华科工程热力学第五章作业

1、解：1逆向卡诺循2循环的供暖系数3每小时耗电能4全部用电耗能图5-27题5-2附图5-1.利用逆向卡诺机作为热泵向房间供热，设室外温度为-10C,室内温度保持15Co要求每小时向室内供热 2.5X 104kJ，试问：（1）每小时从室外吸收多少热量？（ 2 ）循环的供 暖系数多大？ （ 3 ）热泵由电机驱动，如电动机效率97%，电动机功率多大？ （ 4）如果直接用电炉取暖，每小时耗电多少度（kw h）?£ =273 15 =288 KT2 =273 _10 =263K4Q1 =2.5 10 kJQ _Q2T1艺Q2 =Eq =2.28 104kJ=11.52 T -t244Q =(2.

2、5-2.28) 10 =0.22 10 kJQ0.22X104W0.63kW/h0.97X36004kW/h =6.94kW/hP 2.5 10P 36005-2.已知某空气机采用如图5-27所示热力循环。该循环由两个定温和两个定压过程组成。工质加热前的状态为 P1=0.1MPa、T1=300K，定压加热到和 T2=1000K，再在定温下每千 克工质吸热 400kJ o试分别计算不采用回热和采用极限回热的热效率，并比较它们的大 小。工质比热容 Cp=1.004kJ/（kg K） o®二务_严9口二一 £)+冬=1 004kJ (kg K)(1000 -300)K + 40

3、Ok J kg = 1102.SkJ/kg7： = J； =!000K. Ta=T= 300Kq 二匕 二 3Q0K x400kJ/kg = 120kJ/ke4-17； 2-3 LOOOK如二偽7十每_】二J(£ 珀十幻T=1 004kJ (kg K)(1000 - 300)K + 120kJ kg = 822.SkJ/kg务822 SkJ； kgn 二 1盟二10.254旺1102.8kJ/kg（2）采用极限回热吋，过程1-2所需热昴市过程齐4供给*所以% = q2-3 = 400kJ/kg300K1000Kx400kJ kg = 120kJ/kg乩二1120kJ 超400kJ k

4、g二 G 或 二悅二W(X)K1000KQ二 2 一 臨 二山 一 0.9kJ 二 O.lkJQ二 2 一 臨 二山 一 0.9kJ 二 O.lkJ5-8.某热机工作于Ti=2000 K、T2=300 K的两个恒温热源之间，试问下列几种情况能否实现？ 是否是可逆循环？ （ 1）Qi=1KJ，Wnet=0.9KJ ；（2）Qi=2KJ，Q2=0.3KJ ；（ 3）Q2=0.5KJ， Vnet=1 5KJ o解：方法一任£、间TJ乍的可逆循环热效率最髙錄于传诺循环热效率*而八1-亠1£300K2000K= 0.85Q二 2 一 臨 二山 一 0.9kJ 二 O.lkJ/7r=1

5、_ilkJ空竺二08盘二2kJA= O.5kJ + 1.5kJ = 2.OkJ=0.75<,2.0kJ不可能实现是町逆循坏是不可逆循环方法二（1）iu2000K- = 0 000167kJK>0300K不可能实现申坐鼻+么旦_ +空“丿 7；7；巧 2000K300K是可逆循环燈哼+知盘+鴉吨MK <0雄不对逆循环5-9.有人设计了一台热机，工质分别从温度为Ti=800K、T2=500K的两个高温热源吸热，Qi=1500KJ和Q2=500KJ，以To=3OO K的环境为冷源，放热 Q3,问：（1）要求热机作出 净功Wnet=1000KJ，该循环能否实现？ （ 2）最大循环净功

6、 Wnet,max为多少？解；（I）已知循环吸热0 = 1 500 kJ , 6二500 kJ, W二1 DOO kJ,故循环放热J J Z11C12 = （& +C?2）-KJ-（1500 + 500）kJ -1 OOOkJ = -1 OOOkJ1500kJ500RJ+800K500K1OOOkJ300K=-0,45S3kJ/K < 0所以可以实现（2）晟大循坏挣功只有在町逆術坏时才能获得*即= -300Kxr1500kJ、300K500K=862 活 kJ=?1+&2 + =1500kJ+500kJ-862-5kJ=1137-5kJ5-12.燃气经过燃气轮机，由0.8

7、 MPa、420C绝热膨胀到 0.1 MPa、130C。设比热容Cp =1.01 kJ/(kg K),Cv = 0.732 kJ/(kg K), 问：(1)该过程能否实现？过程是否可逆？(2)若能实现，计算1kg燃气作出的技术功 wt,设进出口的动能差、位能差忽略不计。解:<1)燃气的气休常数% = cp -= 1.0 lkJ(kg K) - 0.732kJ(kg K) = O.278kJ(kg * K)As 二 In 石 Pl=1.0lkJ/(kg K)In U""I反 _o.278kJ (kg K)In "山®(42O + 273)KO.SNl

8、Pa= 0.03057kJ/(kgK)>0,该絶热过程足不可逆绝热过和。(2)稳定流动乐统能量方程，在不计动能差，位能差，Ug二0吋，可简化为叫=陶二曾一扯二=1.01kJ/(kg K)x(693-403)K 二 292.9kJ/kg5-19.100kg温度为0C的冰，在20C的环境中融化为 0C的水，已知冰的熔解热为335kJ/kg，水的比热容Cw = 4.187 kJ/(kg K)，求冰化为水的熵变，过程中的熵流和熵产，以 及火用损失。解：100kg冰融解需热量总二100kgx 335kJ kg =3.35xlO*kJ .>设想在冰与环境间有中间热源，中何热源与冰接触侧的温度T

9、 = J = 273K ,它们之間是无温芜传热.取冰为热力系， 进行的是内可逆过程，因而冰的埔变, O Q 3.35xlO4kJ/kg二二二二二 =122.71kJKT T273K闭口系的墻方程山=显+乂 这眄 融源温度即为环境温度，所以矯流O O 335xl04kJ = = = 114.33kJKT E 293K爛产亠=也笔二 QEkJK - L1433kJ K 二 838kJ/K损失7； =293Kx9.38kJ. K 二 2455.34kJ5-20.100kg、温度为0C的冰，在20C的环境中融化为水后升温至20 C。已知冰的熔解热为335 kJ/kg，水的比热容Cw = 4.187 k

10、J/（kg K），求:冰融化为水并升温到 20C的熵 变量；（2）包括相关环境在内的孤立系统的熵变；（3）过程造成的可用能损失。解：冰融化、升温过祥如图5-9中曲线I-。-2所示（1）100 kg 0 *C tfj冰融化需热量a 二 100kgX335kJ/kg = 3.35x10'kJ100 kg 0 t的水加热到20 °C 需耍热疑2 = 100kg x 4.187kJ<kg K) x (20- 0)DC = &374xl03 kJQ = Q.+O7 =3.35xl04kJ 十&二水的焰变（2）环境的爛变主一LgK) kJ.和畑K71293K由冰和水

11、与坏蜕组成曲孤,系爛变A5 = AS,十 AS；丄=152.313kJ K - 142.915kJ K 二 9.398kJ/K3ML-23-4“砂 -勇* x 9398kJ.-K 二加王7 IkJ .J在T-s图（图?-9中以阴彭面积衣示。T5-21. 将一根m=0.36kg的金属棒投入绝热容器内mw=9kg的水中，初始时金属棒的温度Tm,i=1060K，水的温度 Tw=295K。金属棒和水的比热容分别为Cm = 0.42 kJ/(kg K)和Cw =4.187 kJ/(kg K)，-求：终温Tf和金属棒、水以及他们组成的孤立系统的熵变。解：取容器内木和金届棒为热力系，由闭口系能吊方AU =

12、Q-IV.禺绝热.不作外功, 故0 = 0,幵” =0,故ALr = 0 ,叩十应卩迫=0)n c (Tt - T ) I ni c (Tf-T ) = 0 w w fw "zn in x t口1T二叫4兀-九J几9k登 x 418 口 (kg K) x 295K 斗 0,36kg 420J；(熄 K) x L 加QK9kg x4187J/(kg K) + 0.36kgx 420J (kg - K)= 298. IK曲金属棒和水组成的孤立索的爛变为金厲棒爛变和水爛变之和AS =XS +XSIDWA5?98 1K。叫5畑说-O J918kJ KT298.1K=9.0kg x 4丄87kJ/(kg K) x hi= 0.3939k,l K295KlljA-S = -0 1918kJ K + 0.3939kJ K = 0202IkJ K解:TP1)ei =0 -ho(s - So) = Cp(Ti -A) -To(CplnRgln )T)F0473 8.314=1.004 (473 -290)-290 (1.004 InIn 6)29029=190.3kJ/kg同理可得：e2=0.87kJ/kg1 2 22)Wa =h -%(G -C2 )= 171.2kJ/kg1 2 23)Wa