工程熱力學(xué)習(xí)題及答案

1、習(xí)題一剛性容器中貯有空氣2kg，初態(tài)參數(shù)P1=0.1MPa，T1=293K，內(nèi)裝攪拌器，輸入軸功率WS=0.2kW，而通過(guò)容器壁向環(huán)境放熱速率為 。求：工作1小時(shí)后由容器和外環(huán)境所構(gòu)成的孤立系統(tǒng)的熵增。（已知空氣定容比熱為0.7175 kJ/kg.K，氣體常數(shù)為0.287 kJ/kg.K）解：取剛性容器中空氣為系統(tǒng)，由閉系能量方程： 經(jīng)1小時(shí)，由定容過(guò)程：， 取以上系統(tǒng)及相關(guān)外界構(gòu)成孤立系統(tǒng)：習(xí)題二壓氣機(jī)空氣由P1 = 100 kPa，T1 = 400 K，定溫壓縮到終態(tài)P2 = 1000 kPa，過(guò)程中實(shí)際消耗功比可逆定溫壓縮消耗軸功多25%。設(shè)環(huán)境溫度為T0 = 300 K。求：壓縮每kg

2、氣體的總熵變。（已知空氣氣體常數(shù)為0.287 kJ/kg.K）解：取壓氣機(jī)為控制體。按可逆定溫壓縮消耗軸功：實(shí)際消耗軸功： 由開口系統(tǒng)能量方程，忽略動(dòng)能、位能變化：因?yàn)槔硐霘怏w定溫過(guò)程：h1=h2 故：孤立系統(tǒng)熵增：穩(wěn)態(tài)穩(wěn)流：習(xí)題三如果室外溫度為-10，為保持車間內(nèi)最低溫度為20，需要每小時(shí)向車間供熱36000kJ，求：1) 如采用電熱器供暖,需要消耗電功率多少。2) 如采用熱泵供暖，供給熱泵的功率至少是多少。3) 如果采用熱機(jī)帶動(dòng)熱泵進(jìn)行供暖，向熱機(jī)的供熱率至少為多少。圖1為熱機(jī)帶動(dòng)熱泵聯(lián)合工作的示意圖。假設(shè)：向熱機(jī)的供熱溫度為600K，熱機(jī)在大氣溫度下放熱。熱機(jī)熱泵600K293K263K

3、 圖1解：1)用電熱器供暖，所需的功率即等于供熱率, 故電功率為= 10kW2)如果熱泵按逆向卡諾循環(huán)運(yùn)行，而所需的功最少。則逆向卡諾循環(huán)的供暖系數(shù)為 =9.77熱泵所需的最小功率為=1.02kW3)按題意，只有當(dāng)熱泵按逆卡諾循環(huán)運(yùn)行時(shí)，所需功率為最小。只有當(dāng)熱機(jī)按卡諾循環(huán)運(yùn)行時(shí)，輸出功率為時(shí)所需的供熱率為最小。由 熱機(jī)按所需的最小供熱率為T0Q=200kJTA=400KTB=200KQ=200kJQ=200kJ圖2習(xí)題四 求出下述情況下，由于不可逆性引起的作功能力損失。已知大氣p0=1013215Pa，溫度T0為300K。（1）將200kJ的熱直接從pA=p0、溫度為400K的恒溫?zé)嵩磦鹘o大氣。（2）200kJ的熱直接從大氣傳向pB=p0、溫度為200K的恒溫?zé)嵩碆。（3）200kJ的熱直接從熱源A傳給熱源B。解：由題意畫出示意圖5.4。（1）將200kJ的熱直接從400K恒溫?zé)嵩碅傳給300K的大氣時(shí)，kJ/KkJ/K熱源A與大氣組成的系統(tǒng)熵變?yōu)榇藗鳠徇^(guò)程中不可逆性引起的作功能力損失為（2）200kJ的熱直接從大氣傳向200K的恒溫?zé)嵩碆時(shí)，kJ/KkJ/K此過(guò)程不可逆引起的作功能力損失（3）200kJ直接從