工程热力学第5章习题答案

第5章 热力学第二定律

5-1 当某一夏日室温为30℃时，冰箱冷藏室要维持在-20℃。冷藏室和周围环境有温差，因此有热量导入，为了使冷藏室内温度维持在-20℃，需要以1350J/s 的速度从中取走热量。冰箱最大的制冷系数是多少？供给冰箱的最小功率是多少？ 解： 制冷系数：22

253 5.0650

Q T W T T ε=

===−

5-4 有一卡诺机工作于500℃和30℃的两个热源之间，该卡诺热机每分钟从高温热源

V

吸收1000kJ ，求：（1）卡诺机的热效率；（2）卡诺机的功率（kW ）。 解：1211

50030470

0.608273500733T T W Q T η−−=

====+

11000

0.60810.1360

W Q η=⋅=

×= kw

5-5 利用一逆向卡诺机作热泵来给房间供暖，室外温度（即低温热源）为-5℃，为使室内（即高温热源）经常保持20℃，每小时需供给30000kJ 热量，试求：（1）逆向卡

110000100006894.413105.59C W Q =−=−=kJ

热泵侧：

'C10C C Q W T T T =− '

10

3333105.5922981.3745C C C T Q W T T =⋅=×=− 暖气得到的热量：'

1C16894.4122981.3729875.78C Q Q Q =+=+=总kJ

5-7 有人声称设计出了一热机，工作于T 1=400K 和T 2=250K 之间，当工质从高温热源

吸收了104750kJ 热量，对外作功20kW.h ，这种热机可能吗？

解： max 1211400250150

0.375400400

C W T T Q T η−−=

==== max 11047500.375

10.913600

C W Q η×=⋅=

=kW h ⋅＜20kW h ⋅

∴ 这种热机不可能

5-8 有一台换热器，热水由200℃降温到120℃，流量15kg/s ；冷水进口温度35℃，

11p 烟气熵变为：

2

21

1

1213731.46 6.41800T T p p n n T T Q T dT

S c m c mL L T T T

∆====××=−∫

∫kJ /K 热机熵变为0

2．环境熵变为：

图5-13 习题5-9

2

210

Q S S T ∆=

=−∆ ∴201()293 6.411877.98Q T S =⋅−∆=×=kJ 3.热机输出的最大功为：

0123586.81877.981708.8W Q Q =−=−=kJ

5-10 将100kg 、15℃的水与200kg 、60℃的水在绝热容器中混合，假定容器内壁与水之间也是绝热的，求混合后水的温度以及系统的熵变。

2p Q m c t =⋅⋅∆

∴332.52560

283.8970 1.004

p Q t m c ×∆=

==⋅× K "2290283.89573.89T =+=K

3. "

'

1111()75(7.697.2725)/600.522S m s s ∆=−=−×−=−kw /K

"222'2

573.89

1.00470/600.799290p n n

T S c m L L T ∆=⋅⋅=××=kw /K 火用 损012290()290(0.7990.522)80.51I T S S S =⋅∆=×∆+∆=×−=kw

5-12 有100kg 温度为0℃的冰，在20℃的大气环境中融化成0℃的水，这时热量的作功能力损失了，如果在大气与这冰块之间放一可逆机，求冰块完全融化时可逆热机能作出的功。已知冰的融化热为334.7kJ/kg 。

'70066040I W W kJ ∴=−=−=

S

5-15 设炉膛中火焰的温度恒为t 1=1500℃，锅炉内蒸汽的温度恒为t s =500℃，环境温度为t 0=25℃，求火焰每传出1000kJ 热量引起的熵产和作功能力损失。

解：115002731773T K =+= 2273500273773s T t K =+=+= 025273298T K =+=

熵产

1111

(

)1000()0.7296/7731773S Q KJ K T T ∆=−=×−

= 0300

ln 4.18685ln 1.8856/328.276

p T S c m KJ K

T ∆==××=−水 0097.46773000.0900770.446591.9323001.885626.258370.44626.2583=96.704W Q T S KJ W Q T S KJ W W KJ

=−∆=−×==−∆=−×=+=+铜铜铜水水水铜水 作功能力损失：161.1696.70464.451I KJ =−=

5-17 今有满足状态方程pv =R g T 的某气体稳定地流过一变截面绝热管道，其中A 截面上压力p A =0.1MPa ，温度t A =27℃，B 截面上压力p B =0.5MPa ，温度t B =177℃。该气体气体常数R g =0.287 kJ/(kg ·K)，比定压热容c p =1.005 kJ/(kg ·K)。试问此管道哪一截面为进口截面？

解：27327300A T K =+= 273177450B T K =+=

A A

B B g A B P V P V

R T T == 3

R T

5-19 温度为800K 、压力为5.5MPa 的燃气进入燃气轮机内绝热膨胀，在燃气轮机出口测得两组数据，一组压力为1.0MPa ，温度为485K ，另一组压力为0.7MPa ，温度为495K 。试问这两组参数哪一组是正确的？此过程是否可逆？若不可逆，其作功能力损失是多少？并将作功能力损失表示在T -s 图上。燃气的性质可看成空气处理，空气的定压比热容c p =1.004 kJ/(kg ·K)，气体常数R g =0.287 kJ/(kg ·K)，环境温度T 0=300K 。

解： 1.004/()p c KJ kg K =i 0.287/()R KJ kg K =i 0300T K =