工程热力学习题.doc

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1、空气加热器从温度为90℃的恒温热源吸热，将空气由环境温度10℃加热到50℃，试计算单位质量空气的吸热量、熵增值及作功能力损失。已知空气的。解：空气吸热量：熵增值：作功能力损失：有人声称设计了一整套换热设备，可将65℃的热水的20%变成100℃的高温水，其余的80%热水由于将热量传给温度为15℃的大气，最终水温也降到了15℃。你认为这种方案在热力学原理上能不能实现，为什么？如能实现，那么将65℃热水变成100℃高温水的极限比率为多少？解：取整套热设备为热力系，大气为环境。设℃，℃，℃。水的质量为。根据热力学第二定律有可见该

2、方案在热力学原理上是能实现的。根据可求得极限比率解得某一绝热刚性容器，用隔板将其分为容积相等的A、B两部分，每一部分容积均为0.1m3。pA=0.4MPa，tA=40℃；pB=0.2MPa，tB=20℃，当抽去隔板后空气均匀混合而达到热力平衡，求混合过程引起空气熵的变化。解：取整个容器中的气体为研究对象，根据闭口系统能量方程此处Q=0，W=0，则，即：在高温热源T1=2000K及低温冷源T2=600K间进行不可逆卡诺循环，若在吸热和放热中均存在60K的温差，其余传热过程为可逆，试求：(1)循环热效率；(2)若热源放出热量

3、Q1=1000kJ，问其作功能力损失为多少？解：（1）（2）作功能力损失：空气的初态为p1=150kPa，t1=27℃，今压缩2kg空气，使其容积为原来的。若分别进行可逆定温压缩和可逆绝热压缩，求这两种情况下的终态参数，过程热量、功量以及内能的变化。（空气：=1.004kJ/(kgK)，R=0.287kJ/(kgK)）解：1、定温压缩过程时：据理想气体状态方程：可知初状态下体积：据：，定温过程，即，且因此有即定温压缩终态参数为：，，等温过程，内能变化为零，即：压缩功：据热力学第一定律：该过程放出热量：（2）、可逆绝热压缩

4、过程：同样可知：据绝热过程方程式：据：，可知：即可逆绝热压缩终态参数为：，，因为该过程为可逆绝热压缩，因此：kJ内能变化为：过程的压缩功为：一热机在每个循环中从327的高温热源吸收的热量和可逆地向27的低温热源排热，假设按(1)；(2)；(3)三个数值排热，请计算证明，在这三种情况中，哪个是不可逆的、哪个可逆的、哪个是不可能的？并对不可逆循环计算及其不可逆损失，大气环境温度解：（一）．采用孤立系统熵增原理证明(1)，可逆(2)，不可逆，不可能(4)（二）．采用卡诺定理证明(1)可逆(2)，不可逆(3)，不可能(4)（三）

5、．采用克劳修斯积分计算证明(1)，可逆(2),不可逆(3)，不可能(4)理想气体逆向循环1-2-3-1。其中1-2为绝热膨胀过程，2-3为等压吸热过程，3-1为等温放热过程。已知点1的温度T1=1500K，压力p1=0.1MPa；点2的温度T2=300K。如果循环中的工质为1kg空气，其定压比热cp=1.01kJ/(kg·K)，k=1.4。求：（1）做出该循环的p-v图及T-s图；（2）求该循环的制冷系数。解：(1)该循环的p-v图及T-s图如下：（2）循环的制冷系数2质量某种理想气体按可逆多变过程膨胀到原有体积的三倍，

6、温度从300℃降到60℃，膨胀过程种作功418.68，吸热83.736。求该气体的比定压热容和比定容热容。解：多变过程中有：所以本题按定质量系能量方程故有一气缸经阀门与主管道（空气状态为p0=0.6MPa，t0=100℃）相连接，在活塞及重物作用下，气缸内有p1=0.2MPa，t1=40℃的空气0.01m3。打开阀门后，主管向气缸充气。当气缸容积达到0.02m3时关闭阀门，求气缸内空气的最终温度和充气量。（气缸绝热）阀门主管0.6MPa,100℃选择气缸为研究对象，为开口系统。根据开口系统能量守恒方程式，简化得：进入气缸

7、气体的焓一部分用于增加系统的内能，一部分对外作功，即：