热力学第二定律习题集.ppt

判断下列各情况的熵变是：,a）正；b）负；c）可正可负；d）其他,1）闭口系经历一可逆变化过程，系统与外界交换功量 10kJ，热量-10kJ，系统熵变 。,“-”,2）闭口系经历一不可逆变化过程，系统与外界交换功 量10kJ，热量-10kJ，系统熵变 。,“-”or”+”,3）在一稳态稳流装置内工作的流体经历一不可逆过程, 装置作功20kJ，与外界交换热量-15kJ，流体进出口 熵变。,“+”or”-”,4）在一稳态稳流装置内工作的流体流，经历一可逆过 程，装置作功20kJ，与外界交换热量-15kJ，流体进 出口熵变。,“-”,5）流体在稳态稳流的情况下按不可逆绝热变化，系统对 外作功10kJ，此开口系统的熵变。,不变,例5-1,利用孤立系统熵增原理证明下述循环发动机是不可能制成的: 它从167的热源吸热1000kJ向7的冷源放热568kJ，输出循环净功432kJ。,证明：取热机、热源、冷源组成闭口绝热系,所以该热机是不可能制成的,例5-2,例5-3,某项专利申请书上提出一种热机，它从167的热源 接受热量，向7冷源排热，热机每接受1000kJ热量， 能发出0.12kWh的电力。请判定专利局是否应受理其申请，为什么？,解：从申请是否违反自然界普遍规律着手,故不违反第一定律,根据卡诺定理，在同温限的两个恒温热源之间 工作的热机，以可逆机效率最高,某次测得1mol CO和0.5mol O2在p0=1atm，t0=25下定温定压反应生成1mol CO2时，向环境散热283190J，反应不作有用功。若在p0， t0时CO，O2，CO2的摩尔熵分别为197.67J/(molK)，205.167J/(molK) 和213.82 J/(molK) ，请问此次测试数据是否可靠?（环境温度t0=25 ）,解：取CO，O2，CO2及环境介质为系统孤立系,所以此测试并不违反第二定律,例5-4,某船用空气加热器，利用蒸汽加热助燃用空气。空气在定压下流过其中，温度由20升高到160 ，设所用加热蒸汽的平均温度为350 ，环境温度为20 ，若加热器效率为90%，求该过程的效率。（空气定比热容）,解：,0,例5-5,讨论： 该空气加热器热量利用率达90%，说明热量损失 不大，但是由于换热过程中，热量从350 的蒸汽传递 给了温度低得多的空气，过程中热能的值不变，但随着 温度的降低，热量中可用能减少了，效率仅约30%， 说明了能量品质的降低,110kg水被一电加热器从15加热到50 后又自然冷却到环境温度（15 ）。设加热器维持370K不变，,求：1）加热过程总熵变及作功能力的损失；,2）冷却过程的作功能力损失；,3）全部过程的总熵变及作功能力损失。,解：过程中能量守恒，能质逐步蜕化,电力 可用能： 16119.95kJ,加热器热能,Q=mc(t2-t1) =110kg4.187kJ/(kgK) (50-15) =16119.95kJ,16119.95kJ,Qa=Q(1-T0/T) =3572.53kJ,16119.95kJ,水内能增加,16119.95kJ,Qa=Q(1-T0/Tm) =906.75kJ,I2= 3572.53kJ-906.75kJ =2665.8kJ,可用能损失： I1= 16119.95kJ- 3572.53kJ =12547.42kJ,例5-6,水内能增加,Qa=Q(1-T0/Tm) =906.75kJ,I2= 3572.53kJ-906.75kJ =2665.8kJ,16119.95kJ,环境大气,16119.95kJ,0,可用能,可用能损失,I3=906.5kJ,I=I1+I2+I3=12547.42kJ+2665.8kJ+906.5kJ=16119.72kJ 或 I=T0Sg,第二定律的指导意义： 1）对热机理论的指导意义； 2）预测过程进行的方向； 3）指导节约能源。,气缸内储有1kg空气，分别经可逆等温及不可逆等温，,由初态p1=0.1MPa，t1=27压缩到p2=0.2MPa，若不可逆,等温压缩过程中耗功为可逆压缩的120%，确定两种过程,t0=27 ）,解：可逆等温压缩,例5-7,不可逆等温压缩：,由于初终态与可逆等温压缩相同,1000kg 0的冰在20 的大气中融化成0 的水，求 过程中作功能力损失。（已知冰的融化热=335kJ/kg）,解：方法一 取冰、大气为系统孤立系统,例5-8,方法二.取冰为系统闭口系,方法三,方法四：在大气与冰块之间设一可逆卡诺机，利用卡诺机排热化冰。,1kg p=0.1MPa，t1=20的水定压加热到90 ，若热源 R温度Tr恒为500K，环境温度T0=293K，求： 1）水的熵变 2）分别以水和热源R为系统求此加热过程的熵流和熵产,解：1）定压加热,例5-9,2）取水为系统,闭口系,所以，传热过程的熵产可任取吸、放热物体为系统计算。,取热源R为系统,闭口系,例5-10,某循环在700K的热源及400K的冷源之间工作，如图，试判别循环是热机循环还是制冷循环，可逆还是不可逆?,解：,方法1：设为热机循环,不可能,设为制冷循环：,符合克氏不等式，所以是不可逆制冷循环,方法2：设为热机循环,设为制冷循环,注意： 1）任何循环（可逆，不可逆；正向，反向） 第一定律都适用。故判断过程方向时仅有 第一定律是不够的； 2）热量、功的“+”、“-”均基于系统，故取系统 不同可有正负差别； 3）克氏积分,有一稳态稳流系统，系统与外界交换功量-10kJ，向 环境散热5kJ，问过程能否实现，已知环境t0=21,解：取系统如图，设1kg空气流入，x1kg热空气； x2kg冷空气流出，则流入系统之熵：,例5-11,流出系统之熵：,熵方程（稳态稳流）：,流入系统熵-流出系统熵+熵产=系统熵增,0,根据质量守恒：,代入上式整理得：,时可能实现,一刚性绝热容器用隔板分成两部分，VA=3VB。A侧 有1kg空气，p1=1MPa，T1=330K，B侧为真空。抽去隔 板，系统恢复平衡后，求过程作功能力损失。（T0=293K，p0=0.1MPa）,解：,例5-12,自由膨胀中没有输出功，为什么,?,某人提出了一个利用温度为600，压力为0.1MPa的废 气资源发电的方案，方案称若废气流量为每小时200kg， 可发电14.59kW，问此方案是否可行？设p0=0.1MPa， t0=20，废气定压比热容cp=1.01kJ/(kgK),解：分析： 为充分利用废气的热能， 设废气定压放热到环境温度。 在废气和环境大气之间放置 可逆热机，其可能的最佳循 环为图示。1到2为热机可逆 等压吸热(废气放热为 2到1)， 3到1为热机等温放热。,例5-13,废气热量：,因实际过程必存在不可逆性，所以此方案不可能实现,方法