《工程热力学(张忠进 华自强 高青)第四版第五、六章答案》由会员分享，可在线阅读，更多相关《工程热力学(张忠进 华自强 高青)第四版第五、六章答案（40页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第五章 5-15-1 蒸汽机中所用新蒸汽的温度为227 ，排出乏汽的温度 为100 ，如按卡诺循环计算，试求其热效率。 解解 254. 05003731112=TT t5-25-2 海水表面温度为10 ， 而深处的温度为4 。 若设计一 热机利用海水的表面和深处作为高温热源及低温热源并按卡诺循 环工作，试求该热机的热效率。 解解 0212. 02832771112=TT t5-35-3 一卡诺热机的热效率为40%，若它从高温热源吸热4 000 kJ/h，而向25 的低温热源放热，试求高温热源的温度及热 机的功率。 解解 4974 . 01 298 12 1=tTTK 16004 . 04000
2、1=tQPTTTTTT=21211313vvvvpppp=68 热力学第二定律 23232121221121212211 pp pp pp pp vpvp TRTRTRTRvpvpgggg =()()213132qTTcTTcqpp= () +=23 2121lnppRTTTcqgv() +=23 212lnppRTTTcgv=()()123212qssTTTcv=+021210wqqqqw=因此有： ttqw qw=10105-115-11 有质量相同的两个物体，温度各为TA及TB。现以这两个物体作为低温热源及高温热源，用一可逆卡诺热机在它们之间 工作并产这两个物体的热力学限的，故与热机发
3、生热交换后其温度会发生变化。设物体的比热容为定值，试证明 两物体的终了温度及热机输出的功的总量各为 T生功。因能是有BATT； W0mcp(TATB2BATT) 证明证明物体A初终两态的温度为TA及T物 体B初终两态的温度为TB及T ,它们的熵变分别 为： ; 热力学第二定律69 =AAlnTTmcsp=BBlnTTmcsp，可逆条件下的熵方程可表示为： ssss0BA=+=knjisol热机经过一个循环，因此有 0=knjs即 TTTssBA=TBAlnln;=可以得出： BA根据能量方程，有： WTTT=210QQ()()BATmcTTmcppT=()()BABABA22mcTTTmc=+
4、TTTTpp+循环 工作时称为逆向卡诺循环，如图 5-16所示。现利用它来制冷，消耗循环净功图5-16 逆向卡诺循环的T-s图5-12 5-12 卡诺热机按逆向0w，由低温热源吸热q2系数的公式为向高温热源放热q1， 试证明其制冷r2r1Tr2 T。 T70 热力学第二定律 证明证明 制冷装置的制冷系数为： () ()()2r1221221202rrdcrabdcrTTTssTssssTqqqq=热泵，其循环如图5-16所示。2内供热rabdcrTTTssTssssTqqqq=热泵，其循环如图5-16所示。2内供热WWrTrT5-135-13 若利用逆向卡诺循环作冬天由室外低温环境吸热q而向室
5、5-135-13 若利用逆向卡诺循环作冬天由室外低温环境吸热q而向室1q，其所消耗循环净功为/0w。一般采用供热系数0w1q作为评价热泵循环能量转试证向卡诺循环的供热系数的公式为 换完善程度的指标。明逆r2r1T证明证明 热泵的供热系数可表示为r1 TT ： () ()()211rrrd21121101crbrabr TTT ssTssTssT qqq Wq =a=5-145-14 某热泵按逆向卡诺循环工作，由室 外0 的环境吸热向室内供热， 使室内气温由10 升高到20 ， 设房间的散热损失可忽略不计，解解 参考等效卡诺循环 试求对应于1 kg空气热泵所消耗的功， 并和利用 电热器直接供热时
6、所消耗的功进行分析比较。 m=1 kg; 004. 10=pckJ/Kkg热力学第二定律71 TmcQ=11.004（20-10） =10.04 kJ/kg p01=2882293283 1=+=rmTK K 热泵的供热系数27322=rrmTT 21101rmrmrm TTT WQ =2 .19273288288=加热一公斤空气热泵所消耗的功为W0522. 004.101 0=QWkJ/kg 2 .19若采kJ/k5-155-15 有报告宣称设计了一种热工设备，它可以在环境温度 为15 时，把65的热水变为100 的沸水，而把其 余部分冷却为15 的水。试用热力学第二定律分析该报告的正确 性
7、。 解解 （1）65%的热水冷却到环境温度T0的 , 用电加热器取暖时： 04.1010=QWg 中35%的水过程是通过一个可逆机进行的()ppmc261565=mcQ65. 01=() ()K 313212731527365=+=Trm72 热力学第二定律 08. 0313288312101=TTT tpt10pmcmcQW08. 208. 026=（2）35%65的热水0的过程是通过一个热泵来实 现的， 加热到10() ()K7 .355273 2110027365=+=Trm热泵的供热系数 27. 52887 .3550rm17 .355rm1= TT而 TppmcQW25.121=mc
8、33. 227. 50=放热过程中所能做出的最大可用功比热泵所需的最小功还 小，W0W0,所以这个过程是不可能实现的。 5-165-16 有报告宣称设计了一种热工可以在环境温度 为30 时，把50 的热水中90%的水变为10 的冷饮水，而把 其余部分变为30 的水。试用热力学第二定律分析该报告的正确 性。 行的 设备，它解解（1）假定50的热水冷却到环境温度T0的过程是通过一个 可逆机进()ppmcmcQ2030501=() ()K 31322733027350 1+=rmT=+032. 0313303313101=rmrm tTTT热力学第二定律73 W0pptmcmcQ6386. 0032
9、. 0201=（2）假定0.9 m30的水进一步冷却到10的过程是通过一个可 逆制冷机来实现的， ()pp1mcmcQ1810309 . 0=K 2932283303 2=+=rmT热泵的供热系数 32.29293303293202=rmrm TTTppmcmcQW614. 032.29182 0=可逆热机所作的功大于制冷机所需要的功，W0W0,所以这 个过程是可能实现的。 5-175-17 气缸中工质的温度为850 K，定温地从热源吸热1 000 kJ， 且过程中没有功的耗散。 若热源温度为(1)1 000 K；(2)1 200 K。解解 意过程中无功的耗散，因此系统内部的气体经历试求工质和
10、热源两者熵的变化，并用热力学第二定律说明之。 图5-17 按题74 热力学第二定律 ()0了一个可逆的等温过程，=systemirrs系统的熵方程可表示为： 176. 185010002=TQskJ/K 由于可逆引第一种情况：1000A 1=TK，因热库中经历的都是可逆过程，其中起的熵变 ()irrs热库=0，所以热库的熵变就等于热熵流： 110001000A 2HRA=TQskJ/K 孤立系统A的熵变： kJ/K0 孤立系统A于零，这是由于热库与系统之间的温差传热第二热库的熵变为： 176. 0176. 11HRA=+=+=sssisolA 的熵变大 所引起的。 种情况：1200B 1=TK
11、 833. 012001000B 2HRB=TQskJ/K 孤立系统B的熵变： 176. 1833. 0HRB+=+=sssisolBkJ/K0 计算结果表明，孤立系统B的熵变大于孤立系统A的熵变, ,这是由于第二种情况的温差大，大的结果。 ，从温度为 kJ，并向温度为300 K的低温热源可逆地放热，从而进行一个双热34. 0=3isolBss相应的不可逆性5-185-18 有一台热机1 100 K的高温热源吸热1 000 isolA热力学第二定律75 源的循环，并作出循环净功690 kJ。设定温吸热时无功的耗散， 工质的温度及工质和热源变化的总和。 解解 律： 试求吸热过程中两者熵根据热力学
12、第一定690100012=WQ=310kJ 按题意，放热过程是可逆的，因此有：=TK又知系热时 可表示为： Q3002统吸无功的耗散，因此系统经历了一个内部的可逆的 循环其热效率69. 010006901121=TT QW t7 .96769. 01300 12 1=tTTK 假想在高温热源与热机之间变在数高温热源与热源之间温差传热所引起的熵产。对上图的孤立系统可写出熵方程如下： 热源与热机之间存在一个温度为1T的热源，高温的传热是通过它来实现的。整个孤立系统的熵1T值上就等于systemisolss+=300310 7 .967 1000 7 .967 1000 11001000右76 热力
13、学第二定律 其中 0=ssystem03007 .6973101000=+即有 124. 07 .9671100 10001000=+=isolskJ/K 熵方程也可得到相同的结果： 对左图的孤立系统所写出的124. 0300310 11001000=+=systemisolsskJ/K 5-195-19 一台可逆热机，从高温热源吸热，并分别向温度为370 过程，热机循环的热效率为28%，循环净功为1 400 kJ，向370 解解 kJ；，则为：、270 的两低温热源放热。设吸热及放热过程均为可逆定温的热源放出的热量为 2 000 kJ。试求高温热源的温度，并把该循 环表示在T-s图上。 已知
14、140=W0028. 0=t1Q500014000=WQkJ 28. 01 t根据热力学第一定律： 热力学第二定律77 16002000140050002112=QWQQkJ 对孤立系统写出熵方程（可逆的条件下） ： 02221=21+=QQQsisolTTT5 .82595. 211. 350005431600 6432000500022221 1 +=+=TQ TQQT=+=K 5-205-20 一可逆热机， 从227 的热源吸热， 并向127 和77 两热源分别放热。已知其热效率为26%及向77 的热源放热的 量为420 kJ，试求该热机的循环净功。 解解 的 热26. 012210=QQQQ QWtt124Q127 . 0QQQ(1) =可逆条件下孤立系统的熵方程为： 0222121=+=TQQQsisolTT111122112211221221= + +=QQ TT QQ TT QQ TQQ TT1( )21429. 125. 15005002222+=3504001111=+QQQQ QQQQ将(1) 式代入（2）式有： 1429. 174. 025. 11212=+ QQ QQ78 热力学第二定律 ()()075. 074. 025. 1125. 1429. 112=QQ419. 0075. 02= 25. 1429. 11QQ4
