第五章课后习题

1、第五章课后习题5-1利用逆向卡诺循环机作为热泵向房间供热，设室外温度为5C , 室内温度保持20 C ,要求每小时向室内供热2.5 104KJ ,试问：（1） 每小时从室外吸收多少热量？（2）此循环的供暖系数多大？ （ 3）热泵由电动机驱动，如电动机效率为95% ,电动机的功率多大？ （4） 如果直接用电炉取暖，每小时耗电多少（kWh） ?解：已知 T1 273 20 293K T25 273 268K qQ 2.5 104KJ/h（1）是逆向卡诺循环时，也强T1 T2T24 26810 KJ/h2.5 102.287Ti293（2）循环的供暖系数T1 T2293 268(3)每小时耗电能 q

2、w qQ qQ22.5 2.287 104 0.213 104KJ/h。电机3600 95%效率为95%因而电机功率为：N 0.213 100.623KW（4）若直接用电炉取暖，则2.5 104KJ/h的 热能全部由电能供给， 4耗电力 P 2.5 104KJ /h - KJ /s 6.94KW36005-2设有一由两个定温过程和两个定压过程组成的热力循环，如图5-34所示。工质加热前的状态为a 0.1MPa,T1 300K ,定压加热 到T2 1000 K ,再在定温下每千克工质加热400KJ。试分别计算不采 用回热和采用极限回热循环的热效率，并比较它们的大小。工质的比 热容 Cp 1.00

3、4 KJ /（kg|K）。:口解：（1）不回热时% = 4LT +7=l,004kJ/(kg K)Q 000 -300)K + 400kJ/ko = 1102.8 kJ/kg7； = 7； =1000K 7； = 7； = 300K300Km?400kJ/k* = 120kJ/k lOOOK% =%-4 + 心.1 =喙(七 一 4)+ 94-1=1,004k J/(kg K) Q000 - 300)K +120kJ/kg = 822.8kT/kg =1* = 1 - g8k处=0.如4r /1102.8kJ/kg（2）采用极限回热时，1-2过程所需热量由3-4过程供给，所以% = ?2.3

4、= 400kJ/kg q2 = g4130 OKq、3 =1000Kx400kJ/kg = 120kJ/kgr q, d 120kJ/kg 入小=1 一=1 0,70/ 400kJ/kj7；300K忆= 1= 1= 0.70丁110C0K5-3 试证明：同一种工质在参数坐标图（例如图）上的两条绝热线不可能相交。（提示：若相交的话，将违反热力学第二定律。证 假设AB和CD两条可逆绝热线可能相交，其交点为 1 ,设另一条等温线分别与二条绝热线交于 2和3。若工质依1-2-3-1 进行热力循环，此循环由1-2 , 2-3和3-1三个过程组成，除2-3过程中工质自单一热源吸热外，其余二过程均绝热，这样

5、就可使循环发动机有从单一的热源吸热，全部转化为机械能而不引起任何其他变化，显然是与热学第二定律相矛盾的，肯定是不可能，从而证明两条可逆绝热线不可能相交。5-4 设有1 kmol的某种理想气体进行图5-35所示的循环1-2-3-1 ,已知。设比热容为定值，绝热指数。(1)求初态压力；(2)在图上画出该循环；(3)求循环效率；(4)该循环的放热很理想，但热效率不很高，问原因何在？(提示：算出平均温度。)T定值解：1-2为可逆的绝热过程，初终状态参数间关系有:& =ln-放热量;而产300K=A= 27,954,% = 才RT户也享/ 300Kxln27951MPa9=1- -= 1- = 1-安=

6、 1- 0,IMP二 二 o 5980 6坪（工一刀） -5（7： -7；）x（150CK-3OOK）猿10.4)这里吸热过程按定压、工300K7- =1-=1=0.8工1500K如果是以Ti1500K为热源，T2 300K为冷源的卡诺循环，其热1.4 m xO.IMPa = 27.95 IMPa1500K1 300K ；循环1-2-3-1的T-S图如右效率可达80%,(平均吸热温度C -71500K 300K= 745.6K 1300Khi300K可见，比工低得多，故该循环热效率不高 5-5 如图5-36所示，一台在恒温热源Ti和To之间工作的热机E,作出的循环净功Wnet正好带动工作于Th

7、和T0之间的热泵P,热泵的功热量Qh 用于谷物烘干。已知Ti 1000K,T 360K,To 290K,Q1 100KJ 。(1)若热机效率 t 40% ,热 泵供暖系数3.5 ,求Qh ； (2)设E和P都以可逆机代替，求此 时的Qh； (3)计算结果Q Qi ,表示冷源中有部分热量传入温度为的热源，此复合系统并未消耗机械功而将热量由T。传给了 Th ,是否违背了第二定律？为什么？解热机E输出功W3=0.4xL00kJ = 40kJ热泵向热源Th输送热量Qh =尸卬*r=3,5x40kJ=140kJ若E、P都是可逆机，则冗_1 290KT 1000K=%皿。L 0.71xl00kJ=71kJ

8、r 7；360KI =-=5 14“W 7H - / 360K - 290KQh?=葭中用=514x 71kJ = 364.94kJ上述两种情况Qh均大于Q,但这并不违背热力学第二定律，以(1)为例，包括温度为1、”的诸热源和冷源，以及热机 E, 热泵 P在内的一个大热力系统并不消耗外功，但是 =- = 100kJ-40kJ=60kJ,Qi = Qe- Wn = 140k J - 40kJ=1 OOkJ ,就是说虽然经过每一循环， 冷源T0吸入热量60KJ,放出热量100KJ,尽传出热量40KJ给Th的热 源，但是必须注意到同时有100KJ热量自高温热源Ti传给Th的热源， 所以40KJ热量自

9、低温传给高温热源T0 Th是花了代价的，这个代 价就是100kJ热量自高温传给了低温热源G)，所以不违热力 学第二定律。5-6某热机工作于Ti 2000K,T2 300K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 1 KJ ,Wnet 0.9KJ ; (2)Q1 2KJ,Q2 0.3KJ ; Q2 0.5KJ ,Wnet 1.5KJ。解：在Ti,T2间工作的可逆循环热效率最高，等于卡诺循环热效率，而二 300K - 1= 1= 0.852000K(1)= lkJ 0,9kJ = O.lkJ(2)(3)2.0 kJ=0.75 %不可能实现0ikJQ2 03 kJ

10、 0=1- =1= 0* 85 =Qi 2kJ是可逆循环& =+ Wt.r = O.5kJ + 1,5kJ = 2.OkJ5-7有人设计了一台热机，工质分别从温度为T1 800K,T2 500K的两个高温热源吸热 Qi 1500 KJ和Q2 500KJ ,以工300 K的环境为冷 源，放热Q3 ,问：(1)如要求热机作出的循环净功Wnet 1000KJ ,该循环能否实现？ ( 2)最大循环净功 必戌为多少？解： 已知 Q1 1500KJ ,Q2 500KJ ,Wnet 1000KJ 放 热ft = -(0+0J-r=-(15OO+5OO)kJ-lOOOkJ = -lOOOkJQi0M1500k

11、J500kJlOOOkJ八八上=总+旦+率=+=-0.4583kJ/K 0可逆过程丁 丁 丁嫡变为正(2)不可逆过程 S 4热量为负，故嫡变可正，可负，可为零Tr(3)稳定流动系可逆过程时进口、出口嫡差 S -Q ,换热为负， Tr故嫡差为负。(4)稳定流动绝热系，进行不可逆过程，虽进、出口嫡差 S 0但系 统(控制体积)的嫡变为零。5-9 燃气经过燃气轮机由0.8MPa,420 C绝热膨胀至0.1MPa,130 C。设 比热容 Cp 1.01KJ/(Kg卜)G 0.732KJ/(Kg|k) ,(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，设进 出口的动

12、能差、位能差忽略不计。解：(1)该绝热过程的比嫡变R=c- q = L01kJ(kg , K) 一 0. 732kJ(kg-K) = 0.278kJ(kg K) riFSs = criM(4204273)K- 0.8MPa= O.O3O57kJ/(kg-K)因S 0,该绝热过程是不可逆绝热过程。(2)由稳流系能量方程，在不计动能差，位能差，且 q = 0时，可简化为叫二吗二% 一4=。(工八)= L01kJ/(kg K)x(693-403)K= 29Z.9kJ/kg5-100.25kg 的CO在闭口系中由pi 0.25MPa力120 C膨胀到r 0.125MPa ,ti 25 C ,做出膨胀功

13、 W 8.0KJ。已知环境温度to 25 C , CO 的 Rg 0.297KJ/的卜) 0.747KJ/(kgK)，试计算过程热量，并判断该过程是否可逆？解：T(120 + 273)K = 393K、丁”(25+273)K = 29NK由闭口系能量方程 (.J、: - /Q = 0.25kg x 0547kJ/(kgK)x (298- 393)K + 8kJ=-1774kJ十8,0kJ = -9,74kJ(负值表示放热)SIn -In)丁1飞牝=0.25kgx 0.747kJ/(kg*K) hi298K393KON 97kMkg)ln0125Mpa0.2 5 MPa环境吸热口二。9讪= -0

14、.00021kJ/(kg K)AS =29,74kJ = 0.03268kJ/K7；29 8K系统和环境组成的孤立系嫡变S. = AS + AS froMrr=-0.00021kJ/K+ 0.03268kJ/K = 0.03247kJ/K 0由于孤立系嫡变大于零，该过程为不可逆膨胀过程。5-11将一根m 0.36kg的金属棒投入mw 9kg的水中，初始时金属棒的温度5 1060K ,水的温度Tw 295K。比热容分别为cm 0.42KJ/(kgK)和 cW 4.187KJ/(kgK),试求：终温 T1 和金属棒、 水及它们组成的孤立系的嫡变。设容器绝热。解：由闭口系能量方程AU =。-叫，本题

15、取容器内水和金属棒为热力 系，绝热，不作外功，故Q 0、W 0,则U 0, A%+A一 叫人篡厂TJ+%篡广丁理=0T _陋柳。+胆斯，工1 /犯工龄+用乐m=9kg - 4.18753: K) ,: 295K+036kg，0.42kJ/(kg:K)1 1060K 二3 1K 9kg m 4.187kJ/(kg -K)+O.36kgxOJ2kJ/(kg K)由金属棒和水组成的孤立系的嫡变为金属棒嫡变和水嫡变之和AS. =AS +AS 七曲虐WT7QR 1 KS c In上二 03公匕尺0.42kD(kR.K)hi=-0.1518kJ/K q1060KSv = tnwcw fai = 9.0kg

16、 M.187kJ/(kg - K)In 幼吗，= 03939kJ/K T*295K4 二 -0. 1918kJ/K+ 03939kJ/K = 0.202IkJ/K5-12刚性密闭容器中有1kg压力pi 0.1013MPa的空气，可以通过 叶轮机搅拌或由tr 283 C的热源加热及搅拌联合作用，而使空气温 度由ti 7 c上升到t2 317 C。试求：(1)联合作用下系统得嫡产Sg ； (2)系统的最小嫡产 Sg,min ； (3)系统的最大嫡产Sg,max。解：由已知7； = (7 + 273)K= 280K- 7: = (317 + 273)K = 590K t T = (283+27J)K

17、 = 556K=2A07容器中空气进行的是定容过程,#1(1)由T1 工由附表中查得%二282.22kJ7kg， * = 6.6380kJ/(kg , K)Ih = 59&52klkg ,s； = 7.3564kJ/(kg K：由闭口系方程 盘=0-卬，这里是输入搅拌功，w为负值，Au = Ah- A(pv)= Ah - RAT= 9SZkJ/k2-282l22kJZkE!-0-287kr(k2K)x90-230)K = 22733kJ/Tkg应则二227.33 + 叫醒由闭口系嫡方程S2 -51二耳+叼（b）以一 =3：- SR 111 四=73964kJ/(kg - K)-6.6380kJ

18、/(kg-K)-0,287kJ7(kg-K)ln 2.107= 0.5 445kJ/(kg,K)/7.33 + 卬皿%跖一亍一折一将上述两个结果代入式 （b ），则,、22733 + hrU% =0,5445-包也（3口蜘g556注意：式中w为负值，可见系统嫡产与搅拌功的大小有关，搅拌功越大，则Sg越大。据题意，A 30K、Z =5S8K, 7工，所以靠热源加热至 多可加热到T- =T；=556K , Ta 4这一段温升只是由于叶轮搅 拌而产生。故将过程分成两个阶段：由Ti向T2靠热源加热，由Ta到T2靠 搅拌先由附表查得4=563.0kJ/kg ,片=7.3343kJ/(kg - K)Ah

19、= ft -It = 563.0kJ3-28222kJ/kg = 280J8kJ/kg l-； tl I-A/fi . =M - A_AZ二 280.78kJ/kg - 0.287kJ/(kg- K)x (556- 280)K = 20L57kJ/kg因此 %5 二 Mt = 20L57kJ/kg叫向二一A心二/=(227.33-2Ol,J7)kJ/kg= -25,76kJ/kg51二七一九一”= 0.5445kJ/(kgK)-277.33kJ/kg-25.76kJ/kg= 0.18196kJ/(kg-K)这种情况是尽可能多利用加热，而搅拌功最小的情况，所以是系统的 最小的嫡产。(3)最大嫡产

20、发生在不靠加热，全部由于搅拌而升温，这时 q = 0 ,*鹏二 W 0-5445kJ/(kgK)这时搅拌功最大，-15-13要求将绝热容器内管道中流动着的空气由ti 17 C在定压Pi P2 0.1MPa下加热到t2 57 C。采用两种方案。方案A:叶轮搅拌容器内的粘性液体，通过粘性液体加热空气。方案B:容器中通入 P3 O.iMPa的饱和水蒸气，加热空气后冷却为 饱和水，见图5-37。设两系统均为稳态工作，且不计动能、位能影响，试 分别计算两种方案流过1kg空气时系统的嫡产，并从热力 学角度分析哪一种方案更合理。已知 水蒸气进、出口的始值及嫡值分另U为h3 2673.14 KJ/kg,h4

21、417.52KJ /kg 和s3 2673.14KJ /(kg |k),s4 1.3028KJ /(kg(K).解：取控制体积如图，低压下空气作为理想气体。7； = (17 + 273)K = 290K, 7； =(57 + 273) K = 33QK方案I :稳定流动系空气的嫡方程为 的一邑=”十支，该控制体积为绝热：*二口,根据T1 ,t2由附表中查得 =6.6732k力(kg.K),.号=6.8029kJ/(kgK)=6.8029kJ/(k K)-6.6732kJ/(kg K) = Q,1297kJ/(kg K)方案n：空气和水蒸汽均为稳定流动，根据，稳定流动热力系的嫡方程q,肩- 5i

22、)+/式力e)= &+$久=( -1)+ (4-53)由于绝热，*1(a)q吗由于6】可由稳定流动能量方程确定，不计动能，位能差时可推得心3 _砥一片界1% 一% 由附表，根据Ti ,T2查得九二 292.25kJ3 , %= 33242kJ/kg332.42kJ/kg - 292.25kl/kg _ 0 算六 267514kJ/kg-417.52kJ/1ig - 将这些数据代入（a）,得S5 二 - = 6.8029kJ/(kg - K)-6.6732kJ/(kg K)十0.0178xL3028kJ/(kg K)-7.3589kJ/(kg-K)= 0.022kJ/(kg - K)计算结果表明

23、，系统2的嫡产远小于系统1的，从热力学角度分析 方案II更合理。5-14 m 1 106kg、温度t 45 C的水向环境放热，温度降低到环境温度卜10 C,试确定其热量火用Ex,q和热量 火无An,Q。已知水的比热容 Cw 40187KJ /(kg K)。解：热量6318K6=10skg x 283K k4.157kJ/(kg - K)In= 138.17 x 10skJ283K纥足=Q - % =。56)- a,w= 106kg4.187kJ/(kg K)x(318- ZS3)K-138J7kJ/kgxlOskg=8.38xlOekJ5-15根据嫡增与热量火无的关系讨论对气体（1）定容加热；

24、（2）定 压加热；（3）定温加热时，哪一种加热方式较为有利？比较的基础分 两种情况：（1）从相同的初温出发；（2）达到相同的终温。（提示：比 较时取相同的热量Qi。）5s解：从相同初温出发图中1-2示定容加热，1-3示定压加热，1-4 示定温加热，取加热量Qi相同，即三条过程线下面积相等，此时 X-3 -1-白，可见，定容最不利，定压次之，定温最有利。5-16设工质在 1000K的恒温热源和 300K的恒温冷源间按循环a-b-c-d-a 工作（见图5-8）,工质从热源吸热和向冷源防热都存在 50K的温差。（1）计算循环的热效率；（2）设体系的最低温度即环境 温度T0 300K ,求热源每供给1

25、000KJ热量时两处不可逆的热引起的 火用损失和I1及I2总火用损失。解：（1）循环a-b-c-d-a可看作是在中间热源彳 之间工作的内可逆循环，因此K . (300+5Q) KZZ = 1- = 1= 0,63 2(1000-50JK(2)已知 Q1 1000KJQr = -21 = -x 1000 kJ = 368kT T 950K高温热源（Th 1000K）放出热量1000KJ,与工质二者组成的孤立系,其嫡增口 0J752kJ/(kg-K)= 52.56kJ总的火用损失7二，十八= 15J8kJ+52,56kJ=6834kJ5-17将100kg、温度为20c的水与200kg、温度为80c

26、的水在绝热 容器中混合，求混合前后水的嫡变及 火用损失.设水的比热容Cw 4.187KJ /（kg（K）环境温度 t0 20 C。解：闭口系，W 0 Q 0,故U 0,设混合后水温为t,则叫qTj二%4七。100kg20 ” C+200kg80 ”.+ 犯100kg + 20 0kg=60 C7； = (20 + 273)K = 293K T、= (80+273)K = 353K T = (60 + 273)K = 333K= AS】+ AS2 =叫 cTT111+EW 111 工石333Kl333K= 100kgx4187kJ/(ks - K) In+ 200K *4.187kJ/(k e-

27、K)h293K353K= 4.7392kJ/K 绝热过程嫡流Sf 0,嫡变等于嫡产=4,损失I = (20 + 273)Kx4.3792kJ/K = 1388.6kJ 5-18同例3-7,氧气和氮气绝热混合，求混合火用损失。环境温度T0 298 K。解：例3-7已得出混合嫡变 S 0.8239KJ/K,对绝热过程Sf 0, S Sg ,所以损失为/ = 70% = 298Kx0.8239kJ/K =245.5kJ5-19 100kg、温度为0C的水，在大气环境中融化为 0C的水。已知 冰的溶解度为335KJ/kg.设环境温度T0 293K ,求冰融化为水的嫡变、 过程中的嫡流、嫡产及火用损失。

28、解：100kg 冰融解所需热量 0 = lOQkgX335kJTlkg = 3,35X10 kJ设想在冰与环境间有一中间热源，中间热源与冰接触侧的温度丁二丁也二 273K,它们之间是无温差传热，取冰为热力系，进行的是 内可逆过程，因而冰的嫡变州4号空产22闭口系的嫡方程AS = Sr + S,这里热源温度即为环境温度，所以嫡流QQ 3.35xl0kJ m = 114.33kJ/KT7；293K嫡产损失Sf = AS % = 122JlkJ/K 114.33kJ/K = 8.38kJ/k研=293K x9.38kJ/K = 245534kJ5-20 100kg、温度为0c的冰，在20c的环境中融

29、化为水后升温至 20 Co已知冰的熔解热为 335KJ/kg,水的比热容，求：（1）冰融化 为水升温至20C的嫡变量；（2）包括相关环境在内的孤立系得嫡变;（3）火用损失，并将其示于T-S图上。解：(1 )100kg0 C 的冰融化所需热量eL = 100kgx335kJ/kg = 335xl0J.100kg0 c的水加热到20 c的水，需要热量Q. = 100kg m4187kJ/(kg , K) MQ0 -C = 8.374 xlO3kJ。=01 += 335 xl04km374xL03kJ=4.1S74xl04kJ水的嫡变十 111 几 九=任上吧旦 1。叱知 了 kj/(kg - k

30、) In 经鸟=15 2,313kJ/K 273K-273K(2)环境的嫡变-Q -4.1874xl04kJ 一口 丁什二二142.915kJZK.北 293K由冰和水与环境组成的孤立系嫡变AS =r+ASq 人=152.313kJ/K142.915kJ/K = 9.39BkJ/K 10)一斗(3、7二丁公多= ：93x9 398= 275371H3 O JfJ foI在T-s 图中以阴影23mn2表示。JM鼻5-21 两物体A金额B的质量及比热容相同，即mim2m, Cp,i Cp,2Cp,温度各为T1和T2，且T1T2。设环境温度为T。（1）按一系列微单元卡诺循环工作的可逆机已 A为热源，

31、以B为 冷源，循环进行后A物体的温度逐渐降低，B物体的温度逐渐升高， 直至两物体温度相同，同为Tf为止，试证明Tf 府 ,以及最大循 环功Wmax mcp（工T2 2Tf）； （2）若A和B直接传热，热平衡时温度为 T ,求T以及不等温传热时引起的火用损失。解：（1）根据题意，A B均为变温热源，要求确定在 A、B间工作 的最大循环净功，因此，一定是可逆循环。设过程中， A、B温度分 别为Tix T2X时的微元卡诺循环，自A热源吸热Qi,x,向B冷源放 热Q2,x ,循环净功为S Wnet ,因过程全部可逆热源A的嫡变冷源B的嫡变经过一系列微元卡诺循环，热源 A温度由Ti变化到Tf ,冷源B的

32、温度由T2变化到Tf ,这时A的总嫡变当 d7；tTf一 =搭匕 In B的总嫡变%,二而工质经过的是循环,由热源、冷源、工质组成孤立系，孤立系中进行的可逆循环，故ASl+fd5+A5J =0所以T T + me lii 0微元循环的循环净功&%皿=1 5fi. 1-1 边小 R FHCpd兀 I I aqVGJ全部微元循环忆”j；热。dT.* - J：叫,叫，=吗(7J -Ts)-mcp(Tf -T2) = mcpg +2Tf)(2)两物体A和B直接触，则热物体放出的热量等于冷物体吸入的 热I即g HI ,因此 %也,* J：M = E； d1 -十）二区为小Q + m M损失：方法1A5

33、= /hc me In A物体的嫡变 Jri k 兀百 ar rB物体的嫡变由A和B组成的孤立系嫡变又因了；苴=77所以AS,. = jjjc = me InI = T AS = Zinc 7r In 损失目 ISOp U T方法2A物体放出热量Qa=(T-TJ4G =与(-2X5 J = 丁产加?其中热量几J*rrj-r、二 Qa 一 A如二 m部国一 TJ mCphi* = tn%乙-仙噌Ll鼠JA物体放出热量由B物体吸收，Q”),其中热量T 儿,人=7人”=兀析，1n审=叱（X -引-叫工 11 百二 g 7； Y In 八 损失厂区.一瓦a = A，a-4G=珥七历宁5-22稳定工作的

34、齿轮箱，由高速轴输入功率300KW由于摩擦损耗及其他不可逆损失，从低速轴输出功率 292KW见图5-38。齿轮箱外 表面被环境空气冷却，冷却量 qQhATb % ,式中对流换热的表面传热系数h 0.17KW/（mK），齿轮箱外表面面积A 1.2m3 ,可为齿轮 箱外避面的平均温度。已知环境温度 T0 293K，试求：（1）齿轮箱 系统的嫡产和火用损失（2）齿轮箱与相关环境组成的孤立系统的嫡 增和火用损失。300 kW292 kW解：根据题意，齿轮箱在稳定情况下工作。齿轮箱内部存在磨擦不 可逆因素；Tb温度的齿轮箱和T0环境间存在有限温差传热引起的不 可逆损失。并假设齿轮箱外表面温度均匀。(1)

35、取齿轮箱为热力系，闭口系能量守恒，dU=6W单位时间的表达式由于稳定放热ALJ二气一 尸AC/ = 0, 3M = 292kW-300kW = -RkW符号表示由九二怎- G确定由:(SkW 017kWmLK)xL2ii/+ 293K = 332.2K闭口系的嫡方程 楙=金) * 55e写出对单位时间的关系式史二0由于稳定北损失人=说=293KxO.O24kW/K = 7.056kW(2)包括齿轮箱和相关环境在内的扩大系统，是孤立系，对其写出=Sf 4- 5 = 05-23嫡方程，同样由于稳定dr =一二 = 一坦=一(-8“)= 0.0273k W/K工及 293K 损失卜我=29 必 0S

36、73kW/K=KkW?Sg和I分别为总嫡产和总火用损失。由于齿轮箱外壳与环境间不等温传起的嫡产5联和火用损失I2为 K $二 0.0273kW/K-0.0241kW/K = 0,0032kW/Kp0 0.1MPa,T0 303K的环境大气充入，充气终了时 p2 0.1MPa ,试 分 别按绝热充气和等温充气两种情况， 求：（1）终温丁2和充气量mi； （2） 充气过程中的嫡产Sg； （3）充气火用损I。已知空气的Rg 0.287KJ/（kgK）, Cp 1.004KJ/（kgK）, k 1.4。解 取容器内空间为控制体积，根据控制体积能量方程的一般表达式dQ =dUi,v. + 九才仁+ 3V

37、匕已知是刚性容器不作外功”=0无空气流出$叫三 ,空气充入量等于控制体积内空气增量由 =一且也二，故简化为（一）按绝热充气(1)积分得叫儿（吗一网）=0因初态为真空，叫=叼=小，因而叫二%= 3 = = 1,4x303 = 424.2P2VxQ.lj/ = 0 8 214仁父 心心 0,287x10424.2（2）根据控制体积嫡方程口=+ s-D U k T 1377 3K二 293K x0.5kg x 0.717kJ/(kg -K)xlO.OllkJ5-29表面式换热器中热水加热空气，如图 5-39。空气的进、出口参 数分别为 ti 20 C, r 0.13MPa 和 t2 60 C, P2

38、 0.12MPa ,空气流量qm 1kg/s,热水进口温度twi 80 C ,流量qm,w 0.8kg/s ,压力几乎不变。水和空气的动能、位能差可忽略不计。已知环境温度to 10 C、压力Po 0.1MPa 。 空气和水的比热容分别为 Cp,a 1.004KJ /(kg|K),Cp,w 4.187KJ/(kg|K)。 空 气的气 体常数 Rg 0.287KJ/(kg|K),换热器按稳定工况工作，散热损失可忽略不计， 试采用火用平衡方程确定火用损失。解：由第一定律热水放出的热量等于空气吸入热量，故W-Q -(% 一g)(一) 二 80。lkgxL004Wg-K)心 印(OU-ZU) U0.8kgx4F187kJ/(kg K)=68,01687； = (20 + 273JK = 293K T2 = (60+ 273)K = 333K Q =(80 + 273)K = 353K心=(68+273)K = 341K 7； = (10 +273)K = 283K 空气进、出口的比始气H】=4 一 % -咐为 - % % 加=L004kJ/(kg-K)(293-283)K793K0 13MPa-283K 1,004kJ/(kg-K)In3生-0.287kJ/(ko-K)lii283KO.IMPa=21.48kJ/ke=也一%G = Cp3一