第五章 水蒸汽的热力性质和热力过程
水蒸气的热力性质和热力过程
水蒸气的热力性质和热力过程水蒸气是水在升温和转化成气态时所形成的物质。
它具有一系列的热力性质和热力过程，对于理解水蒸气的特性和应用都非常重要。
首先，水蒸气的热力性质可以通过热容、比热容、蒸发潜热和饱和水蒸气压等参数来描述。
热容是指物质在吸收或释放热量时，温度的变化程度。
对于水蒸气来说，它的热容随着温度的升高而增加，这是因为水蒸气的分子间作用力较小，因此吸收热量后分子运动更活跃，温度升高的速率更快。
比热容是指单位质量物质温度升高一个单位时所吸收的热量，对于水蒸气来说，其比热容比水要小。
其次，水蒸气的热力过程包括等容过程、等压过程、准静态过程等。
等容过程是指在恒容条件下，水蒸气吸收或释放热量，而温度发生变化。
等压过程是指在恒压条件下，水蒸气吸收或释放热量，而温度发生变化。
准静态过程是指在过程中系统处于平衡状态，及时微小的温度波动也会使系统不再处于平衡状态。
水蒸气还具有一个重要的性质就是饱和水蒸气压。
饱和水蒸气压是指在一定温度下，液态水和水蒸气达到动态平衡时，水蒸气对应的压力。
饱和水蒸气压与温度之间存在着密切的关系，在一定温度范围内，饱和水蒸气压随着温度的升高而增加。
这个关系可以通过饱和水蒸气压与温度的对数关系来描述，即饱和水蒸气压-温度曲线。
这个曲线在一定条件下是稳定的，不会出现温度降低而饱和水蒸气压增加的情况。
水蒸气的热力过程在许多工业和自然现象中都有重要的应用。
例如，在汽轮机中，水的热力能被转化为机械能；在冷凝器中，水蒸气被冷却并变成液态水，释放出大量的热量，用于加热其他物质；在天气系统中，水的蒸发和凝结过程是形成云、降雨、雪等气象现象的基础。
综上所述，水蒸气具有一系列的热力性质和热力过程，对于理解其特性和应用具有重要意义。
我们可以通过热容、比热容、蒸发潜热和饱和水蒸气压等参数来描述水蒸气的热力性质。
水蒸气的热力过程包括等容过程、等压过程和准静态过程等。
这些性质和过程对于水蒸气在工业、自然现象中的应用都有重要的意义。
热工基础——水蒸气的热力性质和过程
2
pdv
1
pv2 v1
3、 饱和水的比体积随压力的升高略有增加，而饱和蒸汽的比 体积则随压力的升高明显的减小。
4、临界点上的比汽化潜热为零，即汽化在一瞬间完成。
第三节 水蒸气表
饱和水与饱和水蒸气表、未饱和水与过热蒸汽表
一、饱和水与饱和水蒸气表
1. 按温度排列，附表2
tp, v’，h’，s’， v”，h”，s” 2. 按压力排列，附表3
cp cv R
水蒸汽的热力学能、焓和熵通过查图和表求得。
第二节 水的定压汽化过程和
水蒸气的p-v图及T-s图
汽化和液化
蒸发 汽化
沸腾
一、饱和温度和饱和压力
饱和状态 相应的温度和压力称为饱 和温度（ts）和饱和压力， 两者一一对应。 ts =f(P)
饱和蒸汽 饱和水
二、水的定压汽化过程
容器中装有1kg水， p 0.1MPa ta 0C va 0.001 m3 kg
v’,v”
v >v” 过热蒸汽
Sx，hx
2、根据状态查相应的图或表，湿蒸汽查饱和水与饱和蒸 汽表，再利用干度公式求出。
3、热力学能利用公式u=h-pv求得。
例 P=0.5Mpa，v=0.36m3/kg，确定状态，并求出温 度、比焓、比热力学能和比熵。
解查：饱和水与饱和蒸汽表 ts=151.85C，v’=0.0010928m3/kg， v”湿=0蒸.3汽7481xm 3v/kvg' 0.96
处于平衡态单相均匀系= f ( p或 T )。v’，u’，h’，s’ （3）d：干饱和蒸汽，t = ts ， p、T 不再是独立的状态参数
处于平衡态单相均匀系= f ( p或T )。v”，u”，h”，s”
(优选)热工基础水蒸气图表及热力过程
定压过程的参数坐标图
15
二、绝热过程
水蒸气在汽轮机内的膨胀过程、水在水泵中的升压过程等， 在忽略热交换的条件下，都是绝热过程。如果在绝热过程中不 考虑摩擦等不可逆因素，则是定熵过程。定熵过程中关注的是 工质所做技术功的多少。
16
1）确定初、终状态参数 根据已知条件以及过程特点s1=s2，利用图或者表确定
数确定终态及终态的其他参数。
3）将过程及状态表示在p-v、T-s、h-s图上。
4）根据已求得的初、终态参数，应用热力学基本定律计
算热量和功量。
11
一、定压过程
锅炉各换热器内的吸热过程，给水在回热器内的加热过程， 凝汽器中乏汽的放热过程等，在忽略流动压损的条件下，均可 近似地看做定压过程。
12
一、定压过程
8
三、水蒸气的焓熵图
1）：h-s图的结构 h-s图是以焓h为纵坐标，以熵s为横坐标构成的，其分部的 区域多为湿蒸汽和过热蒸汽区：
水蒸气的焓熵图
9
2） h-s图的使用 ①、使用之前，应熟悉每一线群表示的参数单位，清楚 参数单位的分度大小。 ②、根据两个独立的状态参数，在h-s图上找交点。该交 点就是需要确定的状态点，然后读出过该点的相关参数值。
定压过程计算的是工质与外界交换的热量。 1）确定初、终状态参数 根据已知初状态的两个独立状态参数，查水蒸气图和表， 确定其初状态以及未知的其他参数；由过程特点p=常数和终态 点的一个状态参数，确定终状态点及终状态参数。 2) 水蒸气定压过程的参数坐标图 水蒸气定压过程在p-v、T-s、h-s图上的表示如下图所示。
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第四节水蒸气的热力过程
研究水蒸气的热力过程的目的与分析理想气体热力过程一
样，即为:①确定过程的初态与终态的参数； ②计算过程中的
工程热力学-06 水蒸气的热力性质
• 湿度 y = mw mv + mw
h ,v ,s
• 湿蒸汽的比状态参数计算
vx = (1− x)v'+ xv"= v'+ x(v"−v')
⎫
hx ux
= =
(1− x)h'+ hx − psvx
xh"
=
h'+
x(h"−
h')
=
h'+
xr
⎪ ⎪⎪⎬（6
−
12）
sx
=
(1−
x)s'+
xs" =
s'+
5
191.80 1149.2
10
1397. 1
20 1807.1
22.064 =pc
2063.8
6-2 水蒸气的产生过程
2、饱和水变为饱和水蒸汽的定压汽化过程
• 使1kg饱和水在一定压力下完全变为相同 温度的饱和水蒸气所需加入的热量称为
水 的汽化潜热，用符号r表示。在温熵图上
汽
化 潜r热=则T相s应(于s "水−平线s '段)下的矩形面积：
蒸发：汽液表面上的汽化 沸腾：表面和液体内部同时发生的汽化
(气体和液体均处在饱和状态下) 饱和状态：汽化与凝结的动态平衡
蒸发：任何温度 沸腾：沸点 凝结：物质由蒸汽变为液体的过程
1、蒸发与凝结
蒸发：逸出的分子数 > 被液面俘获的分子数 凝结：逸出的分子数< 被液面俘获的分子数
蒸发
力平衡 热平衡
化学不平衡
3、湿饱和蒸汽 除p或T外，其它参数与两相比例有关
热工基础 第五章.水蒸气与湿空气
液体 汽化
蒸发 ：任何温度下在液体表面进行的
汽化现象，温度愈高愈强烈。
沸腾 ： 沸腾是在给定压力所对应的温
度下发生并伴随着大量汽泡产生 的汽化现象。
p
饱和状态：液面上蒸气空间中 的蒸气和液体两相达 饱和蒸气 到动态平衡的状态 。
饱和液体
ts
饱和压力ps、饱和温度ts： ps f (ts ) 水蒸气：ps＝0.101325 MPa，ts=100 º C
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f t tw
根据干湿球温度计测量的干、湿球温度就可 以由上式确定空气相对湿度的大小。
30
第五章小结
重点掌握：
(1) 水蒸气的定压加热产生过程，在 p-v 图和 T-s 图上表示定压加热时水蒸气的状态变化； (2) 利用水和水蒸气表及水蒸气的焓熵图确定 水蒸气的状态参数。 (3) 湿空气的性质及其描述方法，利用焓-湿图 表示湿空气的加热吸湿和冷却去湿过程，。
Td称为露点温度，简称露点。 pv ps T 结露： 定压降温到露点，湿空气中的水蒸气饱和， 凝结成水（过程1－2）。 结霜： Td 0 C
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3. 绝对湿度、相对湿度和含湿量
湿度：湿空气中水蒸气的含量。 （1） 绝对湿度 1m3的湿空气中所含水蒸气的质量称为湿空气 的绝对湿度，即湿空气中水蒸气的密度：
湿蒸汽的状态参数 1kg 湿蒸汽是由x kg干蒸汽和（1－x）kg饱 和水混合而成， vx xv 1 x v v x v v 注意 hx xh 1 x h h x h h 单位 sx xs 1 x s s x s s
5-2
水蒸气的状态参数
一般情况下，水蒸气的性质与理想气体差 别很大 ,为了便于工程计算，将不同温度和不 压力下的未饱和水、饱和水、干饱和蒸汽和过 热蒸汽的状态参数列成表或绘成线算图。 饱和水与饱和蒸气表 分为以温度为序（附录表5）和以压力为序 （表6）两种。
水蒸汽和湿空气
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h-s 图上可直接读出焓值，便于求取焓变。 h-s图的结构：C—临界点，x＝0线，x＝1 线；定压线、定温线和定容线，在饱和区内还 有定干度线。 定压线—在h-s图上呈发散分布。由Tds＝ dh-vdp可知，定压线在h-s图上的斜率为
饱和区内，p＝const→ ＝const，所以定压线为一簇斜率不同的直 线。在过热区，随着温度的增高，定压线趋于陡峭。 定温线—饱和区内与定压线重合；在过热区与定压线自上界 线处分开后逐渐趋于平坦。即p↓→蒸汽性质趋近理想气体。 定容线—走向与定压线相同，但比定压线稍陡(图中虚线)。 定干度线—一组干度等于常数的曲线。 x<0.5的区域图线过密，工程中也不经常使用这部分数据，所 以通常所用的h-s图线中不包括这一区域。
定义干饱和蒸汽湿饱和蒸汽质量饱和水由于湿饱和蒸汽实质上是干饱和蒸汽与饱和水的混合物因此其热力学能焓熵及容积可表示为引入干度的关系式可得即如已知湿饱和蒸汽干度x即可利用饱和水及干饱和蒸汽的状态参数求得湿饱和蒸汽的相应状态参数的数值
第五章 水蒸气的性质 与热力过程
基本知识点 水蒸气的产生过程、水蒸气状态参数 的确定、水蒸气图表的结构和应用、水 蒸气在热力过程中功量和热量的计算。
T Tc e3 e2 e1
B
v
s
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一点：临界点 二线：上界线、下界线 三区：过冷水区、湿蒸汽区、过热蒸气区 五态：未饱和水状态、饱和水状态、湿饱和蒸汽状态、 干饱和蒸汽状态、过热蒸汽状态
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§5-2 水蒸气状态参数
水蒸气的热力性质比较复杂，用水蒸气状态方 程式计算比较困难。水蒸气的热力性质表和相应的 图线，提供了计算所需的各种状态下水蒸气参数的 详尽数据。
(6)第五章水蒸汽热力性质_热工基础 [兼容模式].
pv = ps (T )
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工程热力学 露点
露点：湿空气中的水蒸气分压力pv对应的饱和温度Td 称为露点温度, 简称露点。
pv < ps (T )
结露：定压降温到露点, 湿空气中的水蒸气饱和, 凝结 成水(过程1－2)。 结霜：Td < 0 DC
Ts=85.95 ℃ Ts=113.32 ℃
纯物质的p-T相图
p
液 固
p 流体
临界点
气 三相点
流体
固
液
临气界点 三相点
水
T
一般物质 T
工程热力学 水蒸气的定压发生过程
t < ts 未饱和水
v < v'
t = ts
t = ts
t = ts
t > ts
饱和水 饱和湿蒸汽 饱和干蒸汽 过热蒸汽
v = v' v'< v <v'' v = v'' v > v''
h, v, s
工程热力学
水和水蒸气表
两类
1、饱和水和干饱和蒸汽表 2、未饱和水和过热蒸汽表
工程热力学
34
工程热力学
35
工程热力学
表的出处和零点的规定
表依据1963年第六届国际水和水蒸气会议发表的国际骨架表编 制, IFC(国际公式化委员会)1967、1997和2005年先后发表分段 拟合的水和水蒸气热力性质公式, 但工程上仍会用到图表。 焓、内能、熵零点的规定： 原则上可任取零点, 国际上统一规定。
Thermal Process of Steam
工程热力学与传热学水蒸气的热力性质
蒸汽锅炉
蒸汽锅炉是产生水蒸气的关键设备， 通过燃烧燃料将水加热至沸腾产生水 蒸气，用于推动各种动力机械。
化工工程
化学反应
在化工工程中，水蒸气常作为反 应物或催化剂参与各种化学反应 ，如合成氨、硫酸等。
工程热力学与传热学水蒸气的热力 性质
目 录
• 水蒸气的形成与性质 • 水蒸气的热力学性质 • 水蒸气的传热性质 • 水蒸气在工程中的应用
01 水蒸气的形成与性质
水蒸气的定义
总结词
水蒸气是水的气态形式，由液态水或固态冰经过蒸发或升华 而来。
详细描述
水蒸气是大气中水分子以气态形式存在的一种状态，是水的 一种基本相态。当液态水受到热能作用时，会蒸发成水蒸气 ；而当固态冰受到足够的热量时，也会升华成水蒸气。
过热蒸汽比容
超过饱和蒸汽比容的蒸汽比容，与饱和蒸汽比容和过热度有关。
比容变化对水蒸气的影响
水蒸气的比容变化会影响其压力和温度变化，进而影响热力学过程 和传热过程。
水蒸气的焓
焓的定义
水蒸气的焓是指其具有的热量和压力势能的总和。
焓的计算公式
对于一定质量的水蒸气，焓的计算公式为 $H = h_v + P times V$，其中 $h_v$ 为水蒸气的 比焓，$P$ 为压力，$V$ 为比容。
焓对水蒸气过程的影响
在热力学过程中，水蒸气的焓值变化会影响其吸热量和做功量，进而影响过程进行的方向 和效率。
水蒸气的熵
01
熵的定义
水蒸气的熵是指其内部无序程度的度量。
02
熵的计算公式
对于一定质量的水蒸气，熵的计算公式为 $S = s_v + P times V$，其
热工基础--水蒸气图表及热力过程
如图所示，实际绝热膨胀过程按1-2′进行，且不可逆程度越 大，过程线1-2′越向右偏斜。
不可逆绝热过程的技术功wt ′ =h1-h2′ ，由于不可逆因素造 成的做功损失wt ′ =h2′ - h2。
①、已知p或t和干度x，由于干度x仅对湿蒸汽有意义，因
此处于湿蒸汽状态。
②、已知（p,t），查饱和水与饱和蒸汽表，得已知压力
下的对应饱和温度ts，其中
t ＜ ts ,未饱和状态。 t = ts ，饱和状态，需用干度再确定状态。 t ＞ ts ， 过热蒸汽状态。
3)、水蒸气状态的确定
①、已知p(或t)和某一参数如v、h、s,查饱和水与饱和蒸
2）几点说明 ①：u=h-pv(工程使用较少，未列)； ②：对于湿蒸汽的状态参数，要根据干度以及该压力下
的饱和水与干蒸汽计算，如hx = (1-x)h '+xh ''. ③:表中没有列出的中间温度和中间压力，要用内插法。
3)、水蒸气状态的确定
根据已知参数由水蒸气表确定其他未知参数时，必须先判
断工质的状态，再根据所处状态查对应的表，具体方法如下：
第四节水蒸气的热力过程
研究水蒸气的热力过程的目的与分析理想气体热力过程一 样，即为:①确定过程的初态与终态的参数； ②计算过程中的 能量。但由于水蒸气是实际气体，其参数的确定要使用 水蒸气 热力性质表和焓熵图。
分析水蒸气热力过程的一般步骤为： 1）用水蒸气图表，由初态的已知参数确定其他参数； 2）根据过程性质，如定压、定熵等，加上终态的已知参 数确定终态及终态的其他参数。 3）将过程及状态表示在p-v、T-s、h-s图上。 4）根据已求得的初、终态参数，应用热力学基本定律计 算热量和功量。
工程热力学(第5章--水蒸汽的热力性质)
18
5-2 水蒸气的定压产生过程
所以：随着p升高，b点向右移动，d点向左移动，即 预热过程增长，汽化过程缩短，过热过程增加。
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5-2 水蒸气的定压产生过程
当压力升高至pc=22.064MPa时，汽化过程缩成一点，即临 界点C，同时产生两线（CM、CN）和三区（Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ）。
D = t - ts
h
15
➢水蒸气定压产生过程中热量的计算
1.水的定压预热阶段：
液体热 ql h ' h0 kJ/kg
T
2.饱和水的定压汽化过程：
汽化潜热 r h" h ' kJ/kg
Ts
b
e d
r Ts s" s ' kJ/kg
3.干蒸汽的定压过热过程：
过热热 qs h h" kJ/kg
2
本章主要内容 水蒸气的饱和状态 水蒸气的定压产生过程 水蒸气的热力性质图表 水蒸气的基本热力过程
3
5-1 水蒸气的饱和状态
一、汽化：液态→汽态 （如锅炉水冷壁中水的汽化过程）
汽化方式有两种：1）蒸发，2）沸腾。
1、蒸发——在液体表面缓慢进行的汽化现象。
特点：它能在任何温度下进行；液体的蒸发速度取决于 液体的性质、液体的温度、蒸发表面积和液面上气流的流速。
饱和状态的特点： p s
①汽水共存；
ts
②汽水同温；
③饱和压力与饱和温度
成一一对应关系.
ts f ps
8
饱和温度与饱和压力的关系
ts f ps
ps上升， ts上升 ts上升， ps上升
饱和压力 0.005MPa
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第一篇工程热力学第一章基本概念一．基本概念系统：在热力学中，被人为的划分出来的研究对象称为热力系统，简称系统。
状态参数：描述系统宏观特性的物理量称为“系统的热力状态参数”，简称“状态参数”。
热力学平衡态：在无外界影响的条件下，如果系统的状态不随时间而变化，则系统所处的状态称为热力学平衡态。
温度：表征物体冷热程度的物理量。
热平衡定律：两个系统分别与第三个系统处于热平衡，这两个系统彼此之间必定处于热平衡。
温标：温度的数值表示法称为“温标”。
准平衡过程：如过此进行的足够缓慢，则封闭系统所经历的每一个中间状态足够接近平衡，这样的过程称为准静态过程。
可逆过程：系统进行了一个过程后，如系统和外界均能恢复到各自的初态，则这样的过程称为可逆过程。
循环：工质从初态出发，经过一系列状态变化又回到初态，这种闭合过程称为“循环”。
可逆循环：全部由可逆循环组成的循环称为可逆循环。
不可逆循环：含有不可逆过程的循环称为不可逆循环。
二、习题1．有人说，不可逆过程是无法恢复到起始状态的过程，这种说法对吗？不对。
不是不能恢复起初状态，而是不能自发的恢复初始状态。
2．牛顿温标,用符号°Ｎ表示其温度单位,并规定水的冰点和沸点分别为100°Ｎ和200°Ｎ，且线性分布。
（1）试求牛顿温标与国际单位制中的热力学绝对温标(开尔文温标)的换算关系式；（2）绝对零度为牛顿温标上的多少度?解：(1) t℃=T k-273.15t℃=N°Ｎ+100所以N°Ｎ=T k-373.15(2)当T=0 k时，代入上式得0 k为N=-373.15°Ｎ3．某远洋货轮的真空造水设备的真空度为0.0917ＭＰａ，而当地大气压力为0.1013MPa，当航行至另一海域，其真空度变化为0.0874MPa，而当地大气压力变化为0.097MPa。
试问该真空造水设备的绝对压力有无变化?解：由题意得P=P b-P v则P1=0.1013-0.0917=0.0096 MPaP2=0.097-0.0874=0.0096 MPa因为P1=P2；所以该真空造水设备的绝对压力没有变化。
4．如图1-1所示，一刚性绝热容器内盛有水，电流通过容器底部的电阻丝加热水。
试述按下列三种方式取系统时，系统与外界交换的能量形式是什么。
（1）取水为系统；（2）取电阻丝、容器和水为系统；（3）取虚线内空间为系统。
解：(1）交换的能力形式为：热量、物质。
(2)交换的能量形式为：热量、物质、（3）此系统为孤立系统，与外界无能量交换。
5．判断下列过程中那些是不可逆的，并扼要说明不可逆原因。
（1）在大气压力为0.1013MPa 时，将两块0℃的冰互相缓慢摩擦，使之化为0℃的水。
此过程不可逆。
两块冰相互缓慢摩擦过程有耗散效应，耗散效应是不可逆因素。
（2）在大气压力为0.1013MPa 时，用(0＋dt)℃的热源(dt →0)给0℃的冰加热使之变为0℃的水。
此过程不可逆。
这种情况是有限温差下的热传递，热不可以自发的从低温物体传递到高温物体。
（3）一定质量的空气在不导热的气缸中被活塞缓慢地压缩（不计摩擦）。
此过程为可逆过程。
（4）100℃的水和15℃的水混合。
此过程不可逆。
混合后，热量不可以自发的分开，产生100℃的水和15℃的水。
热量不能自发的从低温物体传递到高温物体。
6．如图1-2所示的一圆筒容器，表A 的读数为360kPa ；表B 的读数为170kPa ，表示室I 压力高于室II 的压力。
大气压力为760mmHg 。
试求:（1） 真空室以及I 室和II 室的绝对压力； （2） 表C 的读数；（3） 圆筒顶面所受的作用力。
图1-2解：(1)由题意可得真空室的压力为760mmHg -745mmHg =15 mmHg =76015325.101⨯=2.0 kPa 所以真空室的压力为2.0 kPa 。
P g =P-P b 所以1室和2室的绝对压力分别是P1=360kPa+2.0 kPa=362.0 kPa P2= P1-170kPa=192.0 kPa （2）表C 的读数P3=P2-2.0=190.0 kPa（3）F=P*S ，P=101.325 kPa- 2.0 kPa=99.325 kPa ， S=πr 2=3.14*(10002450⨯)2=0.158m 2所以圆筒顶面所受的作用力为15.693牛，方向向下。
第二章热力学第一定律一．基本概念功：力与同方向位移的乘积。
热量：除功以外，通过边界由外界传递给封闭系统的能量。
体积功：工质体积改变时所做的功。
节流：工质流过小孔后压力不能恢复原来数值的现象称为节流。
二．习题1．膨胀功、流动功、轴功和技术功四者之间有何联系与区别？解：膨胀功是工质膨胀时对外界作的功；流动功是外界为了克服工质在系统流动过程中的压力而作的功；轴功是外界通过旋转轴对流动工质作的功；技术功是工质在开口系统中所增加的动能和对外界作的轴功之和。
2．下面所写的热力学第一定律表达是否正确？若不正确，请更正。
⎰+∆=+∆+∆+∆=+=+∆=∆21221pdVH Q w z g c H q wdu q w u q sδ解：正确的表达式分别是： 1、w u q+∆= 2、w du q +=3、s w z g c h q +∆+∆+∆=221 4、⎰-∆=21vdp H Q3．一活塞、气缸组成的密闭空间，内充50g 气体，用叶轮搅拌器搅动气体。
活塞、气缸、搅拌器均用完全绝热的材料制成。
搅拌期间，活塞可移动以保持压力不变，但绝对严密不漏气。
已测得搅拌前气体处于状态1，搅拌停止后处于状态2，如下表所示。
活塞与气缸壁间有一些摩擦。
求搅拌器上输入的能量为多少？解：由题意可得 q=112212v p v p u u -+-Q=mq所以可求得搅拌器上输出的能量为Q=3.95 kJ4．1kg 空气由p 1=5MPa,t 1=500℃，膨胀到p 2=0.5MPa,t 2=500℃，得到热量506kJ ，对外做膨胀功506kJ 。
接着又从终态被压缩到初态，放出热量390kJ,试求：（1）膨胀过程空气热力学能的增量；（2）压缩过程空气热力学能的增量；（3）压缩过程外界消耗了多少功？ 解：（1） 由热力学公式可得WQ U-=∆ 已知Q=506 kJ ，W=506kJ 所以热力学能增量为0。
（2） 由（1）知在膨胀过程中系统的热力学能没有改变，压缩过程使系统又回到初态，所以在压缩过程空气的热力学能增量为0=∆U（3）由（2）可得0=-=∆W Q U， 所以==Q W -390kJ 所以压缩过程外界消耗390kJ 功。
5．一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 ，活塞对外作功800kJ 。
从状态2到状态3是一个定压的压缩过程，压力为p=400kPa ，气体向外散热450kJ 。
并且已知U 1=2000kJ, U 3=3500kJ ，试计算2-3过程中气体体积的变化。
解：W U Q +∆= 在1到2过程30080050012-=-=-=-=∆U U W Q UkJ所以2U =17003001=-U kJ在2到3过程中WU Q+∆=UQ W ∆-==-450-(3500-1700)=-2250 Kj由题意知W=P ΔV 所以3625.5m PWV -==∆ 所以在2到3过程中气体的体积减少了5.6253m6．现有两股温度不同的空气，稳定地流过如图2-1所示的设备进行绝热混合，以形成第三股所需温度的空气流。
各股空气的已知参数如图中所示。
设空气可按理想气体计，其焓仅是温度的函数，按{h}kJ/kg =1.004{T}K 计算，理想气体的状态方程为pv=RT, R=287J/(kg·K)。
若进出口截面处的动、位能变化可忽略，试求出口截面的空气温度和流速。
图解：由题意可得空气是稳定的流过设备，则左右管道进出气体的体积相等即：332211tA C tA C tA C =+ 所以83.103.015.0151.010322113=⨯+⨯=+=t A tA C tA C C m/s由前后能量守恒可得：233222211212121c h c h c h +=+++ 且 {h}kJ/kg =1.004{T}K解得T 3=004.121212123222211c c h c h -+++=588.40K 所以t 3=588.40-273.15=315.25℃7．某气体从初态p 1=0.1MPa ，V 1=0.3m 3可逆压缩到终态p 2=0.4MPa ，设压缩过程中p=aV -2，式中a 为常数。
试求压缩过程所必须消耗的功。
解：由题意解得a=0.009 p 2= aV 2-2 v 2=4.0ap a ==0.15 m 3 压缩过程消耗的功W=⎰=21v v pdv =⎰-dv av v v 21230 kJ8．如图2-2所示，p-v 图上表示由三个可逆过程所组成的一个循环。
1-2是绝热过程；2-3是定压过程；3-1是定容过程。
如绝热过程1-2中工质比热力学能的变化量为-50kJ/kg ，p 1=1.6MPa ，v 1=0.025m 3/kg ，p 2=0.1MPa ，v 2=0.2m 3/kg 。
（1）试问这是一个输出净功的循环还是消耗净功的循环？ （2）计算循环的净热。
解：(1)1到2过程 w 1=Q-U ∆=0-(-50)=50KJ/kg 2到3过程 w 2=()5.17212-=-v v p kJ/kg3到1过程无做功即w 3=0 所以这个循环的净功为321w w w w ++==50-17.5=32.5 kJ/kg所以这是一个输出净功的循环。
（2）循环过程0=∆UQ=5.3221=+W W kJ/kg所以循环的净热为32.5 kJ/kg9．某燃气轮机装置如图2-3所示。
已知压气机进口处空气的焓h 1=290kJ/kg ，经压缩后，空气升温使比焓增为h 2=580kJ/kg ，在截面2处与燃料混合，以w 2=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 。
燃烧后燃气经喷管绝热膨胀到状态3’,h 3’=800kJ/kg ，流速增至w 3’，燃气再进入动叶片，推动转轮回转做功。
若燃气在动叶片中热力状态不变，最后离开燃气轮机速度为w 4=100m/s 。
求： （1）若空气流量为100kg/s ，压气机消耗的功率为多少？（2）若燃料发热量q=43960kJ/kg ，燃料消耗量为多少？ （3）燃气在喷管出口处的流速w 3’是多少？ （4）燃气涡轮（3’-4过程）的功率为多少？ （5）燃气轮机装置的总功率为多少？ 解：（1）由题意可得w=v(h 2 –h 1)=100*(580-290)=2.9×104KW(2)工质消耗的量为 m=43960670=15.24g(3)2223232121w w h h q -+-= =3w (2q+)223222h h w-+21=36.06 m/s(4)图2-3第三章热力学第二定律一．基本概念克劳修斯说法：不可能把热量从低温物体传到高温物体，而不产生其他变化。