工程热力学习题课

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工程热力学习题课(2)

工程热力学习题课(2)

三、小结
1.热力循环方向性的判断: Q
克劳修斯积分式
T
0
r
孤立系统熵增原理(既适应循环也适应过程 方向的判断)
dSiso 0
卡诺定理
t c
2.对于求极值问题一般考虑可逆情况
3.应用孤立系统熵增原理计算每一对象的熵
变时,要以该对象为主题来确定其熵变的正 负
谢谢大家!
Q1 W 264 .34kJ
气体定温过程熵变为:
T p p c p ln 2 R g ln 2 mR g ln 2 S m T1 p1 p1 10 6 1 287 ln 5 660 .8 J / K 10
热源熵变为:
1由热效率计算式可得热机e输出循环净功所以wnet40kj由热泵供暖系数计算公式可得供热量qnetnet1000290revnet7171290360360netrev3647114但这并不违反热力学第二定律以1为例包括温度为tnet100kj40kj60kjnet140kj40kj100kj就是说虽然经过每一循吸入热量60kj放出热量100kj净传出热量40kj给温度为t放出了100kj的热量所以40kj热量自低温传给高温热源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所以不违反热力学第二定律
因为为可逆过程,所以△Siso=0,即:
S iso S A S B dS 0
mc p ln
Tf T1
mc p ln
Tf T2
0
ln
T f2 T1T2
0
T f T1T2
可逆过程循环净功最大,为:
Wmax Q1 Q2 mc p T1 T f mc p T f T2 mc p T1 T2 2T f

工程热力学第二章习题课

工程热力学第二章习题课
2 1.196103
又因为在该过程中,气缸内气体温度不变,因此气缸被气体的内能变化量为:
U 0
忽略活塞与气缸的摩擦的损耗,系统对外所作的功仅有膨胀功,因此
Q U W 0 95.29 95.29 J
3、如图所示的气缸,其内充以空气。气缸截面积为100cm2,活塞及其 上重物的总重为200kg,活塞初始位置距底面8cm。大气压力为0.1MPa, 温度为25℃,气体与环境处于平衡状态。现在把重物取走100kg,活塞 将突然上升,最后重新达到平衡。若忽略活塞与气缸间的摩擦,气体与 外界可充分换热,试求活塞上升的距离和气体与外界的换热量。
解:
(1)热机的最大循环功 卡诺循环效率:
热机在工作时的最大循环功是卡诺循环热效率下的循环功,
c
W0, max Q1
T2 400 1 1 0.600 T1 1000
所以
W0, max cQ1 0.600 200 120 kJ
11、某热机工作于1000K和400K的两恒温热源之间,若每循环中工质从高温热 源吸热200kJ,试计算其最大循环功;如果工质吸热时与高温热源的温差为150K, 在放热时与低温热源的温差为20K,则该热量中最多有多少可转变成功?如果循 环过程中不仅存在温差传热,而且由于摩擦又使循环功减少40kJ。该热机热效率 又为多少?上述三种循环的熵产各为多少?
解:
由题意知:热机以卡诺循环工作时,其热效率为:
c 1
T2 300 1 0.552 T1 670
又由于此热机的热效率为相应卡诺循环的 80%,因此热机的热效率为:
t 0.8c 0.8 0.552 0.442
其功率为: N Qt

100 0.442 0.737 kJ/s 0.737 kW 60

工程热力学-第五章 习题课

工程热力学-第五章 习题课
4、卡诺定理指出: C A 相同温限内一切可逆循环的热效率相等; B 相同温限内可逆循环的热效率必大于不可逆 循环的热效率; C 相同温度的两个恒温热源间工作的一切可逆 循环热效率相等; D 相同温度的两个恒温热源间工作的一切循环 热效率相等;
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

工程热力学习题(1)

工程热力学习题(1)

3.门窗紧闭的房间内有一台电冰箱正在 运行,若敞开冰箱的大门就有一股凉气 扑面,感到凉爽。于是有人想通过敞开 冰箱大门达到降低室内温度的目的,请 问这种方法可行吗?在门窗紧闭的房间 内安装空调后能使房间温度降低,这又 是为什么呢?
答:门窗紧闭的房间视为与外界没有热 量交换,可看作是绝热闭口系。当系统 内部电冰箱运转时,有电功输入系统, 即W为负值。因此按照闭口系能量方程 有:
0UW
因此,△U为正值,即温度升高,不能 达到降温的目的。
房间内安装空调器后,虽然门窗仍然紧
闭,但是由于空调器安装在窗上,通过 边界向大气环境散热,此时的房间不再 是绝热的,而是向外界放热,所以Q为负 值。室内空调器仍旧有电功W输入系统, W为负值。
由闭口系能量方程:
QUW UQW
由于Q的绝对值大于W的绝对值,所以 △U<0,即空气温度降低。
方程Q=△U+W,这里Q=0,W=0,
所以△U=0。即:
UAUB0
m A c V T T A m B c V T T B 0
p R AV A A TTTAp R BV B B TTTB0
TTATBpAV pA AV TB A ppB BV VB BTA
p mR m T A m B R T p A V A p B V B
答:由热力学第一定律:Q=△U+w,因为 刚性容器绝热,所以Q=0,空气自由膨 胀不作功,即w=0,因此,△U=0,即空 气的热力学能保持不变。
若隔板上开有一个小孔,取B为热力系 2 f2 g2 zm ou th 1 c 2 2 f1 g1 z m in W i
(3)第一种情况是不可逆过程,所以从初 态变化到终态不能在p-v图上表示;第二 种情况是准平衡过程,所以可以用实线 在p-v图上表示。

工程热力学习题课2

工程热力学习题课2
维持工质进出系统所需的流动净功 仅维持工质流动,不对外做功
ws
( pv)
w
wt
1 2 c 2 gz ws
轴功不显含在两 种形式的能量方 程中,但包含在 做功中,存在与 否取决于系统是 否存在转子

克劳修斯不等式
( T
Q
T
Q
)0
等于0 可逆过程 小于0 不可逆过程
研究熵最有价 值的是熵变, 其情况直接反 应过程发生与 否
q du w
适用条件:任何工质及过程 可逆过程
w pdv q du pdv
q u pdv
2 1
思考题: 对与有活塞的封闭系统,下列说法是否正确? 1) 气体吸热后一定膨胀,内能一定增加。
根据热力学第一定律,气体吸热可能使内能增加,也可能对外做 功,或者两者同时进行;关键是吸热量能否完全转变为功,由于气体 的定温膨胀过程可使得吸收的热量完全转化为功,内能不增加,所以 说法错误。
适用条件:任何工质的任何流动过程 焓的定义式: 焓=内能+流动功 H=U+pV 焓的物理意义: 1. 对流动工质(开口系统)工质流动时与外界传递与其 热力状态有关的总能量。 2. 对不流动工质(闭口系统)仍然存在但仅是一个复合 的状态参数。
稳定流动能量方程
微元过程
1 2 q dh dc gdz ws 2
dSiso dS f dSg dSg 0
等号适用于可逆过程,大于号适用于不可逆过程。表明 孤立系统的熵变化只取决于系统内各过程的不可逆程度。
计算方法:1) 分别计算系统内各物质的熵变,再计算代数和。 2) 分别计算各不可逆因素引起的熵产,再求和。 注意:如果涉及环境温度,由于环境是一个很大的热源,无论它吸 收或者放出多少热量,都认为环境温度是不变的。

工程热力学课后习题全集

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。

清华大学工程热力学习题课

清华大学工程热力学习题课

工程热力学课程习题第一章1-1 试将1物理大气压表示为下列液体的液柱高(mm),(1) 水,(2) 酒精,(3) 液态钠。

它们的密度分别为1000kg/m3,789kg/m3和860kg/m3。

1-4 人们假定大气环境的空气压力和密度之间的关系是p=cρ1.4,c为常数。

在海平面上空气的压力和密度分别为1.013×105Pa和1.177kg/m3,如果在某山顶上测得大气压为5×104Pa。

试求山的高度为多少。

重力加速度为常量,即g=9.81m/s2。

1-7如图1-15 所示的一圆筒容器,表A的读数为360kPa,表B读数为170kPa,表示室Ⅰ压力高于室Ⅱ的压力。

大气压力为760mmHg。

试求(1) 真空室以及Ⅰ室和Ⅱ室的绝对压力;(2) 表C的读数;(3) 圆筒顶面所受的作用力。

图1-151-8 若某温标的冰点为20°,沸点为75°,试导出这种温标与摄氏度温标的关系(一般为线性关系)。

1-10 若用摄氏温度计和华氏温度计测量同一个物体的温度。

有人认为这两种温度计的读数不可能出现数值相同的情况,对吗?若可能,读数相同的温度应是多少?1-14一系统发生状态变化,压力随容积的变化关系为pV1.3=常数。

若系统初态压力为600kPa,容积为0.3m3,试问系统容积膨胀至0.5m3时,对外作了多少膨胀功。

1-15气球直径为0.3m,球内充满压力为150kPa的空气。

由于加热,气球直径可逆地增大到0.4m,并且空气压力正比于气球直径而变化。

试求该过程空气对外作功量。

1-16 1kg气体经历如图1-16所示的循环,A到B为直线变化过程,B到C为定容过程,C到A为定压过程。

试求循环的净功量。

如果循环为A-C-B-A则净功量有何变化?图1-16第二章2-2 水在760mmHg下定压汽化,温度为100℃,比容从0.001m3/kg增加到1.1763m3/kg,汽化潜热为2250kJ/kg。

工程热力学习题课1

工程热力学习题课1
过程 1-2 Q/ kJ W/ kJ 0 ΔU/ kJ 1390 -1000
2-3
3-4 4-1
0
0
395
0
解:求解依据: 对于过程: 对于循环:
Q U W
dU 0
δQ δW
8
过程 1-2 2-3 3-4
Q /kJ
W /kJ
U /kJ
1390 -395
-1000
1390 0
例7.绝热刚性容器用隔板分成两部分。左侧A的VA=0.4m3,内有0.4MPa、 15℃的氧气;右侧B的容积VB=0.6m3,内有0.4MPa、15℃的氮气。抽去隔板让 两种气体混合,(1)求混合后容器内气体的温度和压力;(2)试分析容器内气 体状态是否发生变化。氧气、氮气视为理想气体,有关数据:
2
n 1
得:
T2 60 273 ln T1 300 273 n 1 1 1.494 V1 1 ln ln V2 3 ln
由多变过程计算功公式: W m 故
Rg
1 Rg (T1 T2 ) 100 kJ n 1
W (n 1) 100(1.494 1) 0.1029kJ/( kg K) m(T1 T2 ) 2(573 333)
4
4. “任何没有体积变化的过程就一定不对外作功”的说法 是否正确? 答:不正确,因为外功的含义很广,比如电磁功、表面张 力功等等,如果只考虑容积功的话,那么没有容积变化的 过程就一定不对外作功。
5. 试比较下图所示的过程1-2与过程1-a-2中下列各量的大 小: ⑴ W12与W1a2; (2) △U12 与 △ U1a2; (3) Q12与Q1a2
6
三、计算题
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max
Tr T0 Tr
3.334
所以,不可能。
20
简答题10
10、由于绝热压缩过程不向外散热,故绝 热压缩过程所消耗的压缩轴功最少。
21
10、解:
简答题10
p 2T 2n 2 s
p1
1
v
可以看出绝热压缩耗功最大。
22
10、解:
简答题10
也可以具体求等温、多边、绝热压缩过 程的技术功表达式,比较一下大小。
解:
ph T u v s
14
简答题7
7、系统经历了一不可逆过程,已知终态熵 小于初态熵,能否判断该过程一定放出热 量,为什么? 解:如果你认为系统是闭口系,由
SSf Sg0, S g 0 则有
S f 0, 必定放热
15
简答题7
7、系统经历了一不可逆过程,已知终态熵 小于初态熵,能否判断该过程一定放出热 量,为什么? 解:如果认为系统是开口系,据题意有
d S c .v T r Q ,i( sm ) in( sm ) o u t d S g 0
假 设 绝 热 , 仍 只 有 要 dSc( .vs m 0) o u t ( s m ) i n d S g
16
简答题8
8、三块相同的金属块被加热到温度TA,第一块 迅速被冷却到环境温度T0,其熵变为ΔSA;第 二块在环境中缓慢冷却到T0,其熵变为ΔSB; 第三块先与温度为TB (TA> TB >T0)的热源接触, 达到平衡后再被冷却到环境温度T0,其熵变为
33
计算题2
3、某正循环可逆热机,在温度为30℃的 环境和4000kg的0℃的冰间工作,最后 0℃的冰变为30℃的水,试求可逆机能对 外作的净功为多少?已知冰的溶解热为 γ=333kJ/kg,冰在溶解过程中温度不 变),水的比热c=4.1868kJ/(kg.K)。
况而不下违,反利热用力低学温定热律源的的一热种向方高案温。热用户提供热量Q1,
(2) 试推导出你设计的这种方案的热量利用率。
热量利用率的定义为Q1与低温余热源放出热量的比值。
(3) 说明在理想情况下各种方案的热量利用率均 相同。
29
计算题1-方案一
T1 Q1
W
Q0
T0
热量利用率
T2
(供热系数)
Q2
7
Hale Waihona Puke 答题22、解: 要注意是否同温限或同等效温限,这样 才能比较。
8
简答题3
3、写出熵和焓的定义式,理想气体定容 过程焓的变化
解:
ds qrev
T hu pv
hv u vp 或 hv= c p T
9
简答题4
4、某系统处于某一状态,该系统的 Exergy指的是什么?
Exergy指的是系统从当前任意状态 可逆地变化到与指定环境相平衡的 状态时,理论上所能做出的最大有 用功或消耗的最小有用功。
工程热力学习题课
工程热力学 习题课
2
简答题1
1、 两个质量和比热(cm)相同,温度分
别为TA和TB的固体进行热交换,请推导
说明达到热平衡的过程是一个不可逆过 程。
3
1、解:
TA, m
简答题1
传热
TB,
m
孤立系
如果此系统熵增大于零,则过程不可逆。
4
简答题1
1、解:
直接传热,则平衡温度,
Tm
TA
p1
23
作图题1
1、解:
p
T
2
3
3
T
1
p
v
2
1
v
s
24
作图题1
作错的图
T
3
v
p
dT T
2
1
ds cn
s
等压线和等容线在T-s上的斜率都应为正。
25
作图题1
作错的图
T
3
p v
2
1
dT T ds cn
s
等压线和等容线在T-s上都应该是凹曲线。
26
作图题2-正循环
同 温 限 正 卡 诺 循 环 效 率 r1T T 13
10
简答题4
4、某系统处于某一状态,该系统的 Exergy指的是什么?
做出的最大有用功,如 Ex,H,Ex,U,Ex,Q
消耗的最小有用功,如冷量
E x ,Q 0
11
简答题5
5、膨胀功、流动功、轴功和技术功之间 有何区别?有何联系?
对流动工质,微分形式能量方程
q d u w d u p d v
TB 2
siso sA sB c m ln T T m A ln T T m B c m ln T T A T m 2 B 0
所以过程不可逆。
5
简答题1
1、解: 一般错误:认为热源温度恒定
s Q Q 0
T T iso
A
B
6
简答题2
2、有人说,根据卡诺定理,一切不可逆 机的效率必小于可逆机的效率。是否正 确?请说明理由。
Q1 T1T2T0 Q2 T2T1T0
Q
' 0
30
T1 Q1
Q 2 ,1 T2
Q 2 ,2
Q0
T0
计算题1-方案二
热量利用率 (供热系数) W
Q1 T1T2T0 Q2 T2T1T0
31
计算题1-方案三
T1
Q 1,0
W
Q 1 , 2 当然还有其他方案。
Q2
T2
热量利用率 (供热系数)
Q0
Q1 T1T2T0
ΔSC;试说明这三个过程、和的大小关系。
17
简答题8
8、解: 熵是状态量,熵变与过程无关,
SASBSC
18
简答题9
9、某人声称使用新式热力循环和高技术 开发出一种新型节能冷柜,在30℃室温下, 制冷温度为-40℃时,制冷系数仍可以达到 4,请你判断一下是否可能实现。
19
简答题9
9解:
一二、过也程可可以逆用时 孤, 立系熵增原理来判断。
T0
Q2 T2T1T0
32
计算题1-证明同效率
T1
Q1
方案 Q 2
理想情况: 过程可逆
Q0
T0
证:对任意可逆过程,没有作功能力
损失,又与外界没有功的交换,过程前后 系统Ex不变。
又Ex,Q0 0所以Ex,Q1 Ex,Q2,
T2
即1-TT01
Q1
1-TT02
Q2
所 以 =Q Q2! T T12T T21 T T0 0
q d h w t d u [ d ( p v ) w t ] d h ( v d p )
qdh(1 2dc2gdzws)
12
简答题5
5、膨胀功、流动功、轴功和技术功之间 有何区别?有何联系?
所以,
wwt d(pv)
wt 1 2dc2gdzws
13
简答题6
6、理想气体经历绝热节流过程,节流前 后的状态参数压力、温度、比容、内能、 焓、熵如何变化?
p
T
3
2
p3
s
s
1
p
4
2 p
p
4
1
v
s
27
作图题2-逆循环
同 温 限 逆 卡 诺 循 环 效 率 rT 2T 4T 4
p
T
3
2
p3
p
2
s
s
1
p
4
4
1
p
v
s
28
计算题1
2的求、:高设温有热一用恒户温,T已2的知低环温境余的热温源度和为一T恒0,温而为且T1T(0<T1T>2,T2)
(1)在不消耗其它动力的条件下,试设计出理想情
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