熱力學答案第四章作業(yè)

1、判斷下列情況下體系的熵變，可供選擇的答案為正、負或不能確定(1)封閉體系經(jīng)過可逆過程，對外作功10kJ，吸熱5kJ解: 正； (2) 封閉體系經(jīng)過不可逆過程，對外作功10kJ，吸熱5kJ解：正；由于不可逆過程的熵變大于可逆過程的熵變，由（1）可知，當封閉體系可逆過程S10 (3) 封閉體系經(jīng)歷可逆過程，對外作功10kJ，放熱5kJ解：負； (4) 封閉體系經(jīng)歷不可逆過程，對外作功10kJ，放熱5kJ解：不確定雖然S4S3析：1）熵變的計算 : 熵是一個狀態(tài)函數(shù)，對于實際過程熵變的計算應(yīng)先確定起始狀態(tài)和終結(jié)狀態(tài)，再在起始狀態(tài)和終結(jié)狀態(tài)之間，按照簡便的原則，設(shè)計一個可逆過程來計算熵變，講的是整個過

2、程熵的變化量。（見書P69）熵產(chǎn)Sg指的是由過程的不可逆性導致的熵增，是指過程相較于可逆過程來說，熵的增加量。（見書P69功損WL : 功損指的是體系經(jīng)歷一個可逆過程所作的功和它經(jīng)歷一個實際過程所作的功之差，即為實際過程2）不可逆過程的熵變大于可逆過程的熵變。常壓下將100g水（液態(tài)，80）與50g水（液態(tài)，20）混合。假定混合過程中沒有熱損失，求過程中的H解：常壓下水的恒壓熱容 = 4.18 Jg-1K-1設(shè)混合后溫度為 T混，則： 100 cp （80- T混）= 50 cp（T解得：T混 = 60 能量平衡方程： 故 對熱水：對冷水： S= SQT與書P71例題4-2類似。1kg、0的冷

3、水和1kg，100析：功損WL : 功損指的是體系經(jīng)歷一個可逆過程所作的功和它經(jīng)歷一個實際過程所作的功之差，即為實際過程同書P72例題4-2 解：W熱水 TH熱水 TH冷水TL可逆熱機功源Ws從熱水吸收熱量，一部分傳給冷水，一部分轉(zhuǎn)化為功。但在傳熱和作功的過程中，冷、熱水的溫度是變化的，只有發(fā)生微熱傳遞、作微功時，溫度才可以是恒定的，此時有：而Q1=-m1cpdTH, m1得出:TE=319.26K， 有用功 W第二問與第一問同。將Q10kJ的熱量從溫度為500K的高溫熱源傳遞給溫度為298K的低溫熱源，求過程中的熵變和功損，此過程是否可逆？解析：見書P70例4-1，SWL的計算見式4-30在

4、溫熵圖上表示出如下過程：氣體節(jié)流膨脹； （2）氣體絕熱可逆膨脹；氣體絕熱不可逆膨脹； （4）氣體等壓冷凝至過冷液體；飽和蒸汽絕熱可逆壓縮； （6）飽和蒸汽絕熱不可逆壓縮；飽和液體絕熱可逆膨脹； （8）飽和液體等焓膨脹。圖見書P75（1）氣體節(jié)流過程等焓過程；（2）絕熱可逆膨脹熵變?yōu)?；（3）絕熱不可逆膨脹壓力減小，體積增大，可供物質(zhì)分子活動的區(qū)域增大，混亂度增大，熵值越大線往右畫熵變大于0，但是小于等焓過程的熵變（書P77），膨脹熵增大；（4）等壓冷凝至過冷液體沿著等壓線變化；（5）絕熱可逆壓縮熵變?yōu)?，但是壓力增大；（6）絕熱不可逆壓縮壓力越高，體積越小，可供物質(zhì)分子活動的區(qū)域越小，混亂度越

5、大，熵值越大箭頭往右邊畫；（7）飽和液體絕熱可逆膨脹熵變?yōu)?等熵過程；（8）飽和液體等焓膨脹和（1）類似，但是是飽和液體。7、某朗肯循環(huán)用水作循環(huán)介質(zhì)，鍋爐加熱后的過熱水蒸氣的溫度為550，壓力為15MPa，透平出口的壓力為8kPa（1）朗肯循環(huán)的熱效率（2）水泵消耗的功與透平輸出的功之比（3）能達到100kW的輸出功率時的蒸汽循環(huán)量。（該題與書P81 例4-4完全一樣）解析：朗肯循環(huán)見書P81，從壓縮液體1過熱蒸汽2是等壓可逆吸熱過程， Q從過熱蒸汽2濕蒸汽3是絕熱可逆膨脹過程，WS,從濕蒸汽3飽和液體4是等溫等壓可逆放熱過程，QL從飽和液體4壓縮液體1是絕熱可逆壓縮過程，WS,（1）熱效率

6、的求法見書P80 =書P45有能量平衡方程：H+gz+ 吸熱： QH=H2解：（1）查附錄表中過熱水蒸氣表，得15MPa、550過熱蒸汽H23448.6kJ/kg ，S2=6.5199kJ/(kg*K)朗肯循環(huán)由23為等熵過程，S3S26.8199kJ/(kg*K)透平出口為濕蒸汽，其熵值與濕蒸汽的干度有關(guān)，用x表示濕蒸汽的干度。查8kPa時水蒸氣的飽和溫度為41.39此時水的熵、焓值分別為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 ; 狀態(tài)4為飽和液體，有H4=HL=173.4 kJ/kg冷凝放熱QLH3H42038.4-173.41865 kJ/kg可逆軸功：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， 透平輸出功|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、為滿足設(shè)備工作條件，某機房需要保持室溫恒定在10，已知環(huán)境向室內(nèi)的傳熱速率為4.5kW，環(huán)境溫度為35，采用氨作制冷介質(zhì)。假定冷凝器的傳熱溫差10，蒸發(fā)器的傳熱溫差為5，且已知壓縮機的等熵效率為0.8.（1）逆卡諾循環(huán)的制冷系數(shù)；（2）壓縮過程為等熵過程時的制冷系數(shù)、制冷介質(zhì)的循環(huán)量、壓縮機的功率（3）壓縮過程為非等熵過程時的制冷系數(shù)、制冷介質(zhì)的循環(huán)量、壓縮機的功率解：與書P87的例4-5類似。（1）氨在冷凝器中冷凝溫度為TH35+1045 蒸發(fā)器中蒸發(fā)溫度為TL10-55 逆卡諾循環(huán)制冷系數(shù) =TLTH-TL (2)查圖4-7可知，1、2、3、4 H11447.7 H2=1652.7 H3=H4 氨循環(huán)速率 m=4.5/(H1-H4