哈工大工程热力学习题问题详解——杨玉顺版

1、实用文档文案大全第二章热力学第一定律1. 热量和热力学能有什么区别？有什么联系?答：热量和热力学能是有明显区别的两个概念：热量指的是热力系通过界面与外界进行的 热能交换量，是与热力过程有关的过程量。热力系经历不同的过程与外界交换的热量是不同的； 而热力学能指的是热力系内部大量微观粒子本身所具有的能量的总合，是与热力过程无关而与热 力系所处的热力状态有关的状态量。简言之，热量是热能的传输量，热力学能是能量？的储存量。二者的联系可由热力学第一定律表达式、；q二du - pdv看出；热量的传输除了可能引起做功或者消耗功外还会引起热力学能的变化。q = du pdv、q =dh - vdp2. 如果将

2、能量方程写为或那么它们的适用范围如何?答：二式均适用于任意工质组成的闭口系所进行的无摩擦的内部平衡过程。因为 u = h - pv， du = d(h - pv) = dh - pdv - vdp 对闭 口系将 du 代入第一式得 q = dh - pdv - vdp pdv 即 q = dh - vdp。3. 能量方程(变大)与焓的微分式(变大)很相像，为什么热量q不是状态参数，而焓h是状态参数？答：尽管能量方程q = du pdv与焓的微分式(变大)似乎相象，但两者的数学本质不同，前者不是全微分的形式，而后者是全微分的形式。是否状态参数的数学检验就 是，看该参数的循环积分是否为零。对焓的微

3、分式来说，其循环积分：$dh = Jdu + ld(pv)因为du = 0，d(pv) = 0所以dh = 0，因此焓是状态参数。 而对于能量方程来说，其循环积分：q = dupdv虽然：.du = 0但是：所以：因此热量q不是状态参数4. 用隔板将绝热刚性容器分成 A、B两部分(图2-13), A部分装有1 kg气体，B部分为高度真 空。将隔板抽去后，气体热力学能是否会发生变化？能不能用、：q = du pdv来分析这一过程？答：这是一个有摩擦的自由膨胀过程，相应的第一定律表 达式为：q二du dw。又因为容器为绝热、刚性，所以/ / / /亠亠: , * * A * / * * * B图

4、2-13q = 0，: w = 0，因而du = 0，即口2 =比，所以气体的 热力学能在在膨胀前后没有变化。如果用q = du pdv来分析这一过程，因为q = 0，必有du二- pdv，又因为是膨胀过程dv 0，所 以du ： 0，即口2 :：比这与前面的分析得出的口2 = Ui矛盾，得出这一错误结论的原因是自由膨胀是自由膨胀是一个非平衡过程，不能采用:.q = du pdv这个式子来进行分析，否则将要得到错误的结论。5. 说明下列论断是否正确：(1) 气体吸热后一定膨胀，热力学能一定增加；(2) 气体膨胀时一定对外作功；(3) 气体压缩时一定消耗外功。答：(1)不正确：由：q=du pd

5、v可知，当气体吸热全部变成对外作出的膨胀功时，热力 学能就不增加，即当q= pdv时，du = 0 ；又当气体吸热全部用来增加其热力学能时，即当du时，气体也不膨胀，因为此时，pdv = 0，而P 0，所以dv = 0。不正确：上题4就是气体膨胀而不对外做功的实例。(3)正确：无摩擦时w = pdv， P 0，压缩时dv ”： 0，故：w ”： 0消耗外功；有摩擦时，：w以pdv， P 0，压缩时dv ”： 0，故：w = 0消耗更多的外功。所以无论有无摩擦， 也不论是否吸热或放热，气体压缩时一定消耗外功的。习题2-1 冬季，工厂某车间要使室内维持一适宜温度。在这一温度下，透过墙壁和玻璃窗等处

6、，室 内向室外每小时传出0.7 106 kcal的热量。车间各工作机器消耗的动力为500PS （认为机器工作时将全部动力转变为热能）。另外，室内经常点着50盏100 W的电灯。要使这个车间的温度维持不变，问每小时需供给多少kJ的热量（单位换算关系可查阅附表10和附表11）？解:为了维持车间里温度不变，必须满足能量平衡即* a Q出二 Q进 所以有 Q散=Q动 Q电灯 Q加入因而 Q加入八Q散一Q动一Q电灯=（0.7 106 -500 632.415- 50 0.1 859.854） 4.1868= 1.5889 106kJ/h*此题目的练习能量平衡概念及有关能量单位的换算。2-2 某机器运转时

7、，由于润滑不良产生摩擦热，使质量为150 kg的钢制机体在30 min内温度升高50 C。试计算摩擦引起的功率损失（已知每千克钢每升高1 C需热量0.461 kJ）。解:摩擦引起的功率损失就等于摩擦热，故有 *P = Q摩擦=C钢l_m_: t 二 0.461 150 50/（30 60）= 1.9208kJ/s = 1.9208kW*此题目的练习能量平衡2-3 气体在某一过程中吸入热量 12 kJ,同时热力学能增加20 kJ。问此过程是膨胀过程还是压 缩过程？对外所作的功是多少（不考虑摩擦）？解:由闭口系能量方程:又不考虑摩擦，故有所以Q = ：U WQ = U 12Pdv12Pdv 二Q

8、Y U =12 -20 二-8kWPS为公制马力的符号，1 PS = 75 kgf m/s因为P 0所以dV :：: 0因此，这一过程是压缩过程，外界需消耗功 8 kW。2-4 有一闭口系，从状态1经过a变化到状态2 (图2-14);又从状态2经过b回到状态1 ;再从状 态1经过c变化到状态2。在这三个过程中，热量和功的某些值已知(如下表中所列数值)，某些 值未知(表中空白)。试确定这些未知值。过程热量Q / kJ膨胀功W / kJ1-a-210r( 7)2-b-1-7-41-C-2(11)8X解:关键在于确定过程1-2的热力学能变化，再根据热力 学能变化的绝对值不随过程而变，对三个过程而言是

9、相同的， 所不同的只是符号有正、负之差，进而则逐过程所缺值可求。根据闭口系能量方程的积分形式：Q m ；U W2 b 1 :. ：U =Q -W = 7 (4) =3kJ1 a 2:W 二Q - U =10-3=7kJ1 C 2:Q=.U W=3 8=11kJ将所得各值填入上表空中即可探此题可以看出几点：1、不同热力过程，闭口系的热量 Q和功W是不同的，说明热量与功是与过程有关的物理量2、热力学能是不随过程变化的，只与热力状态有关。以下内容请下载后欣赏换成小四字体后图与题目即可对应好2-5 绝热封闭的气缸中贮有不可压缩的液体 0.002 m3,通过活塞使液体的压力从0.2 MPa提高到4 MP

10、a (图2-15)。试求:(1)外界对流体所作的功；液体热力学能的变化；P(3)液体焓的变化。解:(1)由于液体是不可压缩的，所以外界对流体所作的功为零：W= 0(2)由闭口系能量方程： Q = AU + WV=常数因为绝热，Q = 0又不作功W= 0所以 U= 0即液体的热力学内能没有变化。（3）虽然液体热力学能未变，但是由于其压力提高了，而容积不变，所以焓增加了.H U(PV) =0 0.002(4 - 0.2) 106 = 7.6 kJ2-6同上题，如果认为液体是从压力为0.2 MPa的低压管道进入气缸，经提高压力后排向4 MPa的高压管道，这时外界消耗的功以及液体的热力学能和焓的变化如

11、何?答案:Wt = 7.6 kJ 外界消耗功 U= 0 AH = 7.6 kJ2-7已知汽轮机中蒸汽的流量qm=40 t/h ;汽轮机进口蒸汽焓h产3 442 kJ/kg ;出口蒸汽焓h2=2 448 kJ/kg，试计算汽轮机的功率（不考虑汽轮机的散热以及进、出口气流的动能差和位能差）。如果考虑到汽轮机每小时散失热量0.5106 kJ,进口流速为 70 m/s，出口流速为120 m/s，进口比出口高1.6 m，那么汽轮机的功率又是多少?解:1 ）不考虑汽轮机散热以及进出口气流的动能差和位能差时，如右下图q=0,少/2=0izg =0根据开口系稳定流动的能量方程，（2-11）式，汽轮机对外作的功

12、等于蒸汽经过汽轮机后的焓降:因为Wsh = ：h 二hi -h2 二3442 - 2448 二 994kJ / kg汽轮机功率3P=Wsh*m=994 40 103/3600 =11044.44kW2）考虑汽轮机散热以及进出口气流的动能和位能差时,每kg蒸汽的散热量55 105可=12.5kJ / kg40 103根据（2-11）式有: ：zg Wsh21 22蒸汽作功 Wsh-h2 -q(C2 -G ) -(Z1 -Z2)g2Q散Wsh=?P=?功率2233Wsh =3442 2448 (120 -70 )/(2 10 ) 1.6 9.81/10 12.5 =976.76kJ/kg3P 二m

13、 =976.76 40 10 /3600 =10852.95kW各种损失及所占比例:汽轮机散热损失:12.5kJ/kg占 12.5/994=1.26%蒸汽的进出动能差:2 23(1202 702)二4.75kJ/kg 2 103占 4.75/994 =0.48%蒸汽的进出位能差:31.6 9.81/100.0156kJ/kg 占0.0156/994 =0.002%三项合计 17.2656kJ / kg 占1.74%不超过百分之二，一般计算不考虑这三个因素也是足够精确的。探此题的目的练习使用开口系稳定流动的能量方程及其在汽轮机功率计算中的应用和汽轮机有关损失的大致的数量级。2-8一汽车以45 k

14、m/h的速度行驶，每小时耗油34.1103。已知汽油的密度为 0.75 g/cm3，汽油的发热量为 44 000 kJ/kg，通过车轮输出的功率为87 PS。试求每小时通过排气及水箱散出的总热量。解:根据能量平衡，汽车所消耗的汽油所发出的热量等于其车轮轴输出的功率和通过排汽和水箱散出的热量之和，即有:Q散=Q汽油一 Psh33=3.41 100.75 1044000 87 612.415 4.1868=11253000 230358.18 =894941.82kJ/h此题目练习能量平衡及能量单位的换算。2-9有一热机循环，在吸热过程中工质从外界获得热量1 800 J,在放热过程中向外界放出热量

15、1 080 J，在压缩过程中外界消耗功700 J。试求膨胀过程中工质对外界所作的功。解:根据能量平衡故有所以 Ejn=EoutQ吸+Wt，压缩=放+Wt，膨胀W t，膨胀=Q +Wt，压缩Q放=1800+700-1080=1420J）。试确定这些未知值，并计算循环的净功W0和净热量qo。过程q / ( kJ/kg )wt / (kJ/kg)也/ (kJ/kg )1-20182-303-40丄424-10_20942-10 某蒸汽循环12341，各过程中的热量、技术功及焓的变化有的已知（如下表中所列数值），有的未知（表中空白Wsh=?p=?答案:过程 1 2 Wt = 18kJ/kg 过程 3

16、4 Wt = 1142kJ/kg过程 2 3 q = 3218 kJ/kg H = 3218 kJ/kg 过程 4 1 q = 2049 kJ/kg第三章热力学第二定律例3-1先用电热器使20 kg、温度to=2O C的凉水加热到t1=80 C，然后再与40 kg、温度为20 C的 凉水混合。求混合后的水温以及电加热和混合这两个过程各自造成的熵产。水的比定压热容为4.187 kJ/ （kg K）;水的膨胀性可忽略。编题意图实际过程中熵产的计算是本章的重点和难点之一，本题的目的在于检测和练习电热器 加热造成的熵产和不等温水混合过程中的熵产的分析计算。解题思路电加热水过程引起熵产是由于电功转变为热

17、产，水吸收这个热后其自身温度逐渐上 升，这是一个不断积累过程，需通过微元热产量:Qg与水变化的水温T之比这个微元熵产的积分求得。要求凉水与热水混合造成的熵产，必须先求出20kg80C的水放热的熵减与20C的凉水吸热的熵增，这种内热流造成的熵产也是个逐渐积累的过程，也需积分求得。整个加热混合造成的总 熵产由二者相加得到。求解步骤设混合后的温度为t，则可写出下列能量方程:miCp-t 二 m)2Cp t -S从而解得t = 40 C电加热过程引起的熵产为(T = 313.15 K )T1 m1CpdTT1mncpl nFTp To=20 kg 4.187 kJ/(kg K) In353.15K29

18、3.15K=15.593 kJ / K混合过程造成的熵产为QiTT miCpdTT1 Tt miCpdTTTm1CpInm2CpI n-10 TT1T0=20 kg 4.187 kJ/(kg K) In313.15K353.15K40 kg 4.187 kJ/(kg K) In313.15K293.15 K-一10.966 kJ/K 11.053kJ/K =0.987 kJ/K总的熵产60 kg水由最初的由于本例中无熵流（将使用电热器加热水看作水内部摩擦生热），根据式（4-12 ）可知，熵产应等于热力系的熵增。熵是状态参数，它的变化只和过程始末状态有关，而和具体过程无关。因此，根据总共20 C

19、变为最后的40C所引起的熵增，也可计算出总的熵产：sg =聲 pm +% yp in 壬:313.15 K=60 kg 4.187 kJ / (kg K) In16580 kJ / K293.15 K例3-2某换热设备由热空气加热凉水（图4-5），已知空气流参数为:水吸收的热量没有散热损失，因此二者应该相等:所以热空气的流量为图4-5qmCp t1 _t2 =qmCp t21qmcp t； -t；2 000 kg/h 4.187 kJ/（kg C） 70 _15 o Cqmoo3819 kg/hCp b _t21.005 kJ/（kg - C） 200 -80 C（2）该换热设备为一稳定流动的

20、开口系。该开口系与外界无热量交换（热交换发生在开口系内部），其内部传热和流动阻力造成的熵产可根据式（4-18 ）计算：Sg二S2-S二qms27ms2qms17mS1RmS2-S1IT2p2 =qm Cp InRg InVT15 丿qmCplnT2.T12 S(80+273.15) K =3 819 kg/h 1.005 kJ/(kg K) ln(200273.15) K0.11 MPa-0.287 1 kJ/(kg K) In0.12 MPa(70+273.15) K2 000 kg/h 4.187 kJ/(kg K) ln (15 +27315) K=3 819 kg/h0.269 0 k

21、J/(kg K) + 2 000 kg/h 0.731 4 kJ/(kg K)二 435.5 kJ/ K h讨论从略例3-3将500 kg温度为20 C的水用电热器加热到 60 C。求这一不可逆过程造成的功损和可用能的损失。不考虑散热损失。周围大气温度为编题意图主要是为了检测功损和可用能的损失（即 火用损 两个概念之间的区别与计算方法。解题思路功损是摩擦造成的，它转化为热产，可由温差乘以比热求得，而可用能的损失是由孤立系的熵增亦即熵产造成的，它可以环境温度乘以孤立系熵增（熵产）求得。求解步骤在这里，功损即消耗的电能，它等于水吸收的热量，如20 C，水的比定压热容为 4.187 kJ/（kg K

22、）。图4-18中面积12451所示。Wl =Qg 二mcp t =500 kg 4.187 kJ/（kg =83 740 kJ整个系统（孤立系）的熵增为C) 60 -20 C占S孤立系=mCp1门夕T0= 500 kgX4.187 kJ/(kg K),(60273.15) KIn(20273.15) K图 4-18可用能损失如图中面积 13451所示，即=267.8kJ/K讨论本例题中还给出了一种更为简便的计算总熵产的方法。由于整个系统没有与外界热交换而引起的熵流，像这种绝热闭口系的熵产生等于它的熵增。熵是状态参数，它的变化只与始末状态有关，而与经历的先电加热再混合的 具体过程无关。从总的效果

23、来看，可以看成总共有60kg20 C水变为最后40C所引起的熵增，也就是最后要求的总熵产。El =T0.-：S孤立系=29315 K 267.8 kJ/K =78 500 kJ，可用能的损失小于功损。图中面积1231即表示这二者之差。这一差值也就是500 kg、60 C的水（对20 C的环境而言）的可用能。讨论功损和可用能的不可逆损失是不同的概念。功损来自摩擦生成的热产，可用能的不可逆损失来自物体的内摩擦和物体间的不等温传热，即便它们都是来自摩擦，二者的数值也不完全相等。如本例题结果所示。功损可以表示2为Wl二TdS孤二Tm（-S）孤，而可用能不可逆损失可以表示为El二To（.S）孤。即使（.

24、：S）孤相同，wl也不一定等于el,这取决于，当昭二T。时，W=EL； 当1Tm:T。时，Wl:： El ；当Tm.T时，Wl- El，本例题就属于后面这种情况。可用能不可逆损失是真正的损失，而在本例中的功损不完全是最终的损失，其中还有部分可用能。例3-4压力为1.2 MPa、温度为320 K的压缩空气从压气机站输出。由于管道、阀门的阻力和散热，到车间时压力降为 温度为20 C,压力为0.1 MPa ）。0.8 MPa，温度降为298 K。压缩空气的流量为 0.5kg/s。求每小时损失的可用能（按定比热容理想气体计算，大气编题意图检测和练习流动工质可用能损失的概念和计算方法。解题思路可用能的不

25、可逆损失或称为火损，一般可以用El理W 公式计算，而对不做技术功的流动过程而言El = Wt理=Ex1 - Ex2 = qm(ex1 - ex2)也可以用孤立系熵增与大气温度乘积求出，即用El-T （. IS）孤立系 来计算，本例题中给出两种计算方法。求解步骤对于管道、阀门，技术功Wt=0。根据式（4-36）可知输送过程中的不可逆损失等于管道两端的火用8（火用I）:EL qm ex1 _eh1 一 _T0 S1 - S2/nA%1 P2 丿=(0.5 X3 600) kg/hxjl.005 kJ/(kg K) X(320 _298 )K-T。-293.15 K 11.005 kJ/(kg K)

26、 In 320 K -0.287 1298 KkJ/(kg K) In0.8 MPa J=63 451 kJ/h也可以根据式（4-37 ）由孤立系的熵增与大气温度的乘积来计算此不可逆火用8。每小时由压缩空气放出的热量等于大气吸收的热量:孤立系=.S空气大气 =qm Cp0 In -Rgln P2Pi J.Q大气T）=(0.5X3 600) kg/h 汇 h.005 kJ/(kg X) ：ln298 K320 K0.8 MPa | 39 798 kJ/h亠287 1 kJ/(kg K) InTTEl =T)U立系=29315K 工21644 kJ/(K h) =63 451 kJ/h二 216.

27、446 kJ/ K h所以讨论从略例3-5同例4-2。求该换热设备损失的可用能（已知大气温度为20 C ）。若不用热空气而用电炉加热水，则损失的可用能为若干？编题意图通过具体算例来验证用电加热水造成的可用能损失是用热空气加热水的数倍（3倍多），告诫读者用电加热器获得热量会造成很大的能质损失，虽然方便但是不符合节能原则，因该尽可能避免采用这种获得热量的方式,这也是为了热力学第二定律后应该掌握的节能原则。求解步骤4-37）可知该换热设备的可用能损失为可以将该换热设备取作一孤立系，如图4-19所示。该孤立系的熵增等于熵产式（4-16），它与例4-2中按开口系计算所得的熵产相同。所以，根据式（二 20

28、 273.15 K 435.5kJ/（K h） =127670 kJ/h若不用热空气而用电炉加热水，则该孤立系的熵增即为水的熵增。这时的可用能损失为T2T1EL 孑09孤立系Toqm -s Toqmcp ln 20 273.15 K 2 000 kg/h 4.187 kJ/(kg K) In(70 273.15) K(15 273.15) K用电加热水造成的可用能损失是用空气加热水时的讨论从略El 428 830 kJ/hST 127 670 kJ/h3倍多。可见由电热器获得热量是不符合节能原则的。= 3.359=428 830 kJ/h1. 自发过程是不可逆过程，非自发过程是可逆过程，这样说

29、对吗？答：这样说不对，诚然自发过程是不可逆过程，但非自发过程却并非是可逆过程，而是不可能自 发进行的过程。2. 热力学第二定律能不能说成 机械能可以全部转变为热能，而热能不能全部转变为机械能”？为什么？答：不能这样说。机械能固然能无条件地变成热能，而热能也能在一定条件下全部变成机械能。 如理想气体进行的等温膨胀过程，就是把所吸收的热全部变成膨胀功了。但这时气体状态发生了 变化，比容变大了 这就是条件。3. 与大气温度相同的压缩气体可以从大气中吸热而膨胀作功（依靠单一热源作功）。这是否违背 热力学第二定律？答：这并不违背热力学第二定律，开尔文-普朗克的说法是：不能制造出从单一热源吸热而使它 全部

30、转变为功的循环发动机。而压缩气体膨胀做功并非是循环发动机，气体工质膨胀后，并不回 到原状态而完成闭合循环。在这里热能转变为机械能是以气体膨胀为必要的补充条件。4. 闭口系进行一个过程后，如果熵增加了，是否能肯定它从外界吸收了热量？如果熵减少了，是否能肯定它向外界放出了热量？答：从闭口系的熵方程ds=、； Sf亠心Sg可知，如果ds乜0那】Sf亠心Sg: 0也不能断定心Sf: 0，因而不能肯定闭合系从外界吸收了热量。当dSf=0，甚至dsf : 0 （放热）但只要负熵流的绝对值小于熵产，闭口系的熵还是增加了的。如气体的不可逆绝热压缩就属于既增熵又绝热的过程。反过来，当闭口系的熵减小时，能肯定它向

31、外放出了热量。因为ds ： 0那故此时可以肯定闭系外向散热。、：Sf * :-Sg ： 0,而Sg _ 0 ，所以必须.：Sf : 0，才能保证 ds ： 05.指出循环热效率公式t二1 Q2.Q1和t二1 一丁仁丁2各自适用的范围是指冷源和热源的温度答：第一个公式适用于任何工质进行的任意循环；第二个公式适用于任何工质进行的可逆卡诺循环或可逆的回热卡诺循环6. 下列说法有无错误？如有错误，指出错在哪里：（1）工质进行不可逆循环后其熵必定增加；（2）使热力系熵增加的过程必为不可逆过程；（3）工质从状态1到状态2进行了一个可逆吸热过程和一个不可逆吸热过程。后者的熵增必定大于前者的熵增。 答：（1）

32、这种说法有错误。因为熵是状态函数，工质在实完成了一个循环后回到原状态其熵不变，不管循环是否可逆。（2）这种说法有错误。因为闭口系增熵的原因有两个，即吸热和不可逆损失（对开口系则还应该增加流入质量这个因素）。所以使热力系熵增的过程未必都是不可逆过程，如等温吸热过程是增熵过程，同时又可能是可逆过程。 可见增熵未必不可逆，不可逆也未必增熵。（3）这种说法有错误。熵只是状态参数，只取决于状态，而与如何达到这一状态无关。当工质的初始和终结态1和2指定以后，不管中间进行的过程特性如何，熵的变化（S2 S）也就完全确定了。因此，在这种条件下不能说不可逆过程的熵增大于可逆过程的熵增。7. 既然能量是守恒的，那

33、还有什么能量损失呢？ 答：热力学第一定律告诉我们能量在转移和转换过程中，能量数量是守恒不变的，但是由于在能量转移和转换的实际过程中不可避免地存在各种不可逆因素，如相对运动的物体之间的摩擦以及传热过程中的温差，等等，这些不可 逆因素总会造成能量转移和转换后能量品位的降低和做功能力的减少，而这种降低或减少不是能量数量上的而是能量质量上的，即由可用能变成废热的不可逆损失，这就是热力学第二定律所揭示的另外一种意义上的能量损失。3-1设有一诺热机，工作在温度为1200 K和300 K的两个恒温热源之间。试问热机每作出1 kW h功需从热源吸取多少热量？向冷源放出多少热量？热机的热效率为若干？编题意图通过

34、习题4-1，习题4-2和习题4-3三个题具体算例验证卡诺定理看出，无论采用什么工质（4-1采用任意介质，4-2采用空气介质，4-3采用氩气介质）、无论采用怎样的循环（4-1和4-2种是无回热卡诺循环，4-3中是有回热卡诺循环），当热源温度 仃1=1200K）和冷源温度（T2=300K ）取定不变时，三个卡诺循环有相同的确定不变的循环热效率（75% ）。这样编选这三个习题的目的之一；目的之二是通过习题4-3证明，如果不采用回热方式，过程 4 1所吸收的热量由热源供给，过程2 3所放出的热量由冷源放出，由于这种不等温供热过程必然引起整个孤立系的熵增，从而导致循环热效率的下降。求解步骤卡诺热机的热效

35、率可由（4-20）式求得：tc =1 _卫=1 一竺 0.75 =75%Ti1200再由式（4-21）式得热机从热源吸收热量W0cW36000.75= 4800kJ向冷源放出热量【讨论】从略Q?c 二Qc -Wc =4800 -3600 =1200kJ3-2以空气为工质，在习题 4-1所给的温度范围内进行卡诺循环。已知空气在定温吸热过程中压力由 解：空气按理想气体处理。所进行的卡诺循环如右图所示（以为1kg工质空气）8 MPa降为2 MPa。试计算各过程的功和热量及循环的热效率（按定比热容理想气体计算）2定温吸热过程由（3-8普式可得F2 =2M PaqiT二 WZ|t WZ|tTP2=RT1

36、ln 2P1=0.2871 1200ln二 477.6kJ/kgT3等熵膨胀过程Ws =Cv0(T2 TJ =0.718kJ /(kg *Kp(1200K -*c1 /1t-4i3300K) =646.20kJc/Tkg8M Pa4定温压缩过程 P3 二 P2P4 =Plk=8 MPa畿巾0625吩3-3以氩气为工质，在温度为1 200 K和300 K的两个恒温热源之间进行回热卡诺循环（图4-20）。已知p1 =楼=1.5 MPa ； p2 = p3 = 0.1 MPa，试计算各过程的功、热量及循环的热效率。如果不采用回热器，过程4- 1由热源供热，过程2 -3向冷源排热。这时循环的热效率为若

37、干？由于不等温传热而引起的整个孤立系（包括热源、冷源和热机）的熵增为若干（按定比热容理想气体计算）？=75%T :d20CK回热q51.4i300 K 戸=2 MPa0.015625 MPa(1200 K 丿所以q2T =W2T =RgT2ln0.2871kJ /(kg *K) 300K lnF40.04659=219.35 kJ/kg41定熵压缩过程而 Wts =h4 -h =300.19 1277.79 = -977.60kJ/kgWs =Cv0 (T -T0) Cv0 (T2 -T1)= 0.718 kJ/(kg Lk) (300 K -1200 K)=-646.2 kJ/kgqsT2

38、=300K43图 4-20解:查附表1，得A，Cpo =0.5208kJ/(kgLj 4 二 N Q-20 kg 水b =?3 .半就呼TmCpdT=mCp In mCp In P Top Ti= 4.187.3 In翌0215 20 In邑0215273.1538.05 273.15二 0.09088kJ / K所以，S色热系二S2 =0.50743 0.09088 =0.59831kJ /K3-10 有二物体质量相同，均为 m比热容相同，均为(1) 二物体最后达到的平衡温度为Cp (比热容为定值，不随温度变化)A物体初温为 B物体初温为Tb (Ta Tb)。用它们作为热源和冷源，使可逆热机工作于其间，直至二物体温度相等为止。