52 kg/s 43960 kJ/kg
燃烧室 压 气 机
( 3 ) 燃料在喷管出口处的流速 cf 3'
取截面２至截面3’的空间作为热力系， 工质作稳定流动，忽略重力位能差值， 则能量方程为：
wt q h q u ( pv)
(50 kJ/kg) (146 kJ/kg) 0.8 103 kPa 0.175m3/k g
0.1103 kPa 0.845m3 /k g) 251.5kJ /k g
2
2
1 1
3、电动机的功率
10 kg P qm wt 251.5m kJ /k g 41.9 kW 60s
( 4 ) 燃气轮机的效率 取燃气轮机作为热力系，因为燃气在 燃气轮机里状态没有发生变化，
h4 h3'
其能方程式为：
1 2 (cf 3' cf24 ) ws,T 0 2
燃烧室
压 气 机
燃 气 轮 机
ws,T
2 1 2 1 2 (cf 3' cf 4 ) [(949 m/s) (100 m/s) ] 2 2
U1 U 3 U123 87.5kJ (77.5kJ) 165kJ
讨论 热力学能是状态参数，其变化只决定于初 终状态，于变化所经历的途径无关。 而热与功则不同，它们都是过程量，其变 化不仅与初终态有关，而且还决定于变化所 经历的途径。
例3－3 一活塞气缸装置中的气体经历了２个过程。从状态１ 到状态２，气体吸热500kJ,活塞对外做功800kJ。 从状态２到状态３是一个定压过程，压力为=400kPa， 气体向外散热450kJ。并且已知 U1 2000 kJ U3 3500 kJ 。 ，试计算２－３过程中气体体积的变化。 解 分析：过程２－３是一定压压缩过程，其功的计算：
1、若空气的质量流量为100kg/s，压 气机消耗功率为多少？ 2、若燃气的发热值qb=43960kJ/kg， 燃料的耗量为多少？ 3、燃气在喷管出口处的流速cf3’是多 少？ 4、燃气轮机的功率为多大？ 5、燃气轮机装置的总功率是多少？
燃烧室 压 气 机
解
（１）压气机消耗的功率
取压气机开口系为热力系。假定压缩过程是绝热的，忽略宏观 动、位能差的影响。由稳定流动能量方程
解 分析：要正确求出压缩过程的功和生产压缩气体的功，必须 依赖于热力系统的正确选取，及对功的类型的正确判断。 压气机的工作过程包括进气、压缩和排气３个过程。在压缩 过程中，进、排气阀均关闭，因此此时的热力系统是闭口系，与外 界交换的功是体积变化功w 要生产压缩气体，则进、排气阀要周期性地打开和关闭，气体 进出气缸，因此气体与外界交换的过程功为轴功ws，又考虑到气体 功、位能的变化不大，可忽略，则此功也是技术功wt