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工程热力学第四章习题课在刚性封闭的气缸内，温度为25℃的空气被加热到100℃。若气缸容积为1m3，空气质量为3kg，气缸壁保温很好，求气体的吸热量、内能变化量和终了状态的压力。解：（1）气体的吸热量由于气缸为刚性封闭的，则该过程为定容过程。 ，则 查附表3可知，（2）气体的内能变化量 对于定容过程有，，则气体的内能变化量为： （3）气体终了状态的压力 由理想气体状态方程：由附表3知，R空气 = 0.287 kJ/(kg·K)，则空气终了状态的压力p2为： 2、初始状态为 的2Kmol N2绝热膨胀到原容积的2倍。试分别按下列过程计算气体终温、焓变、对外做功量和熵的变化量。（1）可逆膨胀。（2）向保持恒外压 的气缸膨胀。（3）向真空进行自由膨胀。解： 查附表3可得N2的主要物理特性： 绝热指数 k = 1.4气体常数 分子量 （1）可逆膨胀A、气体终温：由公式可得： B、焓变： C、对外做功量： D、熵变化量：由于是可逆绝热过程，则的气缸膨胀 （2）向保持恒外压A、气体终温：所以B、焓变：C、对外做功量： D、熵变： （3）向真空进行自由膨胀A、气体终温： 由于向真空自由膨胀，所以不对外做功，也没有热量交换。即，所以，因此B、焓变： C、气体对外做功量： 由于在真空中自由膨胀，所以气体不对外做功，即 W = 0D、熵变化量： 如图4-40所示，气缸和活塞均由刚性理想绝热材料制成，活塞和气缸间无摩擦。初始状态时活塞两侧各有5kg空气，压力均为0.3MPa，温度均为20℃。现对A加热至B中气体压力为0.6MPa。试计算：（1）过程中B内气体接收的功量；（2）过程终了时A、B中气体的温度；（3）过程中A内气体吸收的热量。解：（1）过程中B内接受的功量 查附表3可得空气的主要物理参数： ，B中为绝热过程，Q = 0，根据由题意可知， 得 则B内气体接收的功量为： （2）过程终了时A、B中气体的温度 由（1）可知B内气体终了温度为：设A、B气体在初始状态各占体积为V m3，则对于B气体有： 代入数据得： 解得B气体的终了体积为： 由于A、B的总体积不变，则A的终了体积为： 由题意知A气体的压强最后也是0.6 MPa，即得气体A的终了温度为： 根据气体状态方程：（3）过程中A内气体吸收的热量解法一：由热力学第一定律，虽然在A中的气体通过缸壁传递的热量为0，但电热丝加热量存在，可得 解法二：把容器看成一个系统，由于系统与外界绝热，因此传递的热量为0，但电热丝加热量存在。此外系统不对外做功，外界也没有对系统做功，则W = 0。由热力学第一定律可得 6、蒸汽由初态p1=3MPa，t1=300℃可逆膨胀到p2=0.1MPa，x2=0.9的终态。若膨胀过程在T-s图上为直线，求膨胀过程中每千克蒸汽与外界交换的热量和功量解： 查表15、14知：当时有： (300℃，2.5Mpa和5Mpa间线性插值)当时由杠杆规则有： 及题意“膨胀过程在T-s图上为直线”可得出结论：每千克蒸汽与外界交换的热量为直线与s轴围成的梯形面积，即：由公式 由公式可得每千克蒸汽与外界交换的功量为：现有一压缩机吸入湿空气的压力为0.1MPa，温度为25℃，相对湿度为0.6，若压缩机出口空气压力为0.4MPa，然后冷却至30℃。试计算过程中是否有水滴出现。解： 查饱和水蒸汽表得25℃时的饱和蒸汽压力为则吸气状态下水蒸气分压为： 增压后水蒸气分压为： 冷却后，通过查表可得30℃时的饱和蒸汽压为由于，这是不可能出现的，所以该过程将有水滴出现。随堂练习：一台压气机绝热压缩空气，已知进入压气机的空气参数为P1=0.1MPa，t1=10℃。用A组仪表测得出口处的空气状态参数为250℃，压力为0.7MPa，用B组仪表测得其参数为温度230℃，压力0.8MPa，空气比热CP=1.005KJ/（Kg.K），k=1.4。判断A、B哪组仪表测量的参数是正确的，并说明理由。压气机的实际功耗（kJ/kg）。 解： 已知：(1)当绝热可逆压缩时，空气达到最低温度。当过程为绝热可逆过程时：则当绝热可逆压缩到0.7MPa时温度为：所以A表测量正确。（2）压气机的实际功耗。由热力学第一定律： 因为为绝热过程，所以 则： 故压气机实际功耗为241.2 KJ/Kg。