工程热力学第5章习题答案.pdf

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1、第5章热力学第二定律第5章热力学第二定律5-1当某一夏日室温为30℃时，冰箱冷藏室要维持在-20℃。冷藏室和周围环境有温差，因此有热量导入，为了使冷藏室内温度维持在-20℃，需要以1350J/s的速度从中取走热量。冰箱最大的制冷系数是多少？供给冰箱的最小功率是多少？解：QT25322制冷系数：ε====5.06WTT−5012Q13502供给水箱的最小功率：P===266.8Wε5.065-2有一暖气装置，其中用一热机带动一热泵，热泵从河水中吸热，传递给暖气系统中的水，同时河水又作为热机的冷源。已知热机的高温热源温度为t1=230℃，河水温度为t2=15

2、℃，暖气系统中的水温t3=60℃。假设热机和热泵都按卡诺循环计算，每烧1kg4煤，暖水得到多少热量？是煤发热量的多少倍？已知煤的燃烧热值是2.9×10kJ/kg。解：WTT−23015−21512由热机侧：η=====0.427QT273230+50311''QT27360+333由热泵侧：ε=====7.4'WTT−−6015452''QT−TT2153331121=⋅=×εη7.40.427=⋅=⋅=3.16倍'QTT−T5034511124Q1’=2.9×10×3.16=91640kJ5-3试用p-v图证明：两条可逆绝热线不能相交（如果相交则违反热

3、力学第二定律）。解：反证法：'P假设S线与S线能相交，交点为B，而T线SS’'与S线相交于A，T线与S线相交于C，则构成A循环ACBA→→→，AC为定温过程，CB为绝C热过程，BA为绝热过程。则此循环成为一个只从T单一热源T吸热而源源不断地对外做功，违反了热B力定律的开尔文—普朗克说法。所以假设不成立，即两条绝热线不能相交。V5-4有一卡诺机工作于500℃和30℃的两个热源之间，该卡诺热机每分钟从高温热源1第5章热力学第二定律吸收1000kJ，求：（1）卡诺机的热效率；（2）卡诺机的功率（kW）。WTT−50030−47012解：η=====0.608Q

4、T273500+733111000WQ=⋅=η×0.60810.13=kw1605-5利用一逆向卡诺机作热泵来给房间供暖，室外温度（即低温热源）为-5℃，为使室内（即高温热源）经常保持20℃，每小时需供给30000kJ热量，试求：（1）逆向卡诺机的供热系数；（2）逆向卡诺机每小时消耗的功；（3）若直接用电炉取暖，每小时需耗电多少度（kW·h）解：QT27320+293111.供热系数ε=====11.72WTT−−20(5)−2512Q3000012.逆卡诺机每小时耗功：W===2559.727kJε11.723.直接用电炉：30000=⋅x3600耗电

5、：x=8.33度5-6由一热机和一热泵联合组成一供热系统，热机带动热泵，热泵从环境吸热向暖气放热，同时热机所排废气也供给暖气。若热源温度为210℃，环境温度为15℃，暖气温度为60℃，热机与热泵都是卡诺循环，当热源向热机提供10000kJ热量时，暖气所得到的热量是多少？解：已知：Q=10000KJT=210273+=483K11T=60273333+=KT=15273+=288KC0QQWC11热机侧：==TTTT−CC11Q3331∴QT=⋅=×10000=6894.41kJCC1T4831WQ=−=−=10000100006894.413105.59

6、kJC1'WQC1'TC333热泵侧：=QW=⋅=×=3105.5922981.37C1TTT−TT−45CC0C0'暖气得到的热量：QQQ=+=6894.4122981.37+=29875.78kJ总C1C15-7有人声称设计出了一热机，工作于T1=400K和T2=250K之间，当工质从高温热源2第5章热力学第二定律吸收了104750kJ热量，对外作功20kW.h，这种热机可能吗？WTT−400250−150max12解：η=====0.375CQT400400111047500.375×WQ=⋅=η=10.91kWh⋅＜20kWh⋅max1C3600

7、∴这种热机不可能5-8有一台换热器，热水由200℃降温到120℃，流量15kg/s；冷水进口温度35℃，流量25kg/s。求该过程的熵增和火用损。水的比热容为4.187kJ/(kg·K)。环境温度为15℃。解：热流体放热：Qmt=∆=×c154.18780×=5024.4kJ111p1580×冷流体吸热：Qm=∆ctQQ=∴∆=t=48℃222p12225"冷流体出口温度：t=+=354883℃2热流体放热过程熵变："""TT11QdTT273120+∆=Sc=m=cmL1=4.18715××L=4.18715××L0.83=−11.637KJ/K1

8、∫∫TT''ppn'nn11TTT1273200+冷流体吸热过程熵变："""TT