工程热力学习题及答案.doc

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0.7175 kJ/kg.K，气体常数为0.287 kJ/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 = 100 kPa，T1 = 400 K，定温压缩到终态P2 = 1000 kPa，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 = 300 K。求：压缩每kg气体的总熵变。（已知空气气体常数为0.287 kJ/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
600K
293K
263K

图1
解：1)用电热器供暖，所需的功率即等于供热率, 故电功率为
= 10kW
2)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=1.02kW
3)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

T0
Q=200kJ
TA=400K
TB=200K
Q=200kJ
Q=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/K
kJ/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/K
kJ/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/K
kJ/K
kJ/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。