第二学期热工基础第1次作业

热工基础第一次作业

三、主观题(共9道小题)

54.

参考答案：

55.如图所示，b、c两状态点在同一条等温线上，试判断：△u ab与△u ac谁大？△s ab与△s ac谁大？

参考答案：答：△u ab=△u ac；△s ab＜△s ac

56.有一循环发动机工作于热源T1=1000K和冷源T2=400K之间，若该热机从热源吸热1360 kJ，对外作功833 kJ。问该热机循环是可逆的？不可逆的？还是根本不能实现的？

参考答案：

ηt＞ηtc违背了卡诺定理

结论：该循环根本不可能实现。

（也可用克劳修斯积分不等式或孤立系熵增原理求解）

57.气球直径为0.4 m，球内充有压力为150 kPa的空气，由于太阳辐射加热，气球直径增大到0.45 m，若球内气体压力正比于气球的直径，试求过程中气体对外的做功量W。

参考答案：

解：已知D1 = 0.4 m时，p1=150 kPa，且气球内压力正比于气球直径，即p = kD，可求得：k =375 kPa/m

答：过程中气体对外作功量为2.27 kJ

58.水在绝热混合器中与水蒸汽混合而被加热，水流入的压力为200kPa，温度为2 0℃，比焓为84kJ/kg，质量流量为100kg/min；水蒸汽流入的压力为200kPa，温度为300℃，比焓为3072kJ/kg，混合物流出的压力为200kPa，温度为100℃，比焓为419kJ/kg。问每分钟需要多少水蒸汽。

参考答案：

解：此绝热混合器所围空间为一稳流系，根据能量方程：

59.有5g氩气，经历一热力学能不变的状态变化过程，初始状态p1=6.0×105 Pa，T1=600K，膨胀终了的容积V2=3V1，氩气可作为理想气体。已知氩气的Rg=0.208 kJ/(kg·K)，c p=0.523 kJ/(kg·K)，求：（1）终了状态的温度T2、压力p2；（2）过程中系统热力学能、焓和熵的变化量。

参考答案：

解：由题意：△U = 0 →T2 = T1 = 600 K

由理想气体气体状态方程，有：

60.试求在定压过程中加给理想气体的热量中有多少用来作功？有多少用来改变工质的热力学能（比热容取定值）？

参考答案：

解：∵定压过程总加热量为：q =c p△T

其中用来改变热力学能的部分为：△u= c V△T

而c p = c V+R g

∴定压过程用来作功的部分为：w =R g△T

61.2kg某种理想气体按n=1.2可逆多变过程膨胀到原有体积的3倍，稳定地从

300℃降低到

60℃，膨胀过程中作功418.68kJ，吸热83.736kJ，求：气体的c p和c V。

参考答案：

解：由闭口系能量方程：

62.3 kg温度为80℃的热水在绝热容器中与5 kg温度为20℃的冷水等压混合，水的比热为4.187 kJ/(k g·K)，求此混合过程的熵变，并根据熵变的计算结果说明为什么混合过程是不可逆过程？（提示：先由热力学第一定律求混合后水的状态）

参考答案：

解：思路：利用孤立（绝热）系熵增原理进行判断。

取该绝热容器为闭口系，设热水用角标H表示，冷水用角标C表示，并注意液体

c p = c V = c

由闭口系能量方程：

三、主观题(共9道小题)

(主观题请按照题目，离线完成，完成后纸质上交学习中心，记录成绩。在线只需提交客观题答案。)

54.

55.

如图所示，b、c两状态点在同一条等温线上，试判断：△u ab与△u ac谁大？△s ab与△s ac谁大？

57.气球直径为0.4 m，球内充有压力为150 kPa的空气，由于太阳辐射加热，气球直径增大到0.45 m，若球内气体压力正比于气球的直径，试求过程中气体对外的做功量W。

58.水在绝热混合器中与水蒸汽混合而被加热，水流入的压力为200kPa，温度为2 0℃，比焓为84kJ/kg，质量流量为100kg/min；水蒸汽流入的压力为200kPa，温度为300℃，比焓为3072kJ/kg，混合物流出的压力为200kPa，温度为100℃，比焓为419kJ/kg。问每分钟需要多少水蒸汽。

59.有5g氩气，经历一热力学能不变的状态变化过程，初始状态p1=6.0×105 Pa，T1=600K，膨胀终了的容积V2=3V1，氩气可作为理想气体。已知氩气的Rg=0.208 kJ/(kg·K)，c p=0.523 kJ/(kg·K)，求：（1）终了状态的温度T2、压力p2；（2）过程中系统热力学能、焓和熵的变化量。

60.试求在定压过程中加给理想气体的热量中有多少用来作功？有多少用来改变工质的热力学能（比热容取定值）？

61.2kg某种理想气体按n=1.2可逆多变过程膨胀到原有体积的3倍，稳定地从300℃降低到

60℃，膨胀过程中作功418.68kJ，吸热83.736kJ，求：气体的c p和c V。

62.3 kg温度为80℃的热水在绝热容器中与5 kg温度为20℃的冷水等压混合，水的比热为4.187 kJ/(k g·K)，求此混合过程的熵变，并根据熵变的计算结果说明为什么混合过程是不可逆过程？（提示：先由热力学第一定律求混合后水的状态）