2015年工程热力学复习题

1、 玉扳手2015年工程热力学复习题下列说法有无错误？如有错误，指出错在哪里：工质进行不可逆循环后其熵必定增加；使热力系熵增加的过程必为不可逆过程；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)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

2、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(Ss)也就完全确定了。因此,21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。请分别利用克劳休斯积分不等式、卡诺定理、孤立系统熵增原理来证明以下热力过程能否发生:热机工作于t=267C和t=27C12之间，工质从高温热源吸收了1000kJ热量，对外作功480kJ。解：由热力学第一定律：Q二Q+W得：12Q二QW二1000480二520kJ21采用克劳修斯积分计算证明Qi+Q2=1000+Z520=0120，不可能发生TT2540300采用卡诺定理证明卡

3、诺循环热效率：耳=1T=1型=044CT540实际循环热效率：耳=1Q=1型=048屮，不可能发生tQ11000C采用孤立系统熵增原理证明AS=01+Q二如+竺一0.120，不可能发生isoTT2540300在恒温热源T=700K和T=400K之间进行循环。当W=1201000KJ，Q=4000KJ时，试用计算说明：2（1）循环的方向性；（2）循环是可逆的，还是不可逆的？一定量的理想气体吸热3349KJ于定压过程中。已知工质的定容质量比热c0.741kJ/(kg.k)，气体常数R=0.297KJ/(kg.k)。V求该定压过程中工质内能的改变量和对外所作的功。容积v=0.5m3的空气初压p=0.

4、3MPa,初温t=150C，经可逆11多变膨胀过程到终态p=0.08MPa,t二20C，求：过程中热力学22能、焓及熵的变化量.(空气作为理想气体，其比热容可取定值,气体常数R=287J/(kg.K)；勺=1005J/(kg.K)心診耳為心kgJ二J-理=1005-287=718J/(kg.K)A7=vAr=1.235x713x(-130)=-!15.275kJ=1.235x1005x(-130)=-161.353kJA(5,=mAs=1.23j5Ln空飓In巴TP_=1.235x1005In对十273.1J150+273.15AAO-2S7k1tl=12.925强丿2kg空气分别经过定温膨胀

5、和绝热膨胀的可逆过程，如图，从初态p=9.807bar,t=300。c膨胀到终态容积为初态容积的5倍，试11计算不同过程中空气的终态参数，对外所做的功和交换的热量以玉扳手玉扳手 1 图解：将空气取作闭口系对可逆定温过程1-2,由过程中的参数关系，得TOC o 1-5 h zv1p=p=9.807x=1.961bar21v52按理想气体状态方程，得v二竺=0.1677m3/kg1pv=5v=0.8385m3/kg21T=T=573Kt=300C212气体对外作的膨胀功及交换的热量为W=Q=pVInV2=529.4kJTT11V1过程中内能、焓、熵的变化量为AU=0AH=0AS=Q=0.9239k

6、J/K121212T1或as=mRlnZ=0.9238kJ/K12V对可逆绝热过程1-2,由可逆绝热过程参数间关系可得p二p(亠)k其中v=v=0-8385m3/kg21V222故p=9.807(-)i-4=1.03bar25=昱二=301K12=28C气体对外所做的功及交换的热量为W=-(pV-pV)=mR(T-T)=390.3kJsk11122k112Q二0s过程中内能、焓、熵的变化量为AU二me(TT)=390.1kJ12v21或AU二-W=-390.3kJ122AH二me(TT)=-546.2kJAS=012p2112气体在气缸中被压缩，气体的热力学能和熵的变化分别为45kJ/kg和-

7、0.289kJ/(kgK)，外界对气体做功170kJ/kg,过程中气体只与环境交换热量，环境温度为300K。问该过程能否实现？是否可逆？汽缸内气体与环境共同组成一个孤立系q=Au+w=45一170=125kJ.kgsurq=45-UQ=-125kJ/kg,工质放热，环境吸热也喝二-0.2S9+0.417=0.12SkJ/kg所以该过程可以实现，是不可逆过程。空气初态为p=0.1MPa、t=20C，经过二级活塞式压气机后，压力11提高到4.9MPa，假定各级压缩过程的多变指数n=1.3。试求：（1）以耗功最小为前提的各级压比；（2）生产1kg压缩空气理论上消耗的功；（3）各级气缸的出口温度；（4

8、）若采用单级压缩，压气机消耗的功及出口温度。（R=0.287kJ/（kgk）131.3-1kJkJ=293.157=459.3KJ13-1IT141=293.15x49=720.3100C,600kPa的空气以n=1.2多变过程膨胀，如果最终压力为100kPa，计算过程功量和热量。知空气：c=0.716kJ(kg-K)，vc=1.004kJ(kg-K)，R=0.287kJ(kg-K)。T(p/p)n1=373211600丿1211.2=276.7KRTV二11p10.287x373600RTV二20.287X276.7100A(pv)_(n1)=140(kJkg)R(TT)12=n1600 x

9、0.179100 x0.7941=138.2(kJkg)0287x(373276.7)1q=Au+w=cAT+w=0.716x(276.7一373)+138.2=69.25(kJ-kg)V或q=cnkAT=0.716x1.2一1.4x(276.7373)=69(kJkg)vn一11.2一1一台活塞式压气机，其相对余隙容积为0.05，若把空气由压力为0.1MPa,温度为17C的环境状态经历多变指数为1.2的多变压缩过程压缩到0.7MPa。(1)求压缩机的容积效率；(2)求输出1kg压缩空气所放出的热量。知空气：=0.716kJ/(kg-K),=1.004J/(kg-K)，R=0.287kJ(kg

10、-K)。p1(二V/V二1_(V/V)(p/p片-1vehch21二1-0.05xf07斗10.1J二0.79710.1丿12-11.2=401.1KR(t-T)12=n一1T=T(p.p片=290 x2121=-159.4(kJkg)0287x(290-401.1)-1q=Au+w=cAT+w=0.716x(401.1-290)-159.4=-79.88(kJkg)v或q=cnkAT=0.716x1.2一1.4x(401.1-290)=-79.55kJkgvn-11.2-1某卡诺热机每分钟从500C的热源吸热5000kJ，向30C的环境放热.试求：1）该循环的热效率2）该循环的放热量3）该卡

11、诺机输出的功率4）若热源温度为800C,工质的吸热温度为500C,吸热量不变,由温差传热而引起该系统的熵变量为多少？做功能力损失多少？孙=0.608）热效率T2Q31Qh=Q.=5000X一x=32.67）放热量KW5000临=亘_J2i-50005000r=+=上.丿3）输出功率-32.67=50.7kw4）该系统的熵变量kJ/K做功能力损失-TS-303x3.75-1136.25kJ9.某蒸汽动力装置按简单朗肯循环工作，蒸汽进汽轮机初始状态的压力p二5MPa，蒸汽的初始温度为t二500OC；汽轮机乏汽压力为11p二0.002MPa。不计水泵耗功，要求：（1）画出该循环T-S图；2（2）在吸

12、热时吸入的热量；（3）循环净功；（4）向外界放出的热量；（5）该蒸汽动力循环的热效率；（6）该蒸汽动力循环的汽耗率。1该循环T-s图如图所示:h=3433.7kJ/kg1s=s=6.9770kJ/kg.K12s-scc2s”-s226.9970-0.26078.7247-0.2607h=h+x(h“h)=73.46+0.7959x(2533.6-73.46)=2031.5kJkg22222h=h=73.46kJ-kg32忽略泵功，贝U：h沁h=73.46m3ikg43吸入热量为：q=h-h沁h-h=3433.7-73.46=3360.24kJkgTOC o 1-5 h z1413循环净功：w沁h-h=3433.7-2031.5=1402.2kJ/kg012放出热量为：q=h-h=2031.5-73.46=1958.04kJkg23循环热效率：耳=比=14022=0.42tq3360.24136003600汽耗率：d=2.57kg/(kWh)w1402.20广东玉扳手科技有限公司成立于2016年年初，是全国领