热力学答案第四章作业

1、判断下列情况下体系的熵变，可供选择的答案为正、负或不能确定(1)封闭体系经过可逆过程，对外作功10kJ，吸热5kJ解: 正； (2) 封闭体系经过不可逆过程，对外作功10kJ，吸热5kJ解：正；由于不可逆过程的熵变大于可逆过程的熵变，由（1）可知，当封闭体系可逆过程S10 (3) 封闭体系经历可逆过程，对外作功10kJ，放热5kJ解：负； (4) 封闭体系经历不可逆过程，对外作功10kJ，放热5kJ解：不确定虽然S4S3析：1）熵变的计算 : 熵是一个状态函数，对于实际过程熵变的计算应先确定起始状态和终结状态，再在起始状态和终结状态之间，按照简便的原则，设计一个可逆过程来计算熵变，讲的是整个过

2、程熵的变化量。（见书P69）熵产Sg指的是由过程的不可逆性导致的熵增，是指过程相较于可逆过程来说，熵的增加量。（见书P69功损WL : 功损指的是体系经历一个可逆过程所作的功和它经历一个实际过程所作的功之差，即为实际过程2）不可逆过程的熵变大于可逆过程的熵变。常压下将100g水（液态，80）与50g水（液态，20）混合。假定混合过程中没有热损失，求过程中的H解：常压下水的恒压热容 = 4.18 Jg-1K-1设混合后温度为 T混，则： 100 cp （80- T混）= 50 cp（T解得：T混 = 60 能量平衡方程： 故 对热水：对冷水： S= SQT与书P71例题4-2类似。1kg、0的冷

3、水和1kg，100析：功损WL : 功损指的是体系经历一个可逆过程所作的功和它经历一个实际过程所作的功之差，即为实际过程同书P72例题4-2 解：W热水 TH热水 TH冷水TL可逆热机功源Ws从热水吸收热量，一部分传给冷水，一部分转化为功。但在传热和作功的过程中，冷、热水的温度是变化的，只有发生微热传递、作微功时，温度才可以是恒定的，此时有：而Q1=-m1cpdTH, m1得出:TE=319.26K， 有用功 W第二问与第一问同。将Q10kJ的热量从温度为500K的高温热源传递给温度为298K的低温热源，求过程中的熵变和功损，此过程是否可逆？解析：见书P70例4-1，SWL的计算见式4-30在

4、温熵图上表示出如下过程：气体节流膨胀； （2）气体绝热可逆膨胀；气体绝热不可逆膨胀； （4）气体等压冷凝至过冷液体；饱和蒸汽绝热可逆压缩； （6）饱和蒸汽绝热不可逆压缩；饱和液体绝热可逆膨胀； （8）饱和液体等焓膨胀。图见书P75（1）气体节流过程等焓过程；（2）绝热可逆膨胀熵变为0；（3）绝热不可逆膨胀压力减小，体积增大，可供物质分子活动的区域增大，混乱度增大，熵值越大线往右画熵变大于0，但是小于等焓过程的熵变（书P77），膨胀熵增大；（4）等压冷凝至过冷液体沿着等压线变化；（5）绝热可逆压缩熵变为0，但是压力增大；（6）绝热不可逆压缩压力越高，体积越小，可供物质分子活动的区域越小，混乱度越

5、大，熵值越大箭头往右边画；（7）饱和液体绝热可逆膨胀熵变为0等熵过程；（8）饱和液体等焓膨胀和（1）类似，但是是饱和液体。7、某朗肯循环用水作循环介质，锅炉加热后的过热水蒸气的温度为550，压力为15MPa，透平出口的压力为8kPa（1）朗肯循环的热效率（2）水泵消耗的功与透平输出的功之比（3）能达到100kW的输出功率时的蒸汽循环量。（该题与书P81 例4-4完全一样）解析：朗肯循环见书P81，从压缩液体1过热蒸汽2是等压可逆吸热过程， Q从过热蒸汽2湿蒸汽3是绝热可逆膨胀过程，WS,从湿蒸汽3饱和液体4是等温等压可逆放热过程，QL从饱和液体4压缩液体1是绝热可逆压缩过程，WS,（1）热效率

6、的求法见书P80 =书P45有能量平衡方程：H+gz+ 吸热： QH=H2解：（1）查附录表中过热水蒸气表，得15MPa、550过热蒸汽H23448.6kJ/kg ，S2=6.5199kJ/(kg*K)朗肯循环由23为等熵过程，S3S26.8199kJ/(kg*K)透平出口为湿蒸汽，其熵值与湿蒸汽的干度有关，用x表示湿蒸汽的干度。查8kPa时水蒸气的饱和温度为41.39此时水的熵、焓值分别为SL0.591 kJ/(kg*K) ; HL173.4 kJ/kg Sg8.2312 kJ/(kg*K) ; Hg2576.8 kJ/kgS3SgX3+SL (1-X3) 有X30.776H32038.4

7、kJ/kg; |Ws.rev.透平|=H2-H3=1410.2 kJ/kg ; 状态4为饱和液体，有H4=HL=173.4 kJ/kg冷凝放热QLH3H42038.4-173.41865 kJ/kg可逆轴功：Ws.rev泵-V4（P1-P4）14.992kJ/kgH1=H4+Ws.rev.泵=173.4+14.992=188.392QH=H2-H1=3260.208 |Ws|=QH-QL=1395.408=WS(2)水泵消耗功：Ws.rev.泵14.992 kJ/kg， 透平输出功|Ws.rev.透平|1410.4 kJ/kg14.992/1410.40.0106（3）m=W/|Ws|=W/(

8、|Ws透平|Ws泵|)1105/(1410.4-14.992)10371.6610、为满足设备工作条件，某机房需要保持室温恒定在10，已知环境向室内的传热速率为4.5kW，环境温度为35，采用氨作制冷介质。假定冷凝器的传热温差10，蒸发器的传热温差为5，且已知压缩机的等熵效率为0.8.（1）逆卡诺循环的制冷系数；（2）压缩过程为等熵过程时的制冷系数、制冷介质的循环量、压缩机的功率（3）压缩过程为非等熵过程时的制冷系数、制冷介质的循环量、压缩机的功率解：与书P87的例4-5类似。（1）氨在冷凝器中冷凝温度为TH35+1045 蒸发器中蒸发温度为TL10-55 逆卡诺循环制冷系数 =TLTH-TL (2)查图4-7可知，1、2、3、4 H11447.7 H2=1652.7 H3=H4 氨循环速率 m=4.5/(H1-H4