工程熱力學(xué)課后習(xí)題全集

1、習(xí)題提示與答案第一章 基本概念及定義1-1 試確定表壓力為0.1kPa時(shí)U形管壓力計(jì)中的液柱高度差。(1)液體為水，其密度為1000kg/m3；(2)液體為酒精，其密度為789kg/m3。提示：表壓力數(shù)值等于U形管壓力計(jì)顯示的液柱高度的底截面處液體單位面積上的力，。答案：(1) (2) 。圖1-17 斜管壓力計(jì)工作示意圖1-2 測量鍋爐煙道中真空度時(shí)常用斜管壓力計(jì)。如圖1-17所示，若=30°，液柱長度l200mm，且壓力計(jì)中所用液體為煤油，其密度為800kg/m3 ，試求煙道中煙氣的真空度為多少mmH2O(4)。提示：參照習(xí)題1-1的提示。真空度正比于液柱的“高度”。答案：。1-3

2、 在某高山實(shí)驗(yàn)室中，溫度為20，重力加速度為976cm/s2，設(shè)某U形管壓力計(jì)中汞柱高度差為30cm，試求實(shí)際壓差為多少mmHg(0)。提示：描述壓差的“汞柱高度”是規(guī)定狀態(tài)溫度t=0及重力加速度g=980.665cm/s2下的汞柱高度。答案：p=297.5 mmHg(0)。1-4 某水塔高30m，該高度處大氣壓力為0.0986MPa，若水的密度為1000kg/m3 ，求地面上水管中水的壓力為多少M(fèi)Pa。提示：地面處水管中水的壓力為水塔上部大氣壓力和水塔中水的壓力之和。答案：。1-5 設(shè)地面附近空氣的溫度均相同，且空氣為理想氣體，試求空氣壓力隨離地高度變化的關(guān)系。又若地面大氣壓力為0.1MPa

3、，溫度為20 ，求30m高處大氣壓力為多少M(fèi)Pa。提示： ，為地面壓力。答案：。1-6 某煙囪高30m，其中煙氣的平均密度為0.735kg/m3。若地面大氣壓力為0.1MPa，溫度為20，現(xiàn)假設(shè)空氣密度在煙囪高度范圍內(nèi)為常數(shù)，試求煙囪底部的真空度。提示：煙囪底部真空度為該處壓力與大氣壓力之差；煙囪頂部處的內(nèi)部煙氣壓力與該處外部空氣壓力相等。不同高度處流體的壓差為hg。答案：煙囪內(nèi)底部的真空度。圖1-181-7設(shè)一容器被剛性壁分為兩部分，如圖1-18示，在容器不同部位裝有壓力表，若壓力表A的讀數(shù)為0.19MPa，壓力表B的讀數(shù)為0.12MPa，大氣壓力為0.1MPa，試確定壓力表C的讀數(shù)以及容器

4、兩部分內(nèi)氣體的絕對壓力。提示: 壓力表B位于容器中，其“當(dāng)?shù)卮髿鈮骸睘槿萜鞯膲毫?。答案：pg,C=0.07MPa，p=0.29MPa，p=0.29MPa。1-8 某容器中儲有氮?dú)?，其壓力?.6MPa，溫度為40。設(shè)實(shí)驗(yàn)消耗1kg氮?dú)?，且溫度降?0時(shí)容器中壓力降為0.4MPa。試求該容器的容積。提示：實(shí)驗(yàn)前后容器內(nèi)的氣體均為理想氣體狀態(tài)。答案：V=0.497 3 m3。1-9 利用真空泵為某設(shè)備抽真空，真空泵每分鐘的吸氣量為0.5m3。若設(shè)備中空氣壓力已達(dá)到0.1mmHg，溫度為-30，試求每分鐘真空泵可吸出空氣的質(zhì)量。提示：真空泵吸入氣體的狀態(tài)可看做與設(shè)備中的空氣狀態(tài)相同，且氣體為理想氣體

5、。答案：m=0.095 5 g。1-10 有兩個(gè)容器，容器A的容積為0.3m3，其中充有壓力為0.6MPa、溫度為60的氮?dú)?；容器B為真空。連通兩容器，使氮?dú)庥扇萜鰽流入容器B，并且容器B中壓力達(dá)到0.15MPa、溫度為20時(shí)，容器A中的壓力降到0.4MPa，溫度為50。試求容器B的容積。提示：連通后容器B中的氣體質(zhì)量應(yīng)為連通前后容器A的氣體質(zhì)量之差，且連通前后兩容器內(nèi)的氣體均可看做理想氣體。答案：VB=0.33 m3。1-11 有一儲氣筒，其容積為9.5m3，筒內(nèi)空氣壓力為0.1MPa、溫度為17?，F(xiàn)用壓氣機(jī)向筒內(nèi)充氣，壓氣機(jī)每分鐘吸氣0.2m3，大氣溫度為17，壓力為0.1MPa，試求筒內(nèi)

6、壓力達(dá)到0.7MPa、溫度仍為17時(shí)所需的時(shí)間。提示：充氣前后儲氣筒內(nèi)的氣體均可當(dāng)做理想氣體處理，且壓氣機(jī)入口處的空氣狀態(tài)可看做與大氣狀態(tài)相同。答案：。1-12 輸氣管道采用壓氣機(jī)加壓，設(shè)進(jìn)氣的壓力為0.1MPa、溫度為20，而要求每分鐘輸出壓力為0.3MPa、溫度不高于60的氣體80m3，現(xiàn)有吸氣量為每分鐘8m3的壓氣機(jī)，問需用多少臺？提示：壓氣機(jī)輸出氣體的質(zhì)量取決于其氣體進(jìn)口狀態(tài)。答案：n=26.4，取整數(shù)為27臺。1-13 一剛性容器內(nèi)儲有壓縮空氣0.1m3，其壓力為0.4MPa。一橡皮氣球內(nèi)儲有0.1m3的壓力為0.15MPa的空氣。兩者的溫度和環(huán)境溫度相同，均為25?，F(xiàn)把兩者連通，使

7、剛性容器內(nèi)的空氣流入橡皮氣球，直至兩者壓力相同。若橡皮氣球的壓力正比于其容積，試求空氣溫度仍為25時(shí)的最終平衡壓力及氣球的容積。提示：剛性容器與橡皮氣球連通前后其中空氣質(zhì)量不變；橡皮氣球的壓力正比于其容積，即；初始時(shí)刻剛性容器與橡皮氣球的容積相等。答案：，V=0.148 m3。1-14 上題中，若容器也為彈性，且容積正比于其中的壓力。試求最終的平衡壓力及氣球、容器兩者各自的容積。提示：參照1-13題提示。答案： p=0.245MPa，。1-15 壓氣機(jī)氣缸中有0.05kg氮?dú)?，在壓縮過程中其壓力由0.1MPa升高到0.5MPa，且氮?dú)鉁囟仁冀K保持為50。試求壓縮過程中所消耗的功。提示：；過程中

8、溫度不變，有pV=p1V1。答案：。1-16 有一皮革制的無彈性的氣球，原來氣球呈折疊狀態(tài)，其內(nèi)部無任何氣體。若用儲氣罐中的壓縮空氣給氣球充氣，充滿時(shí)氣球的容積為2m3。設(shè)儲氣罐內(nèi)氣體壓力遠(yuǎn)高于大氣壓力，而現(xiàn)大氣壓力為0.9atm，試求充氣過程中氣體所作的功。提示：過程為不可逆過程，外界得到的功量等于氣體所作的功。答案：。1-17 若氣缸中氣體在進(jìn)行一準(zhǔn)靜態(tài)過程時(shí)，其狀態(tài)變化關(guān)系為pp1常量，試證明氣體所作容積變化功為w1-2(p1v1p2v2)提示：。1-18 若氣缸中CO2氣體的初始壓力為0.25MPa、溫度為200，氣體經(jīng)歷了一個(gè)膨脹過程后溫度為100。設(shè)過程中氣體的狀態(tài)變化規(guī)律為pp1

9、常量，試求膨脹過程中氣體所作的膨脹功。提示：參照習(xí)題1-17的結(jié)論，氣體為理想氣體。答案：。1-19 某種氣體在氣缸中進(jìn)行一個(gè)膨脹過程，其容積由0.1m3增加到0.3m3。已知膨脹過程中氣體的壓力與容積變化關(guān)系為。試求：(1)氣體所作的膨脹功；(2)當(dāng)活塞和氣缸的摩擦力保持為1000N而活塞面積為0.2m2時(shí)，扣除摩擦消耗后活塞所輸出的功。提示：；活塞輸出功為氣體膨脹功與摩擦耗功之差。答案：（1）W1-2=1.76×104 J，（2）W=1.66×104 J。1-20 有一橡皮氣球，當(dāng)它內(nèi)部的氣體壓力和大氣壓力同為0.1MPa時(shí)，氣球處于自由狀態(tài)，其容積為0.3m3。當(dāng)氣球

10、受太陽照射其內(nèi)部氣體受熱時(shí)，容積膨脹10%，壓力升高為0.15MPa。設(shè)氣球壓力增加和容積的增加成正比，試求：(1)該膨脹過程在p-v圖上的過程曲線；(2)該過程中氣體所作的功；(3)用于克服橡皮球彈力所作的功。提示：(1)p=c+kV。(2)氣體的過程功量： 。(3)氣體克服氣球彈力的耗功：，為橡皮氣球內(nèi)氣體壓力與大氣壓力之差。此外，p-V圖中面積代表功量。答案：(1) ； (2) W1-2=3.75×103 J ；(3) W=750 J。1-21 設(shè)某種氣體的狀態(tài)方程式為，試導(dǎo)出定溫過程中該氣體所作容積變化功的計(jì)算公式，并分析有相同容積變化時(shí)理想氣體定溫變化的容積變化功是大于還是

11、小于該種氣體的功。提示：。答案：；理想氣體定溫過程，當(dāng)時(shí)，；當(dāng)時(shí)，。圖1-19 壓縮空氣驅(qū)動升降 工作臺示意圖1-22 圖1-19所示為壓縮空氣驅(qū)動的升降工作臺示意圖。由儲氣罐來的壓縮空氣經(jīng)閥門調(diào)節(jié)氣體的壓力后送入氣缸，在壓縮空氣的推動下活塞上升舉起工作臺。已知活塞面積為0.02m2，活塞及工作臺重5000N?；钊仙?00mm后開始和彈簧相接觸，繼續(xù)上升時(shí)將壓縮彈簧。設(shè)彈簧的勁度系數(shù)為10N/mm。若氣缸內(nèi)氣體的表壓力達(dá)到0.3MPa時(shí)停止供氣，試求在舉升過程中氣體所作的功及彈簧所吸收的功。提示：氣缸內(nèi)氣體的壓力為表壓力。(1)系統(tǒng)所作出的功量與外界得到的功量的關(guān)系：，且(2)彈簧所吸收的功

12、：取彈簧為“系統(tǒng)”。答案： (1)W=2 050 J; (2)。習(xí)題提示與答案第二章 熱力學(xué)第一定律2-1 一輛汽車在1.1h內(nèi)消耗汽油37.5L，已知通過車輪輸出的功率為64kW，汽油的發(fā)熱量為44000kJ/kg，汽油的密度為0.75g/cm3，試求汽車通過排氣、水箱散熱及機(jī)件的散熱所放出的熱量。提示：汽車中汽油燃燒放出的熱量除了轉(zhuǎn)換成通過車輪輸出的功率外，其余通過排氣、水箱及機(jī)件放給外界。答案：。2-2 一臺工業(yè)用蒸汽動力裝置，每小時(shí)能生產(chǎn)11600kg蒸汽，而蒸汽在汽輪機(jī)中膨脹作功輸出的功率為3800kW。如果該裝置每小時(shí)耗煤1450kg，煤的發(fā)熱量為30000kJ/kg，而在鍋爐中水

13、蒸氣吸收的熱量為2550kJ/kg。試求：(1)鍋爐排出廢煙氣帶走的能量；(2)汽輪機(jī)排出乏汽帶走的能量。提示：(1)廢氣帶走的熱量和鍋爐中水蒸氣吸熱量之和等于煤燃燒放出的熱量。(2) 水蒸氣在鍋爐中的吸熱量等于汽輪機(jī)輸出功量與汽輪機(jī)乏汽帶走的能量之和。答案： ，。2-3 夏日室內(nèi)使用電扇納涼，電扇的功率為0.5kW，太陽照射傳入的熱量為0.5kW。當(dāng)房間密閉時(shí)，若不計(jì)人體散出的熱量，試求室內(nèi)空氣每小時(shí)熱力學(xué)能的變化。提示：取密閉房間內(nèi)的物質(zhì)為熱力學(xué)系統(tǒng)。答案：U=3 600 kJ/h。2-4 某車間中各種機(jī)床的總功率為100kW，照明用100W電燈50盞。若車間向外散熱可忽略不計(jì)，試求車間內(nèi)

14、物體及空氣每小時(shí)熱力學(xué)能的變化。提示：取密閉車間內(nèi)的物質(zhì)為熱力學(xué)系統(tǒng)。答案：U=3.78×105 kJ/h。2-5 人體在靜止情況下每小時(shí)向環(huán)境散發(fā)的熱量為418.68kJ。某會場可容納500人，會場的空間為4000m3。已知空氣的密度1.2 kg/m3，空氣的比熱容為1.0kJ/(kg·K)。若會場空氣溫度允許的最大溫升為15，試求會場所用空調(diào)設(shè)備停機(jī)時(shí)間最多可允許多少分鐘。提示：空調(diào)設(shè)備停機(jī)期間 500人的散熱量為會場中空氣所允許獲得的最大熱量。答案：max=20.6 min。2-6 有一個(gè)熱力循環(huán)，在吸熱過程中工質(zhì)從高溫?zé)嵩次鼰?800J，在放熱過程中工質(zhì)向低溫?zé)嵩捶?/p>

15、熱1080J，又在壓縮工質(zhì)時(shí)外界消耗700J，試求工質(zhì)膨脹時(shí)對外所作的功。提示：。答案：1 420 J。2-7 一個(gè)熱機(jī)循環(huán)由1-2、2-3及3-1三個(gè)過程組成。已知Q1-210kJ，Q2-330kJ，Q3-125kJ；20kJ，20kJ，試求W2-3及循環(huán)凈功。提示：，。答案：，W2-3=30 kJ。2-8 為保持冷藏箱內(nèi)的低溫不變，必須把環(huán)境傳入的熱量取出。若驅(qū)動制冷機(jī)所需的電流為3A，電源電壓為220V(假設(shè)電動機(jī)的功率因數(shù)已提高到1)，制冷機(jī)每小時(shí)排出的熱量為5024kJ，試求由環(huán)境傳入冷藏箱的熱量。提示：制冷機(jī)排出的熱量等于環(huán)境傳入冷藏箱的熱量與驅(qū)動制冷機(jī)所耗功量之和。答案：Q=2

16、648 kJ/h。2-9 一熱交換器利用內(nèi)燃機(jī)廢氣加熱水。若熱交換器中氣和水的流動可看做穩(wěn)定流動，且流動動能及重力位能的變化可忽略不計(jì)。已知水受熱后每秒鐘焓增加了25kJ，試分析熱交換器的能量轉(zhuǎn)換關(guān)系并求廢氣焓值的變化。提示：熱交換器中水吸收廢氣的熱量，使得廢氣焓值降低，自身焓值增加。答案：。2-10 一臺鍋爐每小時(shí)生產(chǎn)水蒸氣40t，已知供給鍋爐的水的焓為417.4kJ/kg，而鍋爐生產(chǎn)的水蒸氣的焓為2874kJ/kg。煤的發(fā)熱量30000kJ/kg。若水蒸氣和水的流速及離地高度的變化可忽略不計(jì)，試求當(dāng)燃燒產(chǎn)生的熱量用于產(chǎn)生水蒸氣的比率即鍋爐效率為0.85時(shí)，鍋爐每小時(shí)的耗煤量。提示：忽略工質(zhì)

17、的宏觀動能和宏觀位能變化。鍋爐中工質(zhì)吸收的熱量Q使自身焓增大；工質(zhì)吸熱量Q與煤燃燒放熱量QL的關(guān)系：Q=QL，鍋爐效率。答案： m=3 853.5 kg/h。2-11 有一臺空氣渦輪機(jī)，它所應(yīng)用的壓縮空氣的焓為310kJ/kg，而排出空氣的焓為220kJ/kg。若空氣的流動為穩(wěn)定流動過程，且進(jìn)、出口處的流動動能及重力位能的變化不大，試求渦輪機(jī)的軸功。提示：渦輪機(jī)軸功等于其進(jìn)、出口空氣的焓降。答案：。2-12 有一水槽，槽內(nèi)使用一個(gè)泵輪以維持水作循環(huán)流動。已知泵輪耗功20W，水槽壁和環(huán)境溫度的溫差為，而槽壁和環(huán)境間每小時(shí)的熱交換量為。若環(huán)境溫度為20，試求水溫保持穩(wěn)定時(shí)的溫度。提示：取水為熱力學(xué)

18、系統(tǒng)。 答案： 。2-13 設(shè)某定量理想氣體為一閉口系統(tǒng)，若令該系統(tǒng)分別進(jìn)行一個(gè)定壓過程及一個(gè)定容過程，而兩過程中系統(tǒng)焓的變化相同。已知系統(tǒng)熱力學(xué)能按的關(guān)系變化，試求兩過程中系統(tǒng)接受的熱量之比。提示：理想氣體定壓過程熱量Qp=H，定容過程熱量QV=U；兩過程中系統(tǒng)的焓變化相同，即溫度變化相同。答案：。2-14 某壓氣機(jī)所消耗的功率為40kW，壓縮前空氣的壓力為0.1MPa、溫度為27，壓縮后空氣的壓力為0.5MPa、溫度為150。已知空氣熱力學(xué)能變化的關(guān)系式為，若壓縮過程中空氣和外界沒有熱交換，且進(jìn)、出口流動動能和重力位能的變化可忽略不計(jì)，試求穩(wěn)定工況下壓氣機(jī)每分鐘的吸氣量。提示：當(dāng)忽略換熱及

19、宏觀動能和宏觀位能變化時(shí)，壓氣機(jī)耗功等于工質(zhì)焓的增加；H=qmh。 答案：19.45 kg/min。圖2-112-15 氣缸中空氣組成的熱力系統(tǒng)如圖2-11所示。氣缸內(nèi)空氣的容積為800cm3，溫度為20，壓力和活塞外側(cè)大氣壓力相同，為0. 1MPa?，F(xiàn)向空氣加熱使其壓力升高，并推動活塞上升而壓縮彈簧。已知活塞面積為80cm2，彈簧的勁度系數(shù)為k400N/cm，實(shí)驗(yàn)得出的空氣熱力學(xué)能隨溫度變化的關(guān)系式為。若活塞重量可忽略不計(jì)，試求使氣缸內(nèi)空氣壓力達(dá)到0.3MPa時(shí)所需的熱量。提示：Q=U+W，p=pb+kx/A，V=V1+Ax，式中：x為活塞位移；A為活塞面積。答案： 。2-16 一真空容器，

20、因密封不嚴(yán)外界空氣逐漸滲漏入容器內(nèi)，最終使容器內(nèi)的溫度、壓力和外界環(huán)境相同，并分別為27及101325Pa。設(shè)容器的容積為0.1m3，且容器中溫度始終保持不變，試求過程中容器和環(huán)境交換的熱量。提示：取容器內(nèi)固定空間中的物質(zhì)為系統(tǒng)，其能量方程為 。答案： Q= -10.13 kJ。2-17 有一壓縮空氣儲氣罐，容積為3m3。由于用戶消耗，氣壓由3MPa降為1.2MPa。假設(shè)氣體的比熱力學(xué)能僅為溫度的函數(shù)，供氣過程中罐內(nèi)氣體的溫度保持和環(huán)境溫度相同，且氣流速度不高可忽略不計(jì)，試求供氣過程中儲氣罐和環(huán)境交換的熱量。提示：以儲氣罐為開口系統(tǒng)，考慮熱力過程的特點(diǎn)，可寫出其過程能量方程為：答案：Q=18.

21、9 kJ。2-18 某種氣體的熱力學(xué)能可表示為uabpv，式中a、b為常量，試證明：當(dāng)氣體經(jīng)過一個(gè)無耗散現(xiàn)象的準(zhǔn)靜態(tài)絕熱過程時(shí)，有pv(b+1)/b常量。提示：準(zhǔn)靜態(tài)絕熱過程：q=du+pdv=0。習(xí)題提示與答案第三章 理想氣體熱力學(xué)能、焓、比熱容和熵的計(jì)算3-1 有1kg氮?dú)猓粼诙ㄈ輻l件下受熱，溫度由100升高到500，試求過程中氮所吸收的熱量。提示：qV=cV0T，cV0可取定值。答案：qV =296.4kJ/kg。3-2 有1mol二氧化碳，在定壓條件下受熱，其溫度由800K升高到 1000K，試求按定值比熱容計(jì)算所引起的誤差并分析其原因。提示：依據(jù)真實(shí)比熱容或熱力性質(zhì)表計(jì)算求得的熱量

22、為“準(zhǔn)確”的熱量值。答案：%=%；原因：計(jì)算狀態(tài)偏離定值比熱容的狀態(tài)(25 )較遠(yuǎn)，且過程溫差較大。 3-3 有一個(gè)小氣瓶，內(nèi)裝壓力為20MPa、溫度為20的氮?dú)?0cm3。該氣瓶放置在一個(gè)0.01m3的絕熱容器中，設(shè)容器內(nèi)為真空。試求當(dāng)小瓶破裂而氣體充滿容器時(shí)氣體的壓力及溫度，并分析小瓶破裂時(shí)氣體變化經(jīng)歷的過程。提示： 取全部氣體為研究對象；理想氣體，過程能量方程：Q=U+W；理想氣體的熱力學(xué)能為溫度的單值函數(shù)。答案：t220，p2=20kPa。3-4 有一儲氣罐，罐中壓縮空氣的壓力為1.5MPa、溫度為37，現(xiàn)用去部分壓縮空氣，罐內(nèi)壓力降為1MPa，溫度降為3.1。假設(shè)耗氣時(shí)儲氣罐和環(huán)境的

23、熱交換可忽略不計(jì)，試說明罐內(nèi)所?？諝庠趦夤藓臍膺^程中所進(jìn)行的能量轉(zhuǎn)換過程及其輸出能量的數(shù)量。提示：取罐內(nèi)1kg剩余空氣為研究對象；過程能量方程：Q=U+W。答案： w1-2=24.3 kJ/kg。 3-5 內(nèi)燃機(jī)用增壓器的進(jìn)氣壓力為0.1MPa、進(jìn)氣溫度為27，而供給內(nèi)燃機(jī)的氣體壓力為0.2MPa、溫度為92.7。設(shè)增壓器中空氣的壓縮過程可視為絕熱的穩(wěn)定流動過程，且進(jìn)、出口流速及位置高度的變化可忽略不計(jì)，試求增壓器消耗的功。提示： 增壓器所消耗的功轉(zhuǎn)變?yōu)楣べ|(zhì)焓的增加。答案：-66kJ/kg。 3-6 有一輸氣管斷裂，管中壓縮空氣以高速噴出。設(shè)壓縮空氣的壓力為0.15MPa、溫度為30，當(dāng)噴至

24、壓力等于0.1MPa的環(huán)境中時(shí)，氣流的溫度降至0。試求噴出氣流的流速并說明必要的假設(shè)條件。提示：以1kg壓縮空氣為研究對象；管內(nèi)流動空氣的總比能量等于噴出管外時(shí)空氣的總比能量；依題意cf1<<cf2, z1=z2。答案：cf2=245.4 m/s。3-7 有1mol氧，設(shè)其溫度為300K，因受熱而升溫至520K，設(shè)比熱容按經(jīng)驗(yàn)公式變化，試計(jì)算氧的熱力學(xué)能變化。提示：， U=qm,V。答案：=4977.1kJ/mol。 3-8 設(shè)在定壓條件下加熱1mol氧，使其溫度升高220，若初始溫度分別為300K及800K，試求后者所需熱量為前者的幾倍并說明其原因。提示： qp=h2-h1，焓值

25、可由熱力性質(zhì)表確定。答案：1.136；原因：隨溫度升高，比定壓熱容數(shù)值增加的幅度大。 3-9 根據(jù)氮的熱力性質(zhì)表中25及327時(shí)氮的焓值，試求25到327間氮的平均比定壓熱容的數(shù)值。提示：，焓值由熱力性質(zhì)表確定。答案：=1.051kJ/（kgK）。 3-10 有0.2kg空氣，其壓力為0.1MPa、溫度為27，若在定溫下壓縮使其壓力增加到0.15MPa，試求其熵的變化。提示：空氣看做理想氣體，比熱容看作定值。答案： -0.02328kJ/K。3-11 有1mol氧，其溫度由300K升高至600K，且壓力由0.2MPa降低到0.15MPa，試求其熵的變化：(1)按氧的熱力性質(zhì)表計(jì)算；(2)按定值

26、比熱容計(jì)算。提示：(1)，標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)熵由熱力性質(zhì)表查??；(2)比熱容為定值時(shí)，熵變?yōu)?。答案?1)J/(mol·K)；(2)J/(mol·K)。 3-12 有一空儲氣罐自輸氣總管充氣，若總管中空氣的壓力為0.6Mpa、溫度為27，試求：(1)當(dāng)罐內(nèi)壓力達(dá)到0.6MPa時(shí)罐內(nèi)空氣的溫度；(2)罐內(nèi)溫度和輸氣總管內(nèi)空氣溫度的關(guān)系。提示： 儲氣罐能量方程：Q=U2-U1+He-Hi+Ws（He為流出工質(zhì)的焓，Hi為流入工質(zhì)的焓）；過程特點(diǎn)： ；U1=0；He=0；Ws=0；m1=m2；理想氣體的熱力學(xué)能與焓僅為溫度的函數(shù)。答案：t2=147。圖3-3 3-13 圖3-3所示氣缸中氣

27、體為氫氣。設(shè)氣體受熱膨脹推動重物及活塞上升，至銷釘處后活塞受阻，但仍繼續(xù)對氣體受熱一段時(shí)間。已知該過程中氣體接受的熱量為4000kJ/kg，氣體溫度由27升高到327。試求過程中氣體所作的功及活塞達(dá)到銷釘時(shí)氣體的溫度。 圖3-4提示：缸內(nèi)氣為理想氣體，活塞受阻前，缸內(nèi)氣體進(jìn)行的是定壓膨脹過程，受阻后，缸內(nèi)氣體進(jìn)行的是定容吸熱過程。答案：w=934kJ/kg ，K 3-14 如圖3-4所示自輸氣總管向氣缸送氣，設(shè)輸氣總管中空氣壓力為0.6MPa，溫度為27，而氣缸中活塞及重物產(chǎn)生的壓力為0.2MPa。試求送氣過程中氣缸內(nèi)空氣的溫度。提示：氣缸內(nèi)氣體的能量方程： Q=mehe-mihi+m2u2-

28、m1u1+W，功量W=mip(v2-v1)=(m2-m1)Rg(T2-T1)；過程特點(diǎn)： Q=0 ； me=0 ；m1=0 ；(T1=0)，理想氣體熱力學(xué)能和焓為溫度的單值函數(shù)。答案：t2=ti=27。圖3-5 3-15 如圖3-5所示為自輸氣總管向氣缸充氣，設(shè)輸氣總管中空氣的壓力為0.6MPa、溫度為27，而彈簧變形正比于壓縮力。試求充氣終了時(shí)氣缸內(nèi)空氣的溫度。提示： 氣缸內(nèi)氣體的能量方程：Q=mehe-mihi+m2u2-m1u1+W；過程特點(diǎn)： Q=0；me=0；m1=0；m2-mi；功量。答案： T2=350.65 K。3-16 有50kg廢氣，其質(zhì)量分?jǐn)?shù)為：0.14，0.06，0.0

29、5，0.75。又有75kg空氣，其質(zhì)量分?jǐn)?shù)為：0.232，0.768。試求兩者混合物的：(1)質(zhì)量分?jǐn)?shù)；(2)摩爾質(zhì)量；(3)折合氣體常數(shù)。提示： 。答案：(1) ；(2) M=28.8g/mol；(3) Rg=2 887 kJ/(kg·K)。 3-17 汽油發(fā)動機(jī)吸入氣缸的是空氣和汽油蒸氣的混合物，其中汽油的質(zhì)量分?jǐn)?shù)wg0.06。若汽油的相對分子質(zhì)量為114，混合氣的壓力為0.095MPa，試求：(1)空氣和汽油蒸氣的分壓力；(2)混合氣的摩爾質(zhì)量；(3)混合氣的折合氣體常數(shù)。提示：；。答案：（1）pg=0.00152MPa， pA=0.0935MPa;（2）M=30.33 g/m

30、ol；（3）Rg=0.274 J/(g·K)。 3-18 已知空氣的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.23、0.77，空氣的溫度為25。試求：(1)按氧及氮的熱力性質(zhì)表求取空氣的熱力學(xué)能及焓；(2)按氧和氮的定值比熱容計(jì)算空氣的定值比熱容。提示：略。答案：（1）u=214.7kJ/kg，h=300.7kJ/kg；（2）cV0=0.721kJ/(kg·K)， cp0=1.01kJ/(kg·K)。 3-19 燃燒氣體的分?jǐn)?shù)為：0.12，0.03，0.07，0.78。設(shè)比熱容為定值，試求燃燒氣體的定值比熱容的數(shù)值。提示：組成氣體的比熱容由熱力性質(zhì)表確定。答案：0.745kJ/(kg

31、3;K)，=1.032kJ/(kg·K)。 3-20 有一密封容器，用隔板分成A、B兩部分，并各充有壓縮空氣。已知：VA2.5m3，pA6.86bar，tA80；VB1m3，pB9.8bar，tB30?，F(xiàn)抽去隔板使兩部分混合。若混合過程中容器向外散熱41900J，設(shè)比熱容為定值，試求混合后空氣的溫度及壓力。提示：容器內(nèi)空氣作為理想氣體處理；取容器內(nèi)全部氣體作為分析對象，過程能量方程Q=U+W；過程特點(diǎn)：W=0，m=mA+mB；理想氣體熱力學(xué)能為溫度的單值函數(shù)。答案：330.93K，p2=765kPa。 3-21 在密閉的絕熱氣缸中，活塞把氣缸分成A、B兩部分，設(shè)A、B兩部分中都充有某

32、種理想氣體，而pA、pB，VA、VB，TA、TB，nA、nB等均為已知?，F(xiàn)使A、B兩部分氣體通過活塞傳熱及移動活塞而使兩部分達(dá)到相同的溫度及壓力。設(shè)比熱容為定值，活塞和缸的摩擦可忽略不計(jì)，試證明：, 提示：A與B兩系統(tǒng)熱量、功量交換及熱力學(xué)能變化的量值相等，符號相反。習(xí)題提示與答案第四章 理想氣體的熱力過程4-1 設(shè)氣缸中有0.1kg二氧化碳，其壓力為0.1MPa、溫度為27。如進(jìn)行一個(gè)定壓過程，氣體對外作功3kJ。設(shè)比熱容為定值，試求過程中氣體熱力學(xué)能和熵的變化以及氣體吸收的熱量。提示：理想氣體；Q=U+W；U=mcV0T；。答案：U10.5kJ，S0.03611kJ/K，Q13.5kJ。

33、4-2 有一氣缸，其中氮?dú)獾膲毫?.15MPa、溫度為300K。如果按兩種不同的過程變化：(1)在定壓下溫度變化到450K；(2)在定溫下壓力下降到0.1MPa。然后在定容下變化到0.15MPa及450K。設(shè)比熱容為定值，試求兩種過程中熱力學(xué)能和熵的變化以及從外界吸收的熱量。提示：略。答案：(1)111.15kJ/kg，0.421kJ/(kg·K)，q1-2155.7kJ/kg。(2)111.15kJ/kg，0.421kJ/(kg·K)，q1-3-2147.25kJ/kg。 4-3 設(shè)氣缸中空氣的壓力為0.5MPa、溫度為600K，若經(jīng)絕熱過程膨脹到0.1MPa，試求膨脹

34、終了的溫度及比體積：(1)按定值比熱容計(jì)算；(2)按空氣的熱力性質(zhì)表進(jìn)行計(jì)算。提示：(2) ；依,由熱力性質(zhì)表確定T2 及vr2。答案：(1) T2378.8K，v21.089m3/kg；(2) T2382.6K，v21.10m3/kg。4-4 柴油機(jī)吸氣終了時(shí)氣缸中空氣的溫度為60、壓力為0.1MPa。為使壓縮終了時(shí)空氣溫度超過柴油的自燃溫度以使其著火，故要求壓縮終了的溫度至少為720。設(shè)比熱容為定值及壓縮過程的多變指數(shù)為1.45，試求柴油機(jī)的壓縮比(即壓縮過程初始容積和終了容積之比)及壓縮終了的壓力。提示：=v1/v2。答案：11.33，p23.378MPa。 4-5 有一臺內(nèi)燃機(jī)，設(shè)其膨

35、脹過程為多變過程，多變指數(shù)n=1.3。已知燃?xì)獾腞g=287.1J/(kg·K)、cV0=716J/(kg·K)。若膨脹開始時(shí)容積為12cm3、壓力為6.5MPa、溫度為1800，經(jīng)膨脹過程其容積膨脹增至原容積的8倍，試求氣體所作的功及其熵的變化。提示：理想氣體；多變過程。答案：W1-2119.7J；0.0195J/K。 4-6 有一臺壓氣機(jī)用于壓縮氮?dú)?，使其壓力?.1MPa提高至0.4MPa。設(shè)比熱容為定值及進(jìn)氣溫度為300K，試求壓縮過程中消耗的容積變化功以及壓氣機(jī)消耗的軸功：(1)壓縮過程為絕熱過程；(2)壓縮過程為定溫過程。提示：理想氣體。答案：(1)w-108.

36、04kJ/kg；ws-151.34kJ/kg。(2)wws-123.44kJ/kg。 4-7 有一臺渦輪機(jī)，進(jìn)入渦輪機(jī)的氦氣的壓力為0.84MPa，溫度為550，氦氣在渦輪機(jī)中經(jīng)絕熱膨脹，其壓力降低至0.14MPa。若氣流的動能及重力位能的變化可忽略不計(jì)，試求排氣溫度及渦輪機(jī)輸出的軸功。提示：理想氣體；等熵過程。答案：T2401.93K，ws2203.24kJ/kg。 4-8 有一臺內(nèi)燃機(jī)的渦輪增壓器，在渦輪機(jī)進(jìn)口處工質(zhì)的壓力為0.2MPa、溫度為650，出口處壓力為0.1MPa。渦輪機(jī)所產(chǎn)生的功全部用于驅(qū)動壓氣機(jī)，在壓氣機(jī)入口處空氣的壓力為0.1MPa、溫度為27。設(shè)渦輪機(jī)及壓氣機(jī)中進(jìn)行的過

37、程為絕熱過程，并假設(shè)工質(zhì)為空氣，試求渦輪機(jī)輸出的功和排氣溫度以及壓氣機(jī)輸出的壓縮空氣的壓力和溫度。提示：增壓器壓氣機(jī)與渦輪機(jī)的功量關(guān)系：；視過程可逆。答案：(1)TT757K，wT166kJ/kg；(2) Tc466K，pc0.467MPa。 4-9 有一儲氣罐，其容積為0.2m3，內(nèi)儲氧氣的壓力為3MPa、溫度為20?，F(xiàn)因焊接用去了一些氧氣，罐內(nèi)壓力降至2MPa。假設(shè)在用氣過程中儲氣罐和外界的熱交換可以忽略不計(jì)，試求用去氧氣的質(zhì)量并說明求解所必需的假設(shè)條件。提示：理想氣體的絕熱放氣過程，解法(1)：取儲氣罐內(nèi)剩余氣體為研究對象，其所經(jīng)歷的過程為可逆絕熱過程，；解法(2)：取罐內(nèi)所有氣體為研究

38、對象，作為充放氣問題處理，氣體的能量方程：，過程特點(diǎn)：Q=0，Ws=0，mi=0；理想氣體的焓為溫度的單值函數(shù)。答案：=1.988kg。 4-10 氣缸中空氣的壓力為0.09MPa、溫度為17，經(jīng)壓縮過程使空氣壓力升高到0.72MPa、溫度為207.1，試求該壓縮過程為多變過程時(shí)多變指數(shù)n的數(shù)值。提示：理想氣體；多變過程。答案：n1.32。 4-11 根據(jù)圖4-5所示p-v圖及T-s圖上自點(diǎn)1出發(fā)的四種基本熱力過程的過程曲線的位置，在圖上畫出自點(diǎn)1出發(fā)的下列各種多變過程：(1)過程中工質(zhì)膨脹作功同時(shí)向外放熱； (2)過程中工質(zhì)吸熱、膨脹作功同時(shí)壓力升高；(3)過程中工質(zhì)受壓縮向外放熱同時(shí)溫度升

39、高；(4)過程中工質(zhì)吸熱膨脹同時(shí)溫度降低。提示： p-v圖與T-s圖上的過程曲線在由四條基本熱力過程線分割而成的區(qū)間位置上一一對應(yīng)。答案：(1) (2) (3) (4) 4-12 測定比熱容比的一種方法如下：用一個(gè)剛性容器，其中充以需測定的氣體，并使其壓力p1略高于環(huán)境壓力p0，而其溫度等于環(huán)境溫度T0。然后先放出一些氣體，使容器內(nèi)壓力降低為p0，再放置于環(huán)境中使其溫度恢復(fù)為T0而壓力又升高為p2。測定p0、p1及p2的數(shù)值，并假定放熱過程進(jìn)行得很快而容器內(nèi)氣體基本上和外界沒有熱交換。這樣即可確定比熱容比的數(shù)值。試推導(dǎo)比熱容比與p1、p2、p0之間的函數(shù)關(guān)系。提示：容器內(nèi)氣體經(jīng)歷的熱力過程為絕

40、熱放氣及等容吸熱過程： 理想氣體在絕熱放氣過程中,容器內(nèi)剩余氣體經(jīng)歷了一個(gè)可逆絕熱膨脹過程。由狀態(tài)方程pV=mRgT可得容器內(nèi)氣體的質(zhì)量變化率為放氣過程容器內(nèi)氣體能量方程：；過程特點(diǎn)：,dmi=0,dm=dme,=0；cp0/cV0=k。 定容吸熱過程特點(diǎn)：答案：，比熱容比=。 4-13 試證明: 在圖4-9所示的T-s圖上理想氣體的任意兩條定壓過程曲線(或定容過程曲線)1-1'及2-2'兩者間的水平距離處處相等，即提示：1-1'和2-2'為定壓過程；1-2及1'-2'為定溫過程；定溫過程。 圖4-9 圖4-10 4-14 試證明: 在圖4-10

41、所示p-v圖上的理想氣體的任意兩條絕熱過程曲線1-1'及2-2'的縱坐標(biāo)之比保持不變，即提示：1-1'和2-2'為定熵過程；1-2及1'-2'為定容過程；定容 圖4-11 4-15 試證明:在圖4-11所示T-s圖上的理想氣體的任意兩條定壓過程曲線(或定容過程曲線)1-1'及2-2'的縱坐標(biāo)之比保持不變，即提示：1-2及1'-2'為定熵過程，。4-16 試證明當(dāng)理想氣體的比熱容關(guān)系式為cp0 abT時(shí)，定熵過程中溫度和壓力的關(guān)系為式中，c為常量。提示：、；定熵過程。4-17 有一直立放置的氣缸，在活塞和重物的作用下

42、，氣缸中氮?dú)獾膲毫?.5MPa、溫度為50?，F(xiàn)突然從活塞上拿去一塊重物，使活塞對氣體的作用降為0.2MPa，氣體發(fā)生膨脹推動活塞上升。設(shè)比熱容為定值，膨脹過程中氣體和外界的熱交換可以忽略不計(jì)，試求當(dāng)活塞和氣體重新達(dá)到力平衡時(shí)氣體的溫度及氣體膨脹所作的容積變化功。提示：理想氣體，不可逆過程，Q1-2=U1,2+W1-2=0，W1-2=-U1,2。答案：T2=267.74K，w=41.07kJ/kg。圖4-12 4-18 一密閉的氣缸如圖4-12所示，其內(nèi)有一無摩擦的絕熱活塞。開始時(shí)活塞處于中間位置，把氣缸分為容積均等于500cm3的兩部分，其中分別充以壓力均為2MPa、溫度均為27的氧氣和氮?dú)?/p>

43、。氣缸是絕熱的，僅氧氣一端的頂面透熱?，F(xiàn)將氧氣加熱使其壓力升高至4MPa，試求所需熱量及氧氣的溫度。 提示：理想氣體，氮?dú)饨?jīng)歷等熵過程，取氣缸內(nèi)全部氣體為研究對象，能量方程：。答案：T2836K，Q1-25.06kJ。 4-19 試求上題中氧氣狀態(tài)變化過程的過程方程式，并在p-v圖及T-s圖上把氧氣和氮?dú)獾淖兓^程曲線畫在同一圖上，定性地表示兩者變化的對應(yīng)關(guān)系。提示：氮?dú)饨?jīng)歷的熱力過程為等熵過程，氧氣經(jīng)歷的是多變過程。答案： 4-20 一容器中有隔板，并均為絕熱材料所制。容器兩部分的容積均為500cm3，其中一部分充有壓力為0.5MPa，溫度為100的空氣，另一部分為真空。設(shè)在隔板上打開一個(gè)小

44、孔使空氣充滿兩部分。試求兩部分中壓力相等時(shí)，每一部分中空氣的壓力及溫度的數(shù)值。提示：取全部氣體為熱力系統(tǒng)，能量方程：Q=U+W；過程特點(diǎn)：Q=0，W=0；終態(tài)，A容器內(nèi)的剩余氣體經(jīng)歷了一個(gè)可逆的絕熱過程。答案：p20.25MPa，TA306K，TB477.6K。 4-21 設(shè)把上題中的真空部分改為充有壓力為0.1MPa、溫度為17的空氣。試求當(dāng)空氣經(jīng)小孔充滿兩部分而壓力相等時(shí)，每一部分中空氣的壓力及溫度的數(shù)值。提示：參見4-20題。答案：p20.3MPa，TA1373K，TB397.54K。圖4-13 4-22 圖4-13中，儲氣罐內(nèi)有溫度為27、壓力為1MPa的空氣1kg?，F(xiàn)把壓縮空氣送至起

45、重器氣缸推動活塞舉升工作臺。若舉起工作臺所需的壓力為0.5MPa，因而當(dāng)罐內(nèi)壓力降至0.5MPa時(shí)起重器即停止工作。設(shè)過程中空氣和外界的熱交換可忽略不計(jì)，試求氣體在起重過程中所作的功及氣缸內(nèi)氣體的終了溫度。提示：理想氣體，儲氣罐內(nèi)的剩余氣體經(jīng)歷了一個(gè)定熵過程；取儲氣罐內(nèi)空間內(nèi)氣體為研究對象，能量方程：Q=m2u2+meu-m1u1+mep2v=0；氣缸中空氣所作的功為。 答案：W30.76kJ，T274.37K。 4-23 如圖4-14所示封閉的絕熱氣缸，氣缸中有一無摩擦的絕熱活塞把氣缸分為A、B兩部分，其中充以壓縮空氣。已知：pA4bar，TA127，VA0.3m3；pB2bar，TB27，

46、VB0.6m3。當(dāng)活塞在A、B兩部分氣體壓力差的推動下移動時(shí)，可通過活塞桿對外輸出功。若活塞桿的截面積及體積均忽略不計(jì)，試求活塞移動而達(dá)到時(shí)A、B兩部分中氣體的溫度、壓力的數(shù)值和通過活塞桿輸出的功。 圖4-14提示： A、B兩空間內(nèi)的的氣體為理想氣體，A及B中氣體分別進(jìn)行等熵膨脹及等熵壓縮過程；取全部氣體為熱力系統(tǒng)，能量方程：Q=U+W。答案：p0.2622MPa，W10kJ，TA354.5K，TB324.1K。 4-24 上題中，若把活塞桿取掉，活塞可在兩部分氣體的作用下自由移動。試求兩部分中氣體的壓力相等時(shí)氣體的壓力(讀者可自行分析為什么不能確定此時(shí)氣體的溫度)。提示：理想氣體；取氣缸內(nèi)全

47、部氣體為研究對象，U=Q-W；過程特點(diǎn)：W=0，U =0。答案：p0.266MPa。習(xí)題提示與答案第五章 熱力學(xué)第二定律 5-1 蒸汽機(jī)中所用新蒸汽的溫度為227 ，排出乏汽的溫度為100，如按卡諾循環(huán)計(jì)算，試求其熱效率。提示：新蒸汽與乏汽的溫度分別看做卡諾循環(huán)的高、低溫?zé)嵩礈囟?。答案?。 5-2 海水表面溫度為10，而深處的溫度為4。若設(shè)計(jì)一熱機(jī)利用海水的表面和深處作為高溫?zé)嵩醇暗蜏責(zé)嵩床纯ㄖZ循環(huán)工作，試求該熱機(jī)的熱效率。提示：略。答案： 。 5-3 一卡諾熱機(jī)的熱效率為40%，若它從高溫?zé)嵩次鼰?000kJ/h，而向25的低溫?zé)嵩捶艧幔嚽蟾邷責(zé)嵩吹臏囟燃盁釞C(jī)的功率。 提示：略。答案：

48、 K，kW。 5-4 某內(nèi)燃機(jī)每作出1kWh的功需消耗汽油514.8g。已知每千克汽油燃燒時(shí)可放出41868kJ的熱量，試求該內(nèi)燃機(jī)的實(shí)際熱效率。提示：熱機(jī)的吸熱量等于燃料的放熱量。答案：。 5-5 有報(bào)告宣稱某熱機(jī)自160的熱源吸熱，向5的低溫環(huán)境放熱，而在吸熱1000kJ/h時(shí)可發(fā)出功率0.12kW。試分析該報(bào)告的正確性。提示：熱機(jī)熱效率不可能大于在相同溫度范圍內(nèi)工作的卡諾熱機(jī)的熱效率。答案：報(bào)告不正確，不可能實(shí)現(xiàn)。 5-6 有A、B兩個(gè)卡諾熱機(jī)，A從溫度為700的熱源吸熱，向溫度為t的熱源放熱。B則從溫度為t的熱源取得A排出的熱量并向溫度為100的熱源放熱。試求：當(dāng)兩熱機(jī)的循環(huán)凈功相同或

49、兩熱機(jī)的熱效率相同時(shí)溫度t的數(shù)值。提示：卡諾循環(huán)熱效率。答案：兩熱機(jī)循環(huán)凈功相同時(shí)400，兩熱機(jī)熱效率相同時(shí)329.4。 5-7 以氮?dú)庾鳛楣べ|(zhì)進(jìn)行一個(gè)卡諾循環(huán)，其高溫?zé)嵩吹臏囟葹?000K、低溫?zé)嵩吹臏囟葹?00K；在定溫壓縮過程中，氮?dú)獾膲毫τ?.1MPa升高到0.4MPa。試計(jì)算該循環(huán)的循環(huán)凈功及vmax/vmin、pmax/pmin的值。提示：Ta=Tb=T1，Tc=Td=T2，定溫過程，w0=q1-q2。答案：w0=288kJ/kg，。 5-8 有一臺可逆熱機(jī)，工質(zhì)為理想氣體，其工作循環(huán)由三個(gè)過程，即定容加熱過程1-2、絕熱膨脹過程2-3及定壓放熱過程3-1組成。試證明該循環(huán)的熱效率

50、為提示： 。 5-9 按上題所述循環(huán)，設(shè)工質(zhì)為空氣，p10.35MPa，t1307，p20.7MPa。試把該循環(huán)表示在p-v圖以及T-s圖上，并求吸熱量、放熱量、循環(huán)凈功及循環(huán)熱效率。提示：，q2=cpT，w0=q1+q2。答案：q1=415.6kJ/kg，kJ/kg，w0=42.2 kJ/kg，t=10.2% 。 5-10 一個(gè)熱機(jī)循環(huán)由定容加熱過程1-2、定溫膨脹過程2-3及定壓放熱過程3-1三個(gè)過程組成。設(shè)T1及T2固定不變，而p1取兩個(gè)不同的值，從而得到兩個(gè)循環(huán)。試把該兩循環(huán)表示在p-v圖及T-s圖上，并分析兩者的熱效率及循環(huán)凈功間的關(guān)系。提示：當(dāng)兩個(gè)循環(huán)的吸熱量及放熱量彼此相同時(shí)，兩

51、個(gè)循環(huán)的熱效率及循環(huán)凈功也相等。答案： 。 5-11 有質(zhì)量相同的兩個(gè)物體，溫度各為TA及TB?，F(xiàn)以這兩個(gè)物體作為低溫?zé)嵩醇案邷責(zé)嵩?，用一可逆卡諾熱機(jī)在它們之間工作并產(chǎn)生功。因這兩個(gè)物體的熱力學(xué)能是有限的，故與熱機(jī)發(fā)生熱交換后其溫度會發(fā)生變化。設(shè)物體的比熱容為定值，試證明兩物體的終了溫度及熱機(jī)輸出功的總量各為W0mcp(TATB2)提示：取物體A、B和卡諾熱機(jī)為孤立系統(tǒng)，有siso=0，A、B的熵變分別為：和；W0=Q1+Q2。5-12 卡諾熱機(jī)按逆向循環(huán)工作時(shí)稱為逆向卡諾循環(huán)，如圖5-12所示?，F(xiàn)利用它來制冷，消耗循環(huán)凈功，由低溫?zé)嵩次鼰醧2，向高溫?zé)嵩捶艧醧1，試證明其制冷系數(shù)的公式為圖5

52、-12 逆向卡諾循環(huán)的T-s圖提示：q=Trs，w0=+q2。 5-13 若利用逆向卡諾循環(huán)作熱泵，其循環(huán)如圖5-12所示。冬天由室外低溫環(huán)境吸熱q2而向室內(nèi)供熱，其所消耗的循環(huán)凈功為。一般采用供熱系數(shù)/作為評價(jià)熱泵循環(huán)能量轉(zhuǎn)換完善程度的指標(biāo)。試證明逆向卡諾循環(huán)的供熱系數(shù)的公式為提示：參照習(xí)題5-12提示。 5-14 某熱泵按逆向卡諾循環(huán)工作，由室外0的環(huán)境吸熱向室內(nèi)供熱，使室內(nèi)氣溫由10升高到20，設(shè)房間的散熱損失可忽略不計(jì)，試求對應(yīng)于1kg空氣熱泵所消耗的功，并和利用電熱器直接供熱時(shí)所消耗的功進(jìn)行分析比較。提示：熱泵熱源為變溫?zé)嵩磿r(shí)，供熱系數(shù)可用熱源的平均溫度來描述：并設(shè)室內(nèi)溫度線性變化。

53、電熱器直接供熱時(shí)，所耗電功量直接轉(zhuǎn)變成為供熱量。答案：w0=0.522kJ/kg，w'0 =10.04kJ/kg。 5-15 有報(bào)告宣稱設(shè)計(jì)了一種熱工設(shè)備，它可以在環(huán)境溫度為15時(shí)，把65的熱水中35%的水變?yōu)?00的沸水，而把其余部分冷卻為15的水。試用熱力學(xué)第二定律分析該報(bào)告的正確性。 提示：理想的條件下，35%65的熱水加熱到100的過程可通過可逆熱泵耗功實(shí)現(xiàn)，而65%65的熱水冷卻到環(huán)境溫度T0的過程，可通過以65熱水和溫度為T0的環(huán)境為高低溫?zé)嵩垂ぷ鞯目赡鏌釞C(jī)來實(shí)現(xiàn)。設(shè)想可逆熱泵與可逆熱機(jī)聯(lián)合工作，當(dāng)可逆熱機(jī)的功量大于可逆熱泵耗功時(shí)，方案可實(shí)現(xiàn)。答案：不可能實(shí)現(xiàn)。 5-16 有報(bào)告宣稱設(shè)計(jì)了一種熱工設(shè)備，它可以在環(huán)境溫度為30時(shí)把50的熱水中90%的水變?yōu)?0的冷飲水，而把其余部分變?yōu)?0的水。試用熱力學(xué)第二定律分析該報(bào)告的正確性。提示：參照習(xí)題5-15提示。答案：可能實(shí)現(xiàn)。 5-17 氣缸中工質(zhì)的溫度為850K，定溫地從熱源吸熱1000kJ，且過程中沒有功的耗散。若熱源溫度為(1)1000K；(2)1200K。試求工質(zhì)和熱源兩者熵的變化，并用熱