工程热力学第5章_气体的流动及压缩
《工程热力学》第五章 思考题答案
思考题5-4
摩擦等耗散效应
不可逆根源：
温差
有限势差下 进行的过程
压差 浓度差等
3
思考题5-5
4
思考题5-8
1)错 闭口系熵方程 dS Sg S f ,Q
2)错 开口系熵方程 dS (si mi s j mj ) Sf ,Q Sg
Sf,m Sf ,Q Sg
3)错 可逆绝热过程为定熵过程，反之不成立
如：不可逆放热过程，当放热引起的熵减等于不可逆引起 的熵增时（亦即当放热量等于不可逆耗散所产生的热量 时），它也可以表现为熵没有发生变化。
5
思考题5-8 4)错 可逆吸热过程为熵增大过程 5)错 使孤立系统熵增大过程为不可逆过程 6)对
6
思考题5-9
1)错
s12
2
1 cV
dT T
Rg
ln
v2 v1
s12
2 dT 1 cp T Rg ln
p2 p1
s12
2
1 cV
dp p
2
1 cp
dv v
2) dS Sf,m Sf ,Q Sg
S不可逆＝S可逆
Sf
不一定
,Q
Sg,不可逆 Sg,可逆 7
思考题5-9
3)错，对于闭口系，绝热过程，无论是膨胀还是压 缩
dS Sg S f ,Q Sg 0, S f ,Q 0
S 0
4) 错
ds 0
δq Tr
0
8
思考题5-10
9
思考题5-11
不可逆绝热压缩 dS Sg S f ,Q
Sg 0, S f ,Q 0
S 0
10
可逆绝热压缩过程的技术功为 面积1-2T-j-m-1
工程热力学 第五章 思考题
工程热力学第五章思考题工程热力学第五章思考题 5-1 热力学第二定律的下列说法能否成立 1功量可以转换成热量但热量不能转换成功量。
答违反热力学第一定律。
功量可以转换成热量热量不能自发转换成功量。
热力学第二定律的开尔文叙述强调的是循环的热机但对于可逆定温过程所吸收的热量可以全部转换为功量与此同时自身状态也发生了变化。
从自发过程是单向发生的经验事实出发补充说明热不能自发转化为功。
2自发过程是不可逆的但非自发过程是可逆的。
答自发过程是不可逆的但非自发过程不一定是可逆的。
可逆过程的物理意义是一个热力过程进行完了以后如能使热力系沿相同路径逆行而回复至原态且相互作用中所涉及到的外界也回复到原态而不留下任何痕迹则此过程称为可逆过程。
自发过程是不可逆的既不违反热力学第一定律也不违反第二定律。
根据孤立系统熵增原理可逆过程只是理想化极限的概念。
所以非自发过程是可逆的是一种错误的理解。
3从任何具有一定温度的热源取热都能进行热变功的循环。
答违反普朗克-开尔文说法。
从具有一定温度的热源取热才可能进行热变功的循环。
5-2 下列说法是否正确 1系统熵增大的过程必须是不可逆过程。
答系统熵增大的过程不一定是不可逆过程。
只有孤立系统熵增大的过程必是不可逆的过程。
根据孤立系统熵增原理非自发过程发生必有自发补偿过程伴随由自发过程引起的熵增大补偿非自发过程的熵减小总的效果必须使孤立系统上增大或保持。
可逆过程只是理想化极限的概念。
2系统熵减小的过程无法进行。
答系统熵减小的过程可以进行比如系统的理想气体的可逆定温压缩过程系统对外放热熵减小。
3系统熵不变的过程必须是绝热过程。
答可逆绝热过程就是系统熵不变的过程但系统熵不变的过程可能由于熵减恰等于各种原因造成的熵增不一定是可逆绝热过程。
4系统熵增大的过程必然是吸热过程它可能是放热过程吗答因为反应放热所以体系的焓一定减小。
但体系的熵不一定增大因为只要体系和环境的总熵增大反映就能自发进行。
工程热力学第五章习题答案
第五章 热力学第二定律5-1 利用逆向卡诺机作为热泵向房间供热，设室外温度为5C −D ，室内温度为保持20C D 。
要求每小时向室内供热42.510kJ ×，试问：（1）每小时从室外吸多少热量？（2）此循环的供暖系数多大？（3）热泵由电机驱动，设电机效率为95%，求电机功率多大？（4）如果直接用电炉取暖，问每小时耗电几度（kW h ⋅）？解：1(20273)K 293K T =+=、2(5273)K 268K T =−+=、142.510kJ/h Q q =×（1）逆向卡诺循环1212Q Q q q T T =214421268K 2.510kJ/h 2.28710kJ/h293KQ Q T q q T ==××=×（2）循环的供暖系数112293K 11.72293K 268KT T T ε′===−−（3）每小时耗电能1244w (2.5 2.287)10kJ/h 0.21310kJ/hQ Q q q q =−=−×=×电机效率为95%，因而电机功率为40.21310kJ/h 0.623kW3600s/h 0.95P ×==×（4）若直接用电炉取暖，则42.510kJ/h ×的热能全部由电能供给442.5102.510kJ/h kJ/s 6.94kW3600P ×=×==即每小时耗电6.94度。
5-2 一种固体蓄热器利用太阳能加热岩石块蓄热，岩石块的温度可达400K 。
现有体积为32m 的岩石床，其中的岩石密度为32750kg/m ρ=，比热容0.89kJ/(kg K)c =⋅，求岩石块降温到环境温度290K 时其释放的热量转换成功的最大值。
解：岩石块从290K 被加热到400K 蓄积的热量212133()()2750kg/m 2m 0.89kJ/(kg K)(400290)K 538450kJQ mc T T Vc T T ρ=−=−=××⋅×−=岩石块的平均温度21m 21()400K 290K342.1K 400Kln ln290Kmc T T Q T T Smc T −−====Δ在T m 和T 0之间运行的热机最高热效率0t,max m290K 110.152342.1KT T η=−=−=所以，可以得到的最大功max t ,max 10.152538450kJ 81946.0kJW Q η==×=5-3 设有一由两个定温过程和两个定压过程组成的热力循环，如图5-1所示。
工程热力学第5章习题答案
第5章 热力学第二定律5-1 当某一夏日室温为30℃时，冰箱冷藏室要维持在-20℃。
冷藏室和周围环境有温差，因此有热量导入，为了使冷藏室内温度维持在-20℃，需要以1350J/s 的速度从中取走热量。
冰箱最大的制冷系数是多少？供给冰箱的最小功率是多少？ 解： 制冷系数：22253 5.0650Q T W T T ε====−5-4 有一卡诺机工作于500℃和30℃的两个热源之间，该卡诺热机每分钟从高温热源V吸收1000kJ ，求：（1）卡诺机的热效率；（2）卡诺机的功率（kW ）。
解：1211500304700.608273500733T T W Q T η−−=====+110000.60810.1360W Q η=⋅=×= kw5-5 利用一逆向卡诺机作热泵来给房间供暖，室外温度（即低温热源）为-5℃，为使室内（即高温热源）经常保持20℃，每小时需供给30000kJ 热量，试求：（1）逆向卡110000100006894.413105.59C W Q =−=−=kJ热泵侧：'C10C C Q W T T T =− '103333105.5922981.3745C C C T Q W T T =⋅=×=− 暖气得到的热量：'1C16894.4122981.3729875.78C Q Q Q =+=+=总kJ5-7 有人声称设计出了一热机，工作于T 1=400K 和T 2=250K 之间，当工质从高温热源吸收了104750kJ 热量，对外作功20kW.h ，这种热机可能吗？解： max 12114002501500.375400400C W T T Q T η−−===== max 11047500.37510.913600C W Q η×=⋅==kW h ⋅＜20kW h ⋅∴ 这种热机不可能5-8 有一台换热器，热水由200℃降温到120℃，流量15kg/s ；冷水进口温度35℃，11p 烟气熵变为：22111213731.46 6.41800T T p p n n T T Q T dTS c m c mL L T T T∆====××=−∫∫kJ /K 热机熵变为02．环境熵变为：图5-13 习题5-92210Q S S T ∆==−∆ ∴201()293 6.411877.98Q T S =⋅−∆=×=kJ 3.热机输出的最大功为：0123586.81877.981708.8W Q Q =−=−=kJ5-10 将100kg 、15℃的水与200kg 、60℃的水在绝热容器中混合，假定容器内壁与水之间也是绝热的，求混合后水的温度以及系统的熵变。
工程热力学习题解答-5
第五章 气体的流动和压缩思 考 题1.既然c 里呢?答：对相同的压降（*P P -）来说，有摩擦时有一部分动能变成热能，又被工质吸收了，使h 增大，从而使焓降(*h h -)减少了，流速C 也降低了（动能损失）。
对相同的焓降(*h h -)而言，有摩擦时，由于动能损失（变成热能），要达到相同的焓降或相同的流速C ，就需要进步膨胀降压，因此，最后的压力必然降低（压力损失）。
2.为什么渐放形管道也能使气流加速?渐放形管道也能使液流加速吗?答：渐放形管道能使气流加速—是对于流速较高的超音速气流而言的，由2(1)dA dV dC dCM A V C C ===-可知，当0dA >时，若0dC >，则必1M >，即气体必为超音速气流。
超音速气流膨胀时由于dA dV dC A V C =-（V--A ）而液体0dV V =，故有dA dCA C=-，对于渐放形管有0dA A >，则必0dCC<，这就是说，渐放形管道不能使液体加速。
3.在亚音速和超音速气流中，图5-15所示的三种形状的管道适宜作喷管还是适宜作扩压管?图 5-15答：可用2(1)dA dCM A C=-方程来分析判断 a) 0dA <时当1M <时，必0dC >，适宜作喷管 当1M >时，必0dC <，适宜作扩压管 b) 0dA >时当1M <时，必0dC <，适宜作扩压管 当1M >时，必0dC >，适宜作喷管c) 当入口处1M <时，在0dA <段0dC >；在喉部达到音速，继而在0dA >段0dC <成为超音速气流，故宜作喷管（拉伐尔喷管）当入口处1M >时，在0dA <段，0dC <；在喉部降到音速，继而在0dC <成为亚音速气流，故宜作扩压管（缩放形扩压管）。
(a) (b) (c)4. 有一渐缩喷管，进口前的滞止参数不变，背压（即喷管出口外面的压力）由等于滞止压力逐渐下降到极低压力。
《工程热力学》教学课件第4-5章
工程热力学 Thermodynamics 二、摩尔气体常数及其他形式
由阿伏伽德罗定律知：在同温同压下任何气体的摩尔
体积都相等。
pVm 常数 R T
pVm RT
摩尔气体常数R，与气体种类和气体状态无关。
R 8.31431J/(mol K)
其他形式还有 pV mRgT 或 pV nRT
Rg
c t2
c
t2 0C
t2
c
t1 0C
t1
t1
t2 t1
工程热力学 Thermodynamics
（3）平均比热容的直线关系式：
c t2 t1
a bt
a b(t2
t1)
（4）定值比热容：
定值比热容表
工程热力学 Thermodynamics
三、理想气体的热力学能和焓及熵
du cVdT
；u
T2 T1
cV
dT
dh cpdT ；h
T2 T1
c
p
dT
真实比热容 平均比热容
u
T2 T1
cV
dT
u
cV
t2 t1
(t2
t1)
平均比热容（表）
u
cV
t2 0C
t2
cV
t1 0C
t1
定值比热容
u cV T cV t
h
T2 T1
c
p dThcpt2 t1(t2
t1 )
工程热力学 Thermodynamics
第四章 理想气体的热力性质
第一节 理想气体及其状态方程式 一、概述 二、状态方程：
pv RgT 称为克拉珀龙状态方程。
理想气体定义：凡是遵循克拉贝珀状态方程的气体
工程热力学和传热学课后题答案
第2章课后题答案解析
简答题
简述热力学第一定律的实质和应用。
计算题
计算一定质量的水在常压下从100°C冷却 到0°C所需吸收的热量。
答案
热力学第一定律的实质是能量守恒定律在 封闭系统中的表现。应用包括计算系统内 能的变化、热量和功的相互转换等。
答案
$Q = mC(T_2 - T_1) = 1000gtimes 4.18J/(gcdot {^circ}C)times (0^circ C 100^circ C) = -418000J$
工程热力学和传热学课后题答 案
目
CONTENCT
录
• 热力学基本概念 • 气体性质和热力学关系 • 热力学应用 • 传热学基础 • 传热学应用 • 习题答案解析
01
热力学基本概念
热力学第一定律
总结词
能量守恒定律
详细描述
热力学第一定律是能量守恒定律在热力学中的表述，它指出系统能量的增加等于进入系统的能量减去离开系统的 能量。在封闭系统中，能量的总量保持不变。
热力学第二定律
总结词：熵增原理
详细描述：熵增原理指出，在一个孤 立系统中，自发反应总是向着熵增加 的方向进行，而不是减少。这意味着 孤立系统中的反应总是向着更加无序、 混乱的方向进行。
热力过程
总结词：等温过程 总结词：绝热过程 总结词：等压过程
详细描述：等温过程是指系统温度保持不变的过程。在 等温过程中，系统吸收或释放的热量全部用于改变系统 的状态，而不会引起系统温度的变化。
热力过程分析
总结词
热力过程分析是研究系统在热力学过程 中的能量转换和传递的过程，包括等温 过程、绝热过程、多变过程等。
VS
详细描述
等温过程是指在过程中温度保持恒定的过 程，如等温膨胀或等温压缩。绝热过程是 指在过程中系统与外界没有热量交换的过 程，如火箭推进或制冷机工作。多变过程 是指实际气体在非等温、非等压过程中的 变化过程，通常用多变指数来表示压力随 温度的变化关系。
工程热力学__第五章气体动力循环
k 1 k
p2 p1
k 1 k
T2 T1
T1 1 1 1 1 1 k 1 T2 T2 p2 k T1 p1
T
2 1
3
4
t,C
T1 1 T3
热效率表达式似乎与卡诺循环一样
s
勃雷登循环热效率的计算
热效率：
t 1
p
2 3 2 4 T 3
4
1 1
v s
定压加热循环的计算
吸热量
q1 cp T3 T2
放热量(取绝对值）
T 2
1
3
4
q2 cv T4 T1 热效率
w q1 q2 q2 t 1 q1 q1 q1
s
定压加热循环的计算
k 1 热效率 t 1 k 1 k ( 1) t
T1
s
燃气轮机的实际循环
压气机： 不可逆绝热压缩 燃气轮机：不可逆绝热膨胀 T
定义：
3 2 1
2’
4’
压气机绝热效率
h2 h1 c h2' h1
4
燃气轮机相对内效率
oi
h3 h4' h3 h4
s
燃气轮机的实际循环的净功
净功
' w净 h3 h4' h2' h1
oi h3 h4
h2 h1
T
2 1
2’
3
4’
c
' opt w净 oic
k 2 k 1
4
吸热量
q h3 h2' h3 h1
' 1
- 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)。
5.2、喷管中气流参数变化和喷管截面积关系 1 压力与流速变化的关系
q dh vdp
dh cdc 0
cdc vdp
1 1 p 2 c p
c2 2 c dp dc 1 dp s2 c c p Ma2 p
结 流动过程中工质压力的变化和速度的变化趋势 论 相反
压力比
结 论
滞止参数（即初始状态参数p1、v1、c1）一 定时，出口流速c2取决于p2/p*
5.4、气体流经喷管的流速
2 临界流速与临界压力比 理论最大流速
c2 2 k p p*v* 1 ( 2 ) * k 1 p
k 1 k
c2 cmax
临界状态
cmax 2
1
课堂思考
下列形状的管道，在入口气流分别为超声速
流动和亚声速流动时，分别起到什么作用？
亚声速 超声速
喷管
扩压管
缩放喷管
输送管道
扩压管
喷管
缩放扩压管
输送管道
5.3 滞止参数Biblioteka 定义：气体流速为0或流速虽大于0但按定熵过程 折算到流速为0时的各种参数称为滞止参数。
1 理想气体滞止参数的确定
c2 2
T p* p T
5.2、喷管中气流参数变化和喷管截面积关系 2 比体积与流速变化的关系
dc 1 dp c Ma 2 p
dv dp 0 v p
dv Ma v
2
dc c
比体积的变化和流速的变化是同向的。 结 它们的变化率大小关系则取决于工质流速，与 论 马赫数有关。
5.2、喷管中气流参数变化和喷管截面积关系 3 流速变化对截面积的要求
Ma>1 Ma<1
dA >0 Ma≥1
dA<0
3 流速变化对截面积的要求
dA dc ( Ma 2 1) A c
对扩压管，dc<0
③如进口马赫数Ma>1，而要 求出口马赫数Ma<1，则应当 采用缩放扩压管 注意
Ma>1 Ma<1
dA<0
dA >0
确定某一管道是喷管或扩压管并不取决于管道的形 状，而是由管道内工质状态的变化所决定的。
2 能量方程：能量守恒定律应用于工质流动。
1 2 2 q (h2 h1 ) (c2 c1 ) g ( z2 z1 ) ws 2
q dh vdp
2 c2 c12 h2 h1 0 2
dh cdc 0
喷管：加速气流
cdc vdp
扩压管：降低流速，提高压力
工程热力学
Engineering Thermodynamics
第五章 气体的流动和压缩
内容提要
一、一元稳定流动的基本方程 二、喷管中气流参数变化和喷管截面 变化的关系 三、气体流经喷管的流速 四、压气机的压气过程
第五章 气体的流动和压缩
5.1、一元稳定流动的基本方程
稳定流动是指系统（内部及边界）各点工质的所 有热力参数及运动参数都不随时间而变化的流动。 条件：①任一截面参数不随时间变化； ②任一截面的质量流量均相同； ③与外界交换的功和热量不随时间变化； 一元稳定流动：工质的状态参数和流动参数只沿 着流动方向才发生变化
dv Ma v
2
dc c
dA dv dc A v c
dA dc ( Ma 2 1) A c
对于喷管或扩压管，管道截面的增大或减小取 结 论 决于入口状态下的马赫数。
3 流速变化对截面积的要求
dA dc ( Ma 2 1) A c
对喷管，dc>0
①入口亚声速流动。Ma<1， 则Ma2 – 1 <0，应采用渐缩喷 Ma<1 管，即截面积沿流动方向逐渐 减小，dA <0 ②入口超声速流动。Ma>1， Ma＞1 则Ma2 – 1 >0，应采用渐扩喷 管，即截面积沿流动方向逐渐 增大，dA >0
p*v*
ccr
临界流速
pcr 1 ccr 2 p v 1 ( * ) 1 p
* *
cr
1
p2 0 p*
2 临界流速与临界压力比
临界压力比
pcr 2 cr * p 1
*
1
h* h
h c pT
c2 T T 2c p
*
T v* v * T
1 1
5.4、气体流经喷管的流速
1 流速的计算
c2 2(h1 h2 ) c12 2(h* h2 )
对理想气体
k 1 k p2 k * * c2 2 p v 1 ( * ) k 1 p
5.1、一元稳定流动的基本方程
3 过程方程
根据过程进行的特点描述工质参数变化规律的数 学表达式。 dv dp pv 0 0
4 声速和马赫数
cs pv RgT
v
p
理想气体
c c Ma cs RgT
注意
声速是状态参数，是指流体在某一状态（p、v 或T）时的声速，称为当地声速。
3 流速变化对截面积的要求
ccr
喉部 Acr , pcr , Tcr
沿 流 动 方 向 的 变 化 规 律
喷 管 内 工 质 各 参 数
3 流速变化对截面积的要求
dA dc ( Ma 2 1) A c
对扩压管，dc<0
①入口亚声速流动。Ma<1， 则Ma2 – 1 <0，应采用渐扩扩 Ma<1 压管，即截面积沿流动方向逐 渐增大，dA >0 ②入口超声速流动。Ma>1， 则Ma2 – 1 >0，应采用渐缩扩 压管，即截面积沿流动方向逐 渐减小，dA <0
Ma≤1
dA<0 Ma＞1
dA >0
3 流速变化对截面积的要求
dA dc 2 ( Ma 1) A c
对喷管，dc>0
③如进口马赫数Ma<1，而要 Ma<1 求出口马赫数Ma>1，则应当 采用缩放喷管（拉伐尔喷管） dA<0
Ma>1
dA >0
临界截面，气体达到当地音速，对应的状态 称为临界状态
5.1、一元稳定流动的基本方程
1 连续性方程
质量守恒定律应用于工质流动的数学表达式
1
i
2
qm
1
Ac const v
i
2
dA dv dc A v c
课堂思考
上式用于水时有什么结论，生活中有哪些应
用呢？如果是气体呢？
对不可压缩流体，一定质量流量条件下，流 道截面减小，流速增加。
5.1、一元稳定流动的基本方程