工程热力学-第五章 习题课
中国石油大学工程热力学第五章习题课11-PPT文档
3.刚性绝热容器由隔板分为两部分，各储空气1mol，如图所示，左 端温度T1=500K，P1=200kPa；右端温度为P'1=300kPa,T'1=800K。现将 隔板抽去，求混合后的参数及混合引起的有效能损失I。设大气环境温 度T0=300K
解：容器的体积
nR m o l 8 . 3 1 4 J / ( m o l K ) 5 0 0 K 2 3 1 T 1 1 V = 2 . 0 7 9 1 0 m 1 p 2 0 0 K P a 1
' ' nR m o l 8 . 3 1 4 J / ( m o l K ) 8 0 0 K 1 T 1 1 2 3 V ' = 2 . 2 1 7 1 0 m p 3 0 0 K P a 1 ' 1 ' 2 3 V V V 4 . 2 9 6 1 0 m 1 1
混合后的温度 由闭口系能量方程得
7 6 5 0 K 2 5 1 . 6 K 1 m o l [8 . 3 1 4 J / ( m o l K ) l n 8 . 3 1 4 J / ( m o l K ) l n 2 8 0 0 K 3 0 0 K
1 . 1 4 7 J / K
有效能损失
I T S 300 K 1 . 147 J/K 344.1J 0 g
（同学自己完成)
2. 两个质量相等、比热容相同且为定值的物体，Ａ物体初温 为TA，Ｂ物体初温为TB，用它们作可逆热机的有限热源和有 限冷源，热机工作到两物体温度相等时为止。 （１）证明平衡时的温度： T T m T A B
（２）求热机作出的最大功量；
（３）如果两物体直接接触进行热交换至温度相等时， 求平衡温度及两物体总熵的变化量。 解：（１）取Ａ、Ｂ物体及热机为孤立系，则
工程热力学 第五版 廉乐明 谭羽非 著 课后习题答案 中国建筑工业出版社 第5章 第6章作业 09年修订 1
5
湖南工业大学土木工程学院
建筑环境与设备工程教研室编制
过程。必要的一步是使系统先进行可逆绝热膨胀，等系统温度达到与环境 温度相等时，再进行可逆定温传热，过程就从 1-A-2，如图所示。而题中 进行的过程，是从点 1-B。
解：逆卡诺循环时，热泵供热系数为：
ε 2,c
=
T1 T1 − T2
=
20 + 273 (273 + 20) − (273 −10)
= 9.77
（1）热泵每小时从室外吸热量Q2
ε 2,c
=
Q1 Q1 − Q2
⇒ Q2
=
Q1 (ε 2,c ε 2,c
− 1)
= 100000 × (9.77 −1) 9.77
上。
4
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建筑环境与设备工程教研室编制
p 1
T1
2
s
4
v
T2
3
T
1
2
T1
T1
s
v
T2
T2
4
3
v
s
解：首先把每个过程的热量交换计算出来：
1-2 定温吸热 q12 = T1 (s2 − s1 )
2-3 定容放热 q23 = cv (T2 − T1 )
3-4 定温放热 q34 = T2 (s4 − s3 ) 4-1 定熵压缩 q34=0
η tc
=
W Q1
⇒W
= ηtcQ1
=
30% ×10000
=
3000kJ
/h
建筑物得到的热量，即热泵输送的热量Q1’
ε 2,c
=
Q1' W
⇒
Q1'
工程热力学第五章习题答案
第五章 热力学第二定律5-1 利用逆向卡诺机作为热泵向房间供热，设室外温度为5C −D ，室内温度为保持20C D 。
要求每小时向室内供热42.510kJ ×，试问：（1）每小时从室外吸多少热量？（2）此循环的供暖系数多大？（3）热泵由电机驱动，设电机效率为95%，求电机功率多大？（4）如果直接用电炉取暖，问每小时耗电几度（kW h ⋅）？解：1(20273)K 293K T =+=、2(5273)K 268K T =−+=、142.510kJ/h Q q =×（1）逆向卡诺循环1212Q Q q q T T =214421268K 2.510kJ/h 2.28710kJ/h293KQ Q T q q T ==××=×（2）循环的供暖系数112293K 11.72293K 268KT T T ε′===−−（3）每小时耗电能1244w (2.5 2.287)10kJ/h 0.21310kJ/hQ Q q q q =−=−×=×电机效率为95%，因而电机功率为40.21310kJ/h 0.623kW3600s/h 0.95P ×==×（4）若直接用电炉取暖，则42.510kJ/h ×的热能全部由电能供给442.5102.510kJ/h kJ/s 6.94kW3600P ×=×==即每小时耗电6.94度。
5-2 一种固体蓄热器利用太阳能加热岩石块蓄热，岩石块的温度可达400K 。
现有体积为32m 的岩石床，其中的岩石密度为32750kg/m ρ=，比热容0.89kJ/(kg K)c =⋅，求岩石块降温到环境温度290K 时其释放的热量转换成功的最大值。
解：岩石块从290K 被加热到400K 蓄积的热量212133()()2750kg/m 2m 0.89kJ/(kg K)(400290)K 538450kJQ mc T T Vc T T ρ=−=−=××⋅×−=岩石块的平均温度21m 21()400K 290K342.1K 400Kln ln290Kmc T T Q T T Smc T −−====Δ在T m 和T 0之间运行的热机最高热效率0t,max m290K 110.152342.1KT T η=−=−=所以，可以得到的最大功max t ,max 10.152538450kJ 81946.0kJW Q η==×=5-3 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5-1所示。
工程热力学课后习题全集
习题提示与答案 第一章 基本概念及定义1-1 试确定表压力为0.1 kPa 时U 形管压力计中的液柱高度差。
(1)液体为水，其密度为1 000 kg/m 3；(2)液体为酒精，其密度为789 kg/m 3。
提示：表压力数值等于U 形管压力计显示的液柱高度的底截面处液体单位面积上的力，g h p ρ∆=e 。
答案：(1) mm 10.19=∆水h (2) mm 12.92=∆酒精h 。
1-2 测量锅炉烟道中真空度时常用斜管压力计。
如图1-17所示，若α=30°，液柱长度l ＝200 mm ，且压力计中所用液体为煤油，其密度为800 kg/m 3 ，试求烟道中烟气的真空度为多少mmH 2O(4 ℃)。
提示：参照习题1-1的提示。
真空度正比于液柱的“高度”。
答案：()C 4O mmH 802v=p 。
1-3 在某高山实验室中，温度为20 ℃，重力加速度为976 cm/s 2，设某U 形管压力计中汞柱高度差为30 cm ，试求实际压差为多少mmHg(0 ℃)。
提示：描述压差的“汞柱高度”是规定状态温度t =0℃及重力加速度g =980.665cm/s 2下的汞柱高度。
答案：Δp =297.5 mmHg(0℃)。
1-4 某水塔高30 m ，该高度处大气压力为0.098 6 MPa ，若水的密度为1 000 kg/m 3 ，求地面上水管中水的压力为多少MPa 。
提示：地面处水管中水的压力为水塔上部大气压力和水塔中水的压力之和。
答案：Mpa 8 0.392=p 。
1-5 设地面附近空气的温度均相同，且空气为理想气体，试求空气压力随离地高度变化的关系。
又若地面大气压力为0.1MPa ，温度为20 ℃，求30 m 高处大气压力为多少MPa 。
提示： h g p p ρ-=0 →TR hg p p g d d -=，0p 为地面压力。
答案：MPa 65099.0=p 。
1-6 某烟囱高30 m ，其中烟气的平均密度为0.735 kg/m 3。
工程热力学课后习题答案
工程热力学课后习题答案工程热力学课后习题答案热力学是工程学中的重要分支，它研究能量转化和传递的规律。
在学习热力学的过程中，课后习题是检验学习成果和巩固知识的重要途径。
下面将为大家提供一些工程热力学课后习题的详细解答，希望能对大家的学习有所帮助。
1. 一个理想气体在等压条件下，从体积为1m³压缩到0.5m³，压力保持不变。
求气体对外界做功的大小。
解答：根据理想气体的等压过程，气体对外界做功的大小等于压力乘以体积的变化量。
即W = PΔV = P(V2 - V1) = P(0.5m³ - 1m³) = -0.5Pm³。
2. 一个系统的内能增加了1000J，同时对外界做了500J的功。
求系统所吸收的热量。
解答：根据能量守恒定律，系统吸收的热量等于内能增加量与对外界所做功的和。
即Q = ΔU + W = 1000J + 500J = 1500J。
3. 一个容器内有1kg的水，初始温度为20℃。
将容器放在恒温室内，经过一段时间后，水的温度升至30℃。
求水所吸收的热量。
解答：根据热容公式Q = mcΔT，其中 Q 表示吸收的热量，m 表示物体的质量，c 表示物体的比热容，ΔT 表示温度的变化量。
将题目中的数据代入公式，即 Q= 1kg × 4186J/kg℃ × (30℃ - 20℃) = 41860J。
4. 一个活塞与一个理想气体接触，气体的初始体积为1m³，初始压力为2MPa。
经过一定过程后，气体的体积减小到0.5m³，压力增加到4MPa。
求气体对外界做的功。
解答：根据理想气体的等压过程，气体对外界做的功等于压力乘以体积的变化量。
即W = PΔV = P(V2 - V1) = 4MPa × (0.5m³ - 1m³) = -2MJ。
5. 一个系统的内能增加了2000J，同时对外界做了1000J的功。
2013年-雪慕冰-工程热力学第五章经典例题
2013年-雪慕冰-工程热力学第五章经典例题５．５ 典型题精解例题５－１ 有一服从状态方程()g p v b R T -=的气体（b 为正值常数），假定V c 为常数。
（１）试由d ,d ,d ,u h s 方程导出,,u h s ∆∆∆的表达式； （２）推求此气体经绝热节流后，温度是降低或升高还是不变？ 解 （１）① 将题目所给的方程表示为 g R T p v b=-式（５－19）为V dd [()]d v pu c T T p v T∂=+-∂ 对上述状态方程求导得 ()g v R pT v a∂=∂- 代入式（５－19）得 V d d [()]d v pu c T T p v T∂=+-∂ V V d ()d d c T p p v c T =+-= 积分上式，则 221V V 211d ()u u u c T c T T ∆=-==-⎰式（５－20）为 d d [()]d p p vh c T v T p T∂=+-∂ 将状态方程表示为 g R T v b p=+求导得 g ()p R vT p∂=∂ 代入式（５－20）得 d d d p h c T b p =+积分上式，则 212121()()p h h h c T T b p p ∆=-=-+-③ 式（５－17）为 d d ()d pp T vs c p T T∂=-∂ 根据状态方程式 g R T v b p=+求导得 g ()p R vT p∂=∂ 代入式（５－17）得 g d d d pTs c R p T=- 积分上式，得 22g 11lnln p T p s c R T p ∆=- （２）式（５－29）为J()vpvT vT c μ∂-∂= 根据状态方程求导得 g ()p R vT p∂=∂ 代入式（５－29）得 g J /0ppTR p vbc c μ-==-< 即 J ()0h Tpμ∂=<∂ 所以绝热节流后温度升高。
工程热力学(第五版_)课后习题问题详解
2-2.已知2N 的M ＝28，求（1）2N 的气体常数；（2）标准状态下2N 的比容和密度；（3）MPa p1.0=，500=t ℃时的摩尔容积Mv 。
解：（1）2N 的气体常数2883140==M R R ＝296.9)/(K kg J • （2）标准状态下2N 的比容和密度1013252739.296⨯==p RT v ＝0.8kg m/3v1=ρ＝1.253/m kg （3）MPa p 1.0=，500=t ℃时的摩尔容积MvMv ＝pT R 0＝64.27kmol m/32-3．把CO 2压送到容积3m 3的储气罐里，起始表压力301=g p kPa ，终了表压力3.02=g p Mpa ，温度由t1＝45℃增加到t2＝70℃。
试求被压入的CO 2的质量。
当地大气压B ＝101.325 kPa 。
解：热力系：储气罐。
应用理想气体状态方程。
压送前储气罐中CO 2的质量1111RT v p m =压送后储气罐中CO 2的质量2222RT v p m =根据题意容积体积不变；R ＝188.9B p p g +=11 （1） B p p g +=22（2） 27311+=t T （3） 27322+=t T（4）压入的CO 2的质量)1122(21T p T p R v m m m -=-= （5）将（1）、(2)、(3)、(4)代入（5）式得 m=12.02kg2-5当外界为标准状态时，一鼓风机每小时可送300 m 3的空气，如外界的温度增高到27℃，大气压降低到99.3kPa ，而鼓风机每小时的送风量仍为300 m 3，问鼓风机送风量的质量改变多少？ 解：同上题1000)273325.1013003.99(287300)1122(21⨯-=-=-=T p T p R v m m m ＝41.97kg2-6 空气压缩机每分钟自外界吸入温度为15℃、压力为0.1MPa 的空气3 m 3，充入容积8.5 m 3的储气罐。
中国石油大学工程热力学第五章习题课
.
Qmin
1.02 W / c 1.82 kW 0.56
2. 某循环在700K的热源及400K的冷源之间工作，如图，试判别 循环是热机循环还是制冷循环，可逆还是不可逆?
解：
Wnet Q1 Q2 Q1 Wnet Q2 10000kJ 4000kJ 14000kJ
7 650 K 251.6 K 1mol[ 8.314 J/(mol K) ln 8.314 J/(mol K) ln 2 500 K 200 K
7 650 K 251.6 K 1mol[ 8.314 J/(mol K) ln 8.314 J/(mol K) ln 2 800 K 300 K
第五章习题课
一、下列说法是否正确？为什么？ ⑴ 熵增大的过程为不可逆过程；
答： 不正确，只有孤立系统才可以这样说。
⑵ 不可逆过程的熵变ΔS无法计算；
答：不正确，S为状态参数，和过程无关，知道初态和终态就可以计算；
（3）若工质从某一初态经可逆与不可逆途径到达同一终态，则不可
逆途径的ΔS必大于可逆途径的ΔS。
Tm TA TB 2
两物体组成的孤立系统的熵变化量为：
Tm dT dT S 孤立系 S A S B mc mc TA T TB T Tm Tm (TA TB ) 2 mc (ln ln ) mc ln TA TB 4TATB Tm
3. 两个质量相等、比热容相同且为定值的物体，Ａ物体初温 为TA，Ｂ物体初温为TB，用它们作可逆热机的有限热源和有 限冷源，热机工作到两物体温度相等时为止。 （１）证明平衡时的温度： Tm TATB
（２）求热机作出的最大功量；
（３）如果两物体直接接触进行热交换至温度相等时， 求平衡温度及两物体总熵的变化量。 解：（１）取Ａ、Ｂ物体及热机为孤立系，则
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3
简答题（1）
• 若工质从同一初态，分别经可逆和不可逆
6
2、系统从初态1经过可逆和不可逆过程达到相同
终态，则两过程中外界熵的变化S, S有' 什么关系
取系统与外界则组成孤立系统
Siso S12 S 0, Si'so S12 S ' 0 S S '
2
3、如果热源温度不变，增大卡诺循环输出功，则 卡诺循环热效率将: B 卡诺循环效率公式 A 增大 B 不变 C 减少 D 不定
过程，到达同一终态，已知两过程热源相 同，问传热量是否相同？对外做功？
s
q
T
=：可逆过程 >：不可逆过程
相同初终态，s相同
热源T相同
D S1- 2 = S g + Sf ,Q
qR qIR
q u w 相同 wR wIR
4
简答题（2）
ห้องสมุดไป่ตู้
• 若工质从同一初态出发，从相同热源吸收
相同热量，问末态熵可逆与不可逆谁大？
s
q
T
=：可逆过程 >：不可逆过程
相同热量，热源T相同
D S1- 2 = S g + Sf ,Q
相同初态s1相同
sIR sR
s2,IR s2,R
5
简答题（3）
• 理想气体绝热自由膨胀，熵变？
Siso
S2
S1
m cv
ln
T2 T1
R ln
v2 v1
0
U 0 T 0
典型的不可逆过程
AB 真空
判断题
• 任何过程，熵只增不减 ╳
• 若从某一初态经可逆与不可逆两条路径到
达同一终点，则不可逆途径的S必大于可
逆过程的S
╳
• 可逆循环S为零，不可逆循环S大于零 ╳
• 不可逆过程S永远大于可逆过程S ╳
1
选择题
1、系统经过不可逆绝热过程后，其熵变: A 大于0 B 等于0 C 小于0 D 不定 D 开口质熵流