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1、习题提示与答案第六章热能的可用性及火用分析6-1汽车用蓄电池中储存的电能为1440W·h。现采用压缩空气来代替它。设空气压力为6.5MPa、温度为25℃，而环境的压力为0.1MPa，温度为25℃，试求当压缩空气通过容积变化而作出有用功时，为输出1440W·h的最大有用功所需压缩空气的体积。提示：蓄电池存储的电能均为可转换有用功的火用，用压缩空气可逆定温膨胀到与环境平衡时所作出的有用功替代蓄电池存储的电能，其有用功完全来源于压缩空气的火用，即Wu=mex,U1。单位质量压缩空气火用值e,xU1=()()u1−u0+p0v1−v0−T0(s1−s0)，空气作
2、为理想气体处理。3答案：V=0.25m。6-2有一个刚性容器，其中压缩空气的压力为3.0MPa，温度和环境温度相同为25℃，环境压力为0.1MPa。打开放气阀放出一部分空气使容器内压力降低到1.0MPa。假设容器内剩余气体在放气时按可逆绝热过程变化，试求：(1)放气前、后容器内空气比火用e的值；(2)空气由环境吸热而恢复到25℃时空气的x,U比火用e的值。x,U提示：放气过程中刚性容器中剩余气体经历了一个等熵过程，吸热过程为定容过程；空气可以作为理想气体处理；各状态下容器中空气的比火用exU,=()()u−u0+p0v−v0−T0(s−s0)。答案：ex
3、,U1=208.3kJ/kg，ex,U2=154.14kJ/kg，ex,U3=144.56kJ/kg。6-3有0.1kg温度为17℃、压力为0.1MPa的空气进入压气机中，经绝热压缩后其温度为207℃、压力为0.4MPa。若室温为17℃，大气压力为0.1MPa，试求该压气机的轴功，进、出口处空气的比火用ex,H。提示：工质为理想气体；压气机的轴功w1,s−2=Δh=cp0ΔT，比火用ex,H=(h-h0)-T0(s-s0)。答案：w1,s−2=-19.08kJ，ex,H1=0kJ/kg，ex,H2=159.4kJ/kg。6-4刚性绝热容器由隔板分成A、B
4、两部分，各储有1mol空气，初态参数分别为pA=200kPa，TA=500K，pB=300kPaB，TBB=800K。现将隔板抽去，求混合引起的熵产及火用损失。设大气环境温度为300K。提示：工质为理想气体；熵产ΔSg=ΔSiso=ΔSA+ΔSB,火用损失Ex,L=T0ΔSg。第六章热能的可用性及火用分析·33·答案：ΔSg=.1147J/K,Ex,L=343.1J。6-51kg空气经绝热节流，由0.6MPa，127℃变化到0.1MPa，求节流引起的熵产及火用损失。设大气环境温度为300K。T2p2提示：熵产Δsg=Δs=cpln−Rgln，火用损失ex
5、,L=T0Δsg。T1p1答案：ΔSg=0.5142kJ/K,Ex,L=154.3kJ。36-6容积0.1m的刚性容器，初始时为真空，打开阀门，0.1MPa、303K的环境大气充入，充气终了时压力达到与环境平衡。分别按绝热充气和等温充气两种情况，求充气过程的熵产及火用损失。已知空气cp=.1004kJ(kg⋅K)，Rg=.0287kJ(kg⋅K)，κ=4.1kJ(kg⋅K)。提示：工质看做理想气体；理想气体的热力学能和焓为温度的单值函数；充、放气过程的能量方程u2-u1=q+hi-he-ws；火用损失Ex,L=T0ΔSg。(1)绝热充气过程特征：u1=0
6、、he=0、q=0、ws=0；过程熵变完T2p2全由熵产造成，即ΔSg=ΔS=m(cpln−Rgln);(2)等温充气过程特征：u1=0、he=0、ws=0；过程的熵TipiQ产ΔSg=−ΔSf=−。（注：角标“i”表示流入；“e”表示流出。）T答案：绝热充气ΔSg=0.0277kJK，Ex,L=8.39kJ；等温充气ΔSg=0.033kJK，Ex,L=9.99kJ。6-7一绝热容器内有某种流体5kg，为使流体处于均匀状态，采用搅拌器不断搅动流体。设搅拌过程中流体的温度由15℃升高至20℃，已知环境温度为15℃，流体的比热容为6kJ/(kg·K)。试求：
7、(1)搅拌过程中消耗的功及火用损失；(2)假设用100℃的热水循环来加热流体而使流体温度由15℃升高到20℃时的火用损失。并说明消耗的功和火用损失不同的原因。提示：火用损失等于所消耗的火用与流体火用的增加值之差。搅拌时，消耗的是功量火用，加热时，消耗的是热量火用；两种情况流体火用的增加值ΔEx,U12=T0Δsg相同。答案：搅拌：Ws=−150kJ，Ex,L=148.7kJ；供热：Ex,L=32.89kJ。搅拌所消耗的功量全是火用，热库所供热量中仅一部分是火用。因而，加热方式比搅拌方式的火用损失小。6-8根据习题6-3中压气机的压缩过程及环境条件，试求该
8、过程由初态变化到终态时的作功能力及该过程的火用损失。提示：稳定流动开口系统的进口
