2024年3月17日发(作者：宝骏530新车多少钱一台)
第2章 热力学第一定律
第2章 热力学第一定律
2-1 定量工质，经历了下表所列的4个过程组成的循环，根据热力学第一定律和状态参
数的特性填充表中空缺的数据。
过程
2-3
Q/ kJ
-110
W/ kJ △U/ kJ
1-2 0 100 -100
80 -190
80
3-4 300 90 210
4-1 20 -60
2-2 一闭口系统从状态1沿过程123到状态3，对外放出47.5 kJ的热量，对外作功为
30 kJ，如图2-11所示。
（1） 若沿途径143变化时，系统对外作功为6 kJ，求过程中系统与外界交换的热量；
（2） 若系统由状态3沿351途径到达状态1，外界对系统作功为15 kJ，求该过程与外界
交换的热量；
（3） 若U
2
=175 kJ，U
3
=87.5 kJ，求过程2-3传递的热量，及状态1的热力学能U
1
。
图2-11 习题2-2
解：（1）根据闭口系能量方程，从状态1沿途径123变化到状态3时，
Q
123
=?U
1?3
+W
123
，
得
?U
1?3
=?47.5kJ?30kJ=?77.5kJ
从状态1沿途径143变化到状态3时，热力学能变化量
?U
1?3
保持不变，由闭口系能量
方程
Q
143
=?U
1?3
+W
143
，得
Q
143
=?77.5kJ+6kJ=?71.5kJ
，即过程中系统向外界放
热71.5kJ
（2）从状态3变化到状态1时，
?U
3?1
=U
1
?U
3
=?
(
U
3
?U
1
)
=??U
1?3
，由闭口系能
量方程
Q
351
=?U
3?1
+W
351
，得
Q
351
=77.5kJ?15kJ=62.5kJ
，即过程中系统从外界
吸热92.5kJ
（3）从状态2变化到状态3体积不变，
Q
23
=?U
2?3
+W
23
=?U
2?3
+
因此
Q
23
=?U
2?3
=U
3
?U
2
=87.5kJ?175kJ=?87.5kJ
∫
3
2
pdV=?U
2?3
，
1
第2章 热力学第一定律
由
?U
1?3
=U
3
?U
1
=87.5?U
1
=?77.5kJ
，得
U
1
=165kJ
2-3 某电站锅炉省煤器每小时把670t水从230℃加热到330℃，每小时流过省煤器的烟
气的量为710t，烟气流经省煤器后的温度为310℃，已知水的质量定压热容为4.1868
kJ/(kg·K)，烟气的质量定压热容为1.034 kJ/(kg·K)，求烟气流经省煤器前的温度。
解：设烟气流经省煤器前的温度为t℃，对省煤器列能量平衡方程：
c
水
m
水
?t
水
=c
烟
m
烟
?t
烟
，
4.1868×670×(330?230)=1.034×710×(t?310)
由上式，可求得烟气流经省煤器前的温度为692℃
2-4 一台锅炉给水泵，将凝结水由p
1
=6kPa，升至p
2
=2MPa，假定凝结水流量为200t/h，
水的密度=1000kg/m
3
，水泵的效率为88%，问带动此水泵至少需要多大功率的电动机？
解：给水泵所做压缩功是技术功，在压缩过程中水的比体积可看作保持不变
水泵耗功
w
P
=?w
t
=
∫
2
1
vdp=v
(
p
2
?p
1
)
=0.001×
(
2×10
6
?6×10
3
)
=1994J/kg
带动水泵所需电动机功率
P
=
q
m
w
P
η
P
200×10
3
kg/s×1994J/kg
==125.9kW
3600×0.88
2-5 制造某化合物时，要把一定质量的液体在大桶中搅拌，为了不致因搅拌而引起温度
上升，该桶外装有冷却水套利用水进行冷却。已知冷却水每小时取走的热量为29140kJ，化
合物在合成时每小时放出20950kJ的热量。求该搅拌机消耗的功率。
解：冷却水取走的热量与化合物合成放出的热量之差即为搅拌机消耗的功，
搅拌机消耗的功率
P=29140kJ/h?20950kJ/h=2275W
2-6 发电机的额定输出功率为100MW，发电机的效率为98.4%，发电机的损失基本上
都转化成热能，为了维持发电机正常运行，需要对发电机冷却，将产生的热量传到外界。假
设全部用氢气冷却，氢气进入发电机的温度为22℃，离开时的温度不能超过65℃，求氢气
的质量流量至少为多少？已知氢气的平均质量定压热容为c
pm
=14.3 kJ/(kg·K)。
100×10
6
解：列能量平衡方程，
×
(
1
?
0.984
)
=
14.3
×
10
3
×q
m
×
(
65
?
22
)
0.984
可得氢气的质量流量
q
m
=2.644kg/s=9.520t/h
2-7 某实验室用如图2-12的电加热装置来测量空气的质量流量。已知加热前后空气的
温度分别为t
1
=20℃，t
2
=25.5℃，电加热器的功率为800W。假设空气的平均定压质量比热容
为c
pm
=1.005kJ/（kg·K），试求每分钟空气的质量流量。
2
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状态,质量,热量,发电机,省煤器,温度,过程,外界
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