工程热力学(第五版)第5章练习题.. 下载本文

工程热力学例题与习题 22.计算下述各过程中系统的总熵变化量。

(1)将0.4kg温度为100℃、比热为150kJ/K的铜块投入温度为10℃的湖水中。

(2)同样大小,但温度为10℃的铜块,由100m高处投入湖水中。 (3)将温度分别为100℃和10℃的同样大小的铜块连在一起。 23.某气缸中气体,首先经历了一个不可逆过程,从温度为600K的热源中吸取100kJ的热量,使其内能增加30kJ,然后再通过一可逆过程,使气体回复到初始状态。该过程中只有气体与600K热源发生热交换。已知热源经历上述两个过程后熵变化为0.026J/K。求:

(1)第一个过程(不可逆的)中气体对外所作的功。

(2)第二个过程(可逆的)中气体与热源交换的热量,气体所完成的功量。 (70kJ,-115.6kJ,-85.6kJ)

24.设某可逆热机A在高温热源H(TH=800K)与低温热源L(TL=300K)之间工作。见图5.6(a)。有人提出一改进方案,如图5.6(b),令A机改向温度为200K的冷箱放热,另用一可逆制冷机B将A机排向冷箱的热量移至低温热源L,B机所需动力由A机供给。如果两种情况下,高温热源的供热量均为l00kJ,则采用第二种方案能否得到更多的功。为什么。

图5.6(a) 图5.6(b)

25.某可逆热机与三个热源交换热量并产功800kJ。其中热源A的温度为500K并向热机供热300kJ,而热源B和C的温度分别为400K与300K。试

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工程热力学例题与习题 计算热机与热源B和C交换的热量,并分析传热的方向。

26.某动力循环,工质在温度为500℃与300℃时分别吸热2300kJ与1000kJ,在环境温度15℃下放热, 循环功为1400kJ,如果工质没有其它的热交换,试判断此循环是可逆、不可逆还是不可能实现的。

27.某燃气涡轮进口处燃气温度t1=827℃,压力p1=8bar,出口处燃气压力p2=1bar,设燃气的气体常数R=0.2874kJ/kgK,定值比热cp=1.10kJ/kgK,并假设燃气流经涡轮的过程是绝热的,如流动动能及重力位能的变化可忽略不计,对于每公斤燃气,试计算:

(1)膨胀过程为可逆过程时,工质对外所作的功

(2)若膨胀过程不可逆,其终了温度为430℃时,工质对外所作的功及工质熵的变化。

28.空气由初始状态t1=62℃,压力p1 =2.3bar膨胀至p2=1.4bar t2=22℃,分析此过程能否绝热进行,为什么?

29.0.5kg氮气在汽缸中由t1=157℃,p1 =3bar膨胀到p2=1bar t2=17℃,过程中产功23kJ,并与温度为27℃的环境介质交换热量。求

(1)确定过程中的传热量及传热的方向, (2)判断此过程是可逆、不可逆或不可能实现。

30.有一30?的电阻,载有恒定电流10A,其温度靠冷却水维持在27℃,冷却水温度与环境温度相同(17℃),若取其为5秒的通电时间,试计算:

(1)电阻的熵的变化。 (2)冷却水的熵的变化。 (3)过程中的熵产。 (4)过程中作功能力的损失。

31.容器内盛有1kg空气,在定容下向环境放热,由初态p1 =2bar,T1=450K变化到T2=300K,若环境温度为17℃,试计算:

(1)空气的放热量。

(2)此放热过程中作功能力的损失。

(3)用T-s图表示此放热过程中作功能力的损失。

32.某致冷循环,工质从温度为-73℃的冷源吸取热量100kJ ,并将热

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工程热力学例题与习题 量220kJ传给温度为27℃的热源,此循环满足克劳修斯不等式吗。

33.有人声称设计了一台热力设备,该设备工作在高温热源T1=540K和低温热源T2=300K之间,若从高温热源吸入1kJ的热量,可以产生0.45kJ的功,试判断该设备可行吗。

34.一刚性绝热容器中励有空气,初态95kPa、27℃,通过搅拌轮搅拌空气,以使空气压力升到140kPa。试求:(1)对空气所作功量(kJ/kg);(2)空气熵的变化(kJ/g·K);(3)千克空气可用能损失,并在T-s图上表示出来。设T0=300K。

35.1kg饱和水蒸气在100℃下凝结为液态,在凝结过程中放出热量2257kJ,并被30℃的大气所吸收,求该过程的可用能损失。

36.1kg空气,初态为650kPa、330K,储于能维持定压承重的活塞-气缸装置中,过程中有23.4kJ的热量从系统传给大气环境,而压有重物的少塞对系统作了5.3kJ的功。(1)计算气缸中空气的熵变化,以kJ/(kg·K)表示;(2)若环境温度T0=298K确确定环境的熵变化;(3)总过程是否满足第二定律?为什么?

37.两股空气流m1=10kg/s、m2=7kg/s,压力p1=1MPa、p2=0.6MPa,温度

t1=390℃、t2=100℃,试求:(1)两股鎏绝热混合后温度;(2)混合后的极限压力;(3)当混合后的压力较极限压力低20%、且大气温度为300K时,可用能损失为多少?

38.气体在气缸中被压缩,气体内能增加了55.9kJ/kg,而熵减少了0.293kJ/(kg·K),输给气体的功为186kJ/kg,温度为20℃的大气可与气体换热。试确定每千克气休引起的熵产及可用能损失。

5.6 自测题

一、是非题

1.热力学第二定律可表述成\功可以全部变成热量,但热量不能全部变成功\。( )

2.温度高的热能的品质(或使用价值)优于温度低的热能。( )

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工程热力学例题与习题 3.一桶具有环境温度的河水与一杯沸水,前者的可用能大于后者。( ) 4.过程量Q和W只与过程特性有关。( )

5.过程方程适用于闭口系统和开口系统的可逆过程。( )

6.某热力系统经历一熵增过程,则该系统可经一绝热过程而回复到初态( )

7.系统熵减少的过程,必须是放热过程( )

8.不可逆绝热稳定流动系统中,系统熵的变化?ssys=0 ( ) 9.一切实际过程都有熵产。( )

10.孤立系统熵增越大,作功能力损失越多。( )

二、选择题

1.如果热机从热源取热100KJ,对外作功100kJ,则 A)违反第一定律、违反第二定律 B)不违反第一、二定律 C)A和B

2.闭口系统进行可逆绝热膨胀过程1-2,则 A.)火用差>膨胀功; B)火用差〈膨胀功;

C)火用差=膨胀功; D)不能决定火用差和膨胀功的大小

3.某致冷机在热源T1 =300K及冷源T2=250K之间工作,其制冷量为1000KJ,消耗功为250kJ,此致冷机是 。

A)可逆的 B)不可逆的 C)不可能的 D).可逆或不可逆的 4.两种性质不同,但状态相同的气体作绝热混合,其熵变为________ A)零 B)负 C)正 D)不确定 5.自发过程的特点是

A)系统熵必然减少 B)伴随非自发过程才能进行 C)不可逆 D)可逆

三、填空题

l.凡是牵涉到热现象的一切过程,都具有 性和 性。

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