工程热力学习题及答案

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1、习题一刚性容器中贮有空气2kg，初态参数P1=0.1MPa，T1=293K，内装搅拌器，输入轴功率WS=0.2kW，而通过容器壁向环境放热速率为。求：工作1小时后由容器和外环境所构成的孤立系统的熵增。（已知空气定容比热为0.7175kJ/kg.K，气体常数为0.287kJ/kg.K）解：取刚性容器中空气为系统，由闭系能量方程：经1小时，由定容过程：，取以上系统及相关外界构成孤立系统：习题二压气机空气由P1=100kPa，T1=400K，定温压缩到终态P2=1000kPa，过程中实际消耗功比可逆定温压缩消耗轴功多25%。设环境温度为T0=300K。求：压缩每kg气体的总熵变。（已知空气

2、气体常数为0.287kJ/kg.K）解：取压气机为控制体。按可逆定温压缩消耗轴功：实际消耗轴功：由开口系统能量方程，忽略动能、位能变化：因为理想气体定温过程：h1=h2故：孤立系统熵增：稳态稳流：习题三如果室外温度为-10℃，为保持车间内最低温度为20℃，需要每小时向车间供热36000kJ，求：1)如采用电热器供暖,需要消耗电功率多少。2)如采用热泵供暖，供给热泵的功率至少是多少。3)如果采用热机带动热泵进行供暖，向热机的供热率至少为多少。图1为热机带动热泵联合工作的示意图。假设：向热机的供热温度为600K，热机在大气温度下放热。热机热泵600K293K263K图1解：1)用电热器供

3、暖，所需的功率即等于供热率,故电功率为=10kW2)如果热泵按逆向卡诺循环运行，而所需的功最少。则逆向卡诺循环的供暖系数为=9.77热泵所需的最小功率为=1.02kW3)按题意，只有当热泵按逆卡诺循环运行时，所需功率为最小。只有当热机按卡诺循环运行时，输出功率为时所需的供热率为最小。由热机按所需的最小供热率为T0Q=200kJTA=400KTB=200KQ=200kJQ=200kJ图2习题四求出下述情况下，由于不可逆性引起的作功能力损失。已知大气p0=1013215Pa，温度T0为300K。（1）将200kJ的热直接从pA=p0、温度为400K的恒温热源传给大气。（2）200kJ的热

4、直接从大气传向pB=p0、温度为200K的恒温热源B。（3）200kJ的热直接从热源A传给热源B。解：由题意画出示意图5.4。（1）将200kJ的热直接从400K恒温热源A传给300K的大气时，kJ/KkJ/K热源A与大气组成的系统熵变为此传热过程中不可逆性引起的作功能力损失为（2）200kJ的热直接从大气传向200K的恒温热源B时，kJ/KkJ/K此过程不可逆引起的作功能力损失（3）200kJ直接从恒温热源A传给恒温热源B，则kJ/KkJ/KkJ/K作功能力损失可见（1）和（2）两过程的综合效果与（3）过程相同。