工程熱力學(xué)習(xí)題及答案

1、蘭3魚(yú) 理蘭習(xí)題一剛性容器中貯有空氣2kg,初態(tài)參數(shù)Pi=0.1MPa, Ti=293K,內(nèi)裝攪拌器,.輸入軸功率 Ws=0.2kW,而通過(guò)容器壁向環(huán)境放熱速率為 Q = 0.1kW.求：工作1小時(shí)后由容器和外環(huán)境所構(gòu)成的孤立系統(tǒng)的嫡增.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：Ws=Q + AU經(jīng) 1 小時(shí),3600Ws =3600Q + mCvT2 T-3600W Q/T2 =1 +七=293+ 36000.2 -0.1 = 544KmCv2 0.7175由定容過(guò)程： 性=電, 巳=咯立=0.1 544

2、=0.186MPaP1 TT1293取以上系統(tǒng)及相關(guān)外界構(gòu)成孤立系統(tǒng)：Sis.= -Ssy Ssurc Q 3600 0.1盤Ssur = = = 1.2287 kJ / KT0293.Sis.=0.8906 1.2287 =2.12kJ/K習(xí)題二壓氣機(jī)空氣由P1 = 100 kPa, T1 = 400 K,定溫壓縮到終態(tài)P2 = 1000 kPa,過(guò) 程中實(shí)際消耗功比可逆定溫壓縮消耗軸功多25%.設(shè)環(huán)境溫度為T0 = 300 K.求：壓縮每kg氣體的總嫡變.空氣氣體常數(shù)為0.287 kJ/kg.K 解：取壓氣機(jī)為限制體.按可逆定溫壓縮消耗軸功：v2P1100Wso = RTln 圣=RTln

3、-1 =0.287 400 In264.3kJ / kgv1P21000實(shí)際消耗軸功：WS =1.25 - 264.3 =-330.4kJ/kg由開(kāi)口系統(tǒng)能量方程,忽略動(dòng)能、位能變化：WS+h=q+h2由于理想氣體定溫過(guò)程：h1=h2故：q =WS =-330.4kJ / kg孤立系統(tǒng)炳增：.Sso =SSyS wSSur/V穩(wěn)態(tài)穩(wěn)流：Ssys =0qPlqSsur =S2 S1=RlnSur 2ToP2 To100330.4= 0.287ln =0.44kJ/kg k1000300習(xí)題二如果室外溫度為-10C,為保持車間內(nèi)最低溫度為 20C,需要每小時(shí)向車間 供熱36000kJ,求：1如采用

4、電熱器供暖,需要消耗電功率多少.2如采用熱泵 供暖,供給熱泵的功率至少是多少.3如果采用熱機(jī)帶動(dòng)熱泵進(jìn)行供暖,向熱 機(jī)的供熱率至少為多少.圖1為熱機(jī)帶動(dòng)熱泵聯(lián)合工作的示意圖. 假設(shè)：向熱機(jī) 的供熱溫度為600K,熱機(jī)在大氣溫度下放熱.600K293K263K圖1解：1用電熱器供暖,所需的功率即等丁供熱率,故電功率為W =Q360003600=10kW2如果熱泵按逆向卡諾循環(huán)運(yùn)行,而所需的功最少.那么逆向卡諾循環(huán)的供暖系數(shù)=9.77T1 T2Q熱泵所需的最小功率為W = =1.02kW W3按題意,只有當(dāng)熱泵按逆卡諾循環(huán)運(yùn)行時(shí),所需功率為最小.只有當(dāng)熱機(jī)按卡 .諾循環(huán)運(yùn)行時(shí),輸出功率為 W時(shí)所需

5、的供熱率為最小.由c =1 - L =1 - 類3 =0.56T1600熱機(jī)按所需的最小供熱率為Qmin =W/ tc =擋=1.82kW0.56Ta=400K1 Q=200kJTov Q=200kJTb=200K圖2習(xí)題四求出下述情況下,由丁不可逆性引起的作功水平損失.大氣 p0=1013215Pq 溫度 To 為 300K.(1) 將200kJ的熱直接從pA=po、溫度為400K的包溫?zé)?源傳給大氣.Q=200kJ(2) 200kJ的熱直接從大氣傳向pB=p0、溫度為200K的 包溫?zé)嵩碆.(3) 200kJ的熱直接從熱源A傳給熱源B.解：由題意畫(huà)出示意圖 5.4.-SA-QTa-200=

6、-0.5 kJ/K400(1)將200kJ的熱直接從400K恒溫?zé)嵩碅傳給300K的大氣時(shí),SbTb0-QTo-200=-0.667 kJ/K300200=-0.667 kJ/KTo300熱源A與大氣組成的系統(tǒng)痼變?yōu)樯?Si =.Sa 冷0=-0.5 0.667 = 0.167kJ/K此傳熱過(guò)程中不可逆性引起的作功水平損失為-=t-300 0.167 = 50.1 kJ(2) 200kJ的熱直接從大氣傳向200K的恒溫?zé)嵩?B時(shí),Q 200 .=1 kJ/K200=S0 Sb = 一0.667 1= 0.333kJ/K此過(guò)程不可逆引起的作功水平損失-=T0 S =300 0.333= 100 kJ(3) 200kJ直接從恒溫?zé)嵩碅傳給恒溫?zé)嵩碆,那么,c -Q -200Sa = = = -0.5 kJ/KTa400