工程热力学习题解答-精品

工程热力学习题解答-精品内容摘要：

参数，只取决于状态，而与如何达到这一状态无关。 当工质的初始和终结态 1和 2指定以后，不管中间进行的过程特性如何，熵的变化（ 21SS ）也就完全确定了。 因此，在这种条件下不能说不可逆过程的熵增大于可逆过程的熵增。 7. 既然能量是守恒的，那还有什么能量损失呢。 答： 热力学第一定律告诉我们能量在转移和转换过程中，能量数量是守恒不变的，但是由于在能 量转移和转换的实际过程中不可避免地存在各种不可逆因素，如相对运动的物体之间的摩擦以及传热过程中的温差，等等，这些不可逆因素总会造成能量转移和转换后能量品 位 的降低和做功能力的减少，而这种降低或减少不是能量数量上的而是能量质量上的， 即由可用能变成废热的 不可逆损失，这就是热力学第二定律所揭示的另外一种意义上的能量损失。 习 题 41 设有一卡诺热机，工作在温度为 1200 K和 300 K的两个恒温热源之间。 试问热机每作出 1 kWh功需从热源吸取多少热量。 向冷源放出多少热量。 热机的热效率为若干。 [编题意图 ] 通过习题 41，习题 42和习题 43三个题具体算例验证卡诺定理看出，无论采用什么工质（ 41采用任意介质， 42采用空气介质， 43采用氩气介质）、无论采用怎样的循环（ 41和 42种是无回热卡诺循环， 43中是有回热卡诺循环），当热源温度 (T1=1200K)和冷源温度（ T2=300K）取定不变时，三个卡诺循环有相同的确定不变的循环热效率（ 75%）。 这样编选这三个习题的目的之一；目的之二是通过习题 43证明，如果不采用回热方式，过程 4 1所吸收的热量由热源供给，过程 2 3所放出 的热量由冷源放出，由于这种不等温供热过程必然引起整个孤立系的熵增，从而导致循环热效率的下降。 [求解步骤 ] 卡诺热机的热效率可由 (420)式求得： 21 3001 1 0 . 7 5 7 5 %1200tc TT       再由式 (421)式得热机从热源吸收热量 01 3600 48000. 75cc tcWQ k JW   向冷源放出热量 2 1 0 4 8 0 0 3 6 0 0 1 2 0 0c c cQ Q W k J     【 讨论】从略 第四章 热力学第二定律 8 42 以空气为工质，在习题 41所给的温度范围内进行卡诺循环。 已知空气在定温吸热过程中压力由 8 MPa降为 2 MPa。 试计算各过程的功和热量及循环的热效率（按定比热容理想气体计算）。 解： 空气按理想气体处理。 所进行的卡诺循环如右图所示（以为 1kg工质空气） 1 2 定温吸热过程 由 (383)式可得 1 1 1211ln 87 1 12 00 ln247 /T T tTq W WpRTpkJ kg 2 3 等熵膨胀过程 0 2 1( ) 0 .7 1 8 /( ) ( 1 2 0 0 3 0 0 ) 6 4 6 .2 0 /svw C T T k J k g K K K k J k g       5 0q 3 4 定温压缩过程 1 . 411 1 . 4 13 23 2 2213 0 0 K2 M P a 0 . 0 1 5 6 2 5 M P a1 2 0 0 KkkT Tp p pTT                 1424 1 111 3 0 0 K8 M P a 0 . 0 6 2 5 M P a1 2 0 0 KkkTTp p p                所以 32 2 240 . 0 1 1 6l n 0 . 2 8 7 1 / ( ) 3 0 0 l n0 . 0 4 6 5 91 1 9 . 3 5 k J / k gT T g pq W R T k J k g K KP      4 1 定熵压缩过程 因而 41 3 0 0 .1 9 1 2 7 7 .7 9 9 7 7 .6 0 /tsW h h k J k g      0 0 0 2 1( ) ( )0 .7 1 8 k J /( k g K ) ( 3 0 0 K 1 2 0 0 K )6 4 6 .2 k J /k gs v vW C T T C T T      0sq 卡诺循环热效率 00114 7 7 . 6 1 1 9 . 7 5 75%4 7 6 . 6cctc cck J k JWq k g k gkJWq kg    可见卡诺循环热效率 75%tc  与 (41)题结果一样 Ts1 2341 Tq2 Tq1 8P M P a 22P M P aO1T2T第四章 热力学第二定律 9 43 以氩气为工质，在温度为 1 200 K和 300 K的两个恒温热源之间进行回热卡诺循环 (图420)。 已知 p1 = p4 = MPa； p2 = p3 = MPa ，试计算各过程的功、热量及循环的热效率。 如果不采用回热器，过程 4→ 1由热源供热，过程 2→ 3向冷源排热。 这时循环的热效率为若干 ?由于不等温传热而引起的整个孤立系（包括热源、冷源和热机）的熵增为若干（按定比热容理想气体计算） ? 解： 查附表 1 ，得 Ar ， C 0 .5 2 0 8 /( )po kJ kg k， /( )R kJ kg k 1 2 定温吸热膨胀过程： 21 1 1 11ln1 . 50 . 2 0 8 1 1 2 0 0 l n 6 7 6 . 2 5 /0 . 1T T t Tpq W W R Tpk J k g      2 3 定压放热过程 3 2 0 3 2( ) 0 . 5 2 0 8 ( 3 0 0 2 0 0 )4 6 8 . 7 2 /ppq h h c T Tk J k g       0tpW 3 2 3 2( ) ( ) 081 ( 300 200 )187 .29 /pW p V V R T Tk J k g      3 4 等温放热压缩过程 32 2 2 , 24ln0 . 10 . 2 0 8 1 3 0 0 l n 1 6 9 . 0 6 /0 . 5T T t Tpq W W R Tpk J k g       4 1 定压吸热过程 1 4 0 1 4( ) 0 . 5 2 0 8 ( 1 2 0 0 3 0 0 )4 6 8 . 7 2 /ppq h h C T Tk J k g       0tpW 1 2 1 4( ) ( ) 81 (120 0 300 )187 .29 /pW p V V R T Tk J k g      回热卡诺循环热效率 Ts1 234O1 1200TK2 300TK 回 热P P图 420 第四章 热力学第二定律 10 116 7 6 .2 5 4 6 8 .7 2 1 6 9 .0 6 4 6 8 .7 26 7 6 .2 50 .7 5 7 5 %o c o ctcccwqqq    016 7 6 . 2 5 4 6 8 . 7 2 4 6 8 . 7 2 1 6 9 . 0 66 7 6 . 2 5 4 6 8 . 7 20 . 4 4 3 0 4 4 . 3 %tc qq      1 4 4 11 4 4 10 1 4 0 1 4410 1 441011( ) ( )11( ) ( )110. 52 08 ( 30 0 12 00 ) ( )30 0 12 00p p p ppppS S S Sq q q qT T T TC T T C T TTTC T TTT               。