工程熱力學習題及答案

1、習題一剛性容器中貯有空氣2kg,初態(tài)參數(shù) P1=0.1MPa,T1 =293K,內裝攪拌器 ,輸入軸.功率 WS=0.2kW,而通過容器壁向環(huán)境放熱速率為Q0.1kW.求：工作 1 小時后由容器和外環(huán)境所構成地孤立系統(tǒng)地熵增.（已知空氣定容比熱為 0.7175 kJ/kg.K,氣體常數(shù)為 0.287 kJ/kg.K）.解：取剛性容器中空氣為系統(tǒng) , 由閉系能量方程： W s Q U.經 1 小時 , 3600W s3600 QmCvT2T1.3600 WQ3600 0.20.1T2 T1293544KmCv20.7175由定容過程： P2T2, P2P1 T20.15440.186MPaP1T

2、1T1293取以上系統(tǒng)及相關外界構成孤立系統(tǒng)：SisoSsysSsurQ36000.1Ssur1.2287 kJ / KT0293Siso 0.89061.22872.12kJ / K習題二1定溫壓縮到終態(tài)2過程中壓氣機空氣由 P1= 400 K,= 100 kPa,TP= 1000 kPa,實際消耗功比可逆定溫壓縮消耗軸功多25%.設環(huán)境溫度為 T0= 300 K. 求：壓縮每 kg 氣體地總熵變 .（已知空氣氣體常數(shù)為 0.287 kJ/kg.K）解：取壓氣機為控制體 . 按可逆定溫壓縮消耗軸功：WSORT ln v2RT ln P10.287 400 ln100264.3kJ / kgv

3、1P21000實際消耗軸功：WS1.25264.3330.4kJ / kg由開口系統(tǒng)能量方程 , 忽略動能、位能變化：WSh1qh2因為理想氣體定溫過程：h1=h2故： qWS330.4kJ / kg孤立系統(tǒng)熵增：SisoSsysSsur穩(wěn)態(tài)穩(wěn)流：Ssys0SsurS2SqR ln P1q1T0P2T00.287 ln100330.40.44kJ / kg k1000300習題三如果室外溫度為 -10,為保持車間內最低溫度為20,需要每小時向車間供熱 36000kJ,求： 1) 如采用電熱器供暖 ,需要消耗電功率多少 .2) 如采用熱泵供暖 , 供給熱泵地功率至少是多少 .3) 如果采用熱機帶

4、動熱泵進行供暖 ,向熱機地供熱率至少為多少 .圖 1 為熱機帶動熱泵聯(lián)合工作地示意圖 .假設：向熱機地供熱溫度為 600K,熱機在大氣溫度下放熱 .600K293KQ1Q1W熱泵熱機263K圖 1解：1) 用電熱器供暖 , 所需地功率即等于供熱率 , 故電功率為.36000 = 10kWW Q36002) 如果熱泵按逆向卡諾循環(huán)運行 , 而所需地功最少 . 則逆向卡諾循環(huán)地供暖系數(shù)為.QT1=9.77W.T1T2W.熱泵所需地最小功率為.QW=1.02kWW3) 按題意 , 只有當熱泵按逆卡諾循環(huán)運行時 , 所需功率為最小 . 只有當熱機按卡諾.循環(huán)運行時 , 輸出功率為 W 時所需地供熱率為

5、最小 .由c1T212630.56T1600熱機按所需地最小供熱率為.1.02QminW / tc1.82kW0.56習題四求出下述情況下 ,由于不可逆性引起地作功能力損失.已知大氣 p0=1013215Pa,溫度 T0 為 300K.TA =400K（ 1）將 200kJ 地熱直接從 pA0、溫度為 400K 地恒溫熱源傳給大氣 .=pQ=200kJ（ 2） 200kJ 地熱直接從大氣傳向pB 0、溫度為 200K地0=pT恒溫熱源 B.Q=200kJQ=200kJ（ 3） 200kJ 地熱直接從熱源 A 傳給熱源 B.TB =200K解：由題意畫出示意圖5.4.（1）將 200kJ 地熱直

6、接從 400K 恒溫熱源 A 傳給 300K 地大氣時 ,圖 2SAQ200TA4000.5 kJ/KS0Q2000.667 kJ/KT0300熱源 A 與大氣組成地系統(tǒng)熵變?yōu)镾1SAS00.50.6670.167kJ/K此傳熱過程中不可逆性引起地作功能力損失為T0300 0.16750.1kJ（ 2） 200kJ 地熱直接從大氣傳向 200K 地恒溫熱源 B時 ,SBQ200TB1 kJ/K200S0Q2000.667 kJ/KT0300S2S0SB0.667 10.333kJ/K此過程不可逆引起地作功能力損失T0S23000.333100kJ（3） 200kJ 直接從恒溫熱源A傳給恒溫熱源B, 則SAQ200