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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
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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。
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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。
工程热力学习题答案(全)
课后思考题及习题答案思考题1-2： 否，闭口是说没有物质交换绝热是说没有热量交换没有排除做功的可能，所以不是孤立系统。
思考题1-7：否，稳定但不平衡，平衡的概念是内外同时建立热和力的平衡，显然铁棒上各点的温度并不相同，即存在热的不平衡习题1-3：212111111262111ln ln 0.50.5100.172ln138.374kJ 0.1v vv pp v p v v p p v w pdv dv v ==⨯⨯⨯====⎰⎰ 习题1-4：sin B P gl ρα=+6310sin 0.1100.89.80720010sin30?=99215.44 Pa P B gl ρα-=-=⨯-⨯⨯⨯⨯⨯３习题1-5：21w pdv =⎰1) p=定值：210.0560.020.71021kJ v v p w dv dv ⨯===⎰⎰；2) pV=定值：216211121110.05ln 0.7100.02ln 12.8kJ 0.02v vvp v v p v w pdv dv v =⨯⨯⨯====⎰⎰ 习题1-7：需由热泵向室内提供的热量为：31700001024010019264.43600Q ⨯=-⨯-= w120Q w ε=10219264.4==3.8535Q w ε=kw 习题1-9：1) 512010==3.9773600Q w ε=⨯2) 5210=107360074800Q Q w =--⨯= kJ/h 3) 127.783600Q w == kw思考题2-5：甲与乙的看法都是错误的。
首先依题意可知，如果瓶内氧气压力要减少一半，相应的质量也会减少一半。
对于甲的看法：虽然每次抽出的氧气体积不变，但是由于每抽气一次均会导致气瓶中的压力会有所有下降，每次抽出来的氧气质量也是不同的，甲的错误就在于认为每次抽出的来氧气质量会相同。
而对于乙的看法：乙则认为气瓶内氧气体积增大一倍，压力就会减半，但是在抽气过程中，瓶内氧气的质量是在改变的，因此其结论也是错误的。
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：22253 5.0650Q 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：1211500304700.608273500733T T W Q T η−−=====+110000.60810.1360W Q η=⋅=×= kw5-5 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 =− '103333105.5922981.3745C C C T Q W T T =⋅=×=− 暖气得到的热量：'1C16894.4122981.3729875.78C Q Q Q =+=+=总kJ5-7 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 12114002501500.375400400C W T T Q T η−−===== max 11047500.37510.913600C 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：22111213731.46 6.41800T T p p n n T T Q T dTS c m c mL L T T T∆====××=−∫∫kJ /K 热机熵变为02．环境熵变为：图5-13 习题5-92210Q 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 =−=−=kJ5-10 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。
工程热力学(DOC)
工程热力学第四版（华自强/张忠进）习题提示与答案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/m3；(2)液体为酒精，其密度为789 kg/m3。
提示：表压力数值等于U 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，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，pe = ∆hρ g 。
答案：答案：(1) ∆h水= 10.19 mm (2) ∆h酒精= 12.92 mm 。
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/m3 ，试求烟道中烟气的真空度为多少mmH2O(4 ℃)。
提示：参照习题1 提示：参照习题1-1的提示。
真空度正比于液柱的“高度”。
提示。
真空度正比于液柱的高度” 正比于液柱答案：答案：pv = 80 mmH 2 O 4 o C 。
()图1-17 斜管压力计工作示意图1-3 在某高山实验室中，温度为20 ℃，重力加速度为976 cm/s2，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” 规定状态温度t= ℃及重力加速度g=980.665cm/s2下的汞柱高度。
汞柱高度。
提示：描述压差的“汞柱高度”是规定状态温度=0℃及重力加速度温度答案：答案：∆p=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/m3 ，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。
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：答案：p = 0.392 8 Mpa 。
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。
工程热力学05章习题提示与答案
习题提示与答案 第五章 热力学第二定律5-1 蒸汽机中所用新蒸汽的温度为227 ℃，排出乏汽的温度为100 ℃，如按卡诺循环计算，试求其热效率。
提示：新蒸汽与乏汽的温度分别看做卡诺循环的高、低温热源温度。
答案： 254.0t =η。
5-2 海水表面温度为10 ℃，而深处的温度为4 ℃。
若设计一热机利用海水的表面和深处作为高温热源及低温热源并按卡诺循环工作，试求该热机的热效率。
提示：略。
答案： 2021.0t =η。
5-3 一卡诺热机的热效率为40%，若它从高温热源吸热4 000 kJ/h ，而向25 ℃的低温热源放热，试求高温热源的温度及热机的功率。
提示：略。
答案： 4971r =T K ，44.0=P kW 。
5-4 某内燃机每作出1 kW h 的功需消耗汽油514.8 g 。
已知每千克汽油燃烧时可放出41 868 kJ 的热量，试求该内燃机的实际热效率。
提示：热机的吸热量等于燃料的放热量。
答案：167.0t =η。
5-5 有报告宣称某热机自160 ℃的热源吸热，向5 ℃的低温环境放热，而在吸热1 000 kJ/h 时可发出功率0.12 kW 。
试分析该报告的正确性。
提示：热机热效率不可能大于在相同温度范围内工作的卡诺热机的热效率。
答案：报告不正确，不可能实现。
5-6 有A 、B 两个卡诺热机，A 从温度为700 ℃的热源吸热，向温度为t 的热源放热。
B 则从温度为t 的热源取得A 排出的热量并向温度为100 ℃的热源放热。
试求：当两热机的循环净功相同或两热机的热效率相同时温度t 的数值。
提示：卡诺循环热效率121211T T Q Q tc -=-=η。
答案：两热机循环净功相同时='t 400 ℃，两热机热效率相同时="t 329.4 ℃。
5-7 以氮气作为工质进行一个卡诺循环，其高温热源的温度为1 000 K 、低温热源的温度为300 K ；在定温压缩过程中，氮气的压力由0.1 MPa 升高到0.4 MPa 。
(完整版)工程热力学课后题答案沈维道童钧耕版.doc
P30 (1)P56 (4)P93 (9)P133 (13)P193 (18)P235 (25)P263 (30)P281 (34)P396 (35)P301．闭与外界无物质交换，系统内质量保持恒定，那么系统内质量保持恒定的热力系一定是闭口系统吗？不一定，稳定流动系统内质量也保持恒定。
2．有人认为开口系统内系统与外界有物质交换，而物质又与能量不可分割，所以开口系统不可能是绝热系。
对不对，为什么？不对，绝热系的绝热是指热能单独通过系统边界进行传递（传热量），随物质进出的热能（准确地说是热力学能）不在其中。
3．平衡状态与稳定状态有何区别和联系？平衡状态一定是稳定状态，稳定状态则不一定是平衡状态。
4．倘使容器中气体的压力没有改变，试问安装在该容器上的压力表的读数会改变吗？绝对压力计算公式p=p b+p g( p> p b),p= p b- p v( p< p b)中，当地大气压是否必定是环境大气压？p bp g2 p g1当地大气压p b改变，压力表读数p2=p g2+p1就会改变。
当地大气压p b不一定是环境大气压。
5．温度计测温的基本原理是什么？p1=p g1+p b热力学第零定律4 题图6．经验温标的缺点是什么？为什么？不同测温物质的测温结果有较大的误差，因为测温结果依赖于测温物质的性质。
7．促使系统状态变化的原因是什么？举例说明。
有势差（温度差、压力差、浓度差、电位差等等）存在。
8．分别以图1-20 所示的参加公路自行车赛的运动员、运动手枪中的压缩空气、杯子里的热水和正在运行的电视机为研究对象，说明这些是什么系统。
参加公路自行车赛的运动员是开口系统、运动手枪中的压缩空气是闭口绝热系统、杯子里的热水是开口系统（闭口系统——忽略蒸发时）、正在运行的电视机是闭口系统。
9．家用电热水器是利用电加热水的家用设备，通常其表面散热可忽略。
取正在使用的家用电热水器为控制体（但不包括电加热器），这是什么系统？把电加热器包括在研究对象内，这是什么系统？什么情况下能构成孤立系统？电流热水热水传热传热冷水冷水a b9题图不包括电加热器为开口（不绝热）系统（ a 图）。
工程热力学课后习题全集习题提示与...
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01kPa时U形管压力计中的液柱高度差 1 液体为水其密度为1000kgm3 2 液体为酒精其密度为789kgm3提示表压力数值等于U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答案 1 21-2 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 30°液柱长度l＝200mm且压力计中所用液体为煤油其密度为800kgm3 试求烟道中烟气的真空度为多少mmH2O 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1-3 在某高山实验室中温度为20℃重力加速度为976cms2设某U形管压力计中汞柱高度差为30cm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 980665cms2下Δp 2975 mmHg 0℃1-4 某水塔高30m该高度处大气压力为00986MPa若水的密度为1000kgm3 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01MPa温度为20 ℃求30m高处大气压力为多少MPa提示→为地面压力答案1-6 某烟囱高30m其中烟气的平均密度为0735kgm3若地面大气压力为01MPa温度为20℃现假设空气密度在烟囱高度范围内为常数试求烟囱底部的真空度提示烟囱底部真空度为该处压力与大气压力之差烟囱顶部处的内部烟气压力与该处外部空气压力相等不同高度处流体的压差为ρΔhg答案烟囱内底部的真空度图1-181-7 设一容器被刚性壁分为两部分如图1-18示在容器不同部位装有压力表若压力表A的读数为019MPa压力表B的读数为012MPa大气压为01MPa试确定压力表CⅠ 029MPapⅡ 029MPa1-8 某容器中储有氮气其压力为06MPa温度为40℃设实验消耗1kg氮气且温度降为30℃时容器中压力降为04MPa试求该容器的容积提示实验前后容器内的气体均为理想气体状态答案V 0497 3 m31-9 利用真空泵为某设备抽真空真空泵每分钟的吸气量为05m3若设备中空气压力已达到01mmHg温度为-30℃试求每分钟真空泵可吸出空气的质量提示真空泵吸入气体的状态可看做与设备中的空气状态相同且气体为理想气体答案m 0095 5 g1-10 有两个容器容器A的容积为03m3其中充有压力为06MPa温度为60℃的氮气容器B为真空连通两容器使氮气由容器A流入容器B并且容器B中压力达到015MPa温度为20℃时容器A中的压力降到04MPa温度为50℃试求容器B的容积提示连通后容器B中的气体质量应为连通前后容器A的气体质量之差且连通前后两容器内的气体均可看做理想气体答案VB 033 m31-11 有一储气筒其容积为95m3筒内空气压力为01MPa 温度为17℃现用压气机向筒内充气压气机每分钟吸气02m3大气温度为17℃压力为01MPa试求筒内压力达到07MPa温度仍为17℃时所需的时间提示充气前后储气筒内的气体均可当做理想气体处理且压气机入口处的空气状态可看做与大气状态相同答案1-12 输气管道采用压气机加压设进气的压力为01MPa温度为20℃而要求每分钟输出压力为03MPa温度不高于60℃的气体80m3现有吸气量为每分钟8m3的压气机问需用多少台提示压气机输出气体的质量取决于其气体进口状态答案n 264取整数为27台1-13 一刚性容器内储有压缩空气01m3其压力为04MPa一橡皮气球内储有01m3的压力为015MPa的空气两者的温度和环境温度相同均为25℃现把两者连通使刚性容器内的空气流入橡皮气球直至两者压力相同若橡皮气球的压力正比于其容积试求空气温度仍为25℃时的最终平衡压力及气球的容积提示刚性容器与橡皮气球连通前后其中空气质量不变橡皮气球的压力正比于其容积即初始时刻刚性容器与橡皮气球的容积相等答案V 0148 m31-14 上题中若容器也为弹性且容积正比于其中的压力试求最终的平衡压力及气球容器两者各自的容积提示参照1-13题提示答案 p 0245MPa1-15 压气机气缸中有005kg氮气在压缩过程中其压力由01MPa升高到05MPa且氮气温度始终保持为50℃试求压缩过程中所消耗的功提示过程中温度不变有pV p1V1答案1-16 有一皮革制的无弹性的气球原来气球呈折叠状态其内部无任何气体若用储气罐中的压缩空气给气球充气充满时气球的容积为2m3设储气罐内气体压力远高于大气压力而现大气压力为09atm试求充气过程中气体所作的功提示过程为不可逆过程外界得到的功量等于气体所作的功答案1-17 若气缸中气体在进行一准静态过程时其状态变化关系为p＝p1＝常量试证明气体所作容积变化功为w1-2＝ p1v1－p2v2提示1-18 若气缸中CO2气体的初始压力为025MPa温度为200℃气体经历了一个膨胀过程后温度为100℃设过程中气体的状态变化规律为p＝p1＝常量试求膨胀过程中气体所作的膨胀功提示参照习题117的结论气体为理想气体1-19 某种气体在气缸中进行一个膨胀过程其容积由01m3增加到03m3已知膨胀过程中气体的压力与容积变化关系为试求 1 气体所作的膨胀功 2 当活塞和气缸的摩擦力保持为1000N而活塞面积为02m2时扣除摩擦消耗后活塞所输出的功提示活塞输出功为气体膨胀功与摩擦耗功之差答案1W1-2 176×104 J2W 166×104 J1-20 有一橡皮气球当它内部的气体压力和大气压力同为01MPa时气球处于自由状态其容积为03m3当气球受太阳照射其内部气体受热时容积膨胀10压力升高为015MPa设气球压力增加和容积的增加成正比试求 1 该膨胀过程在p-v 图上的过程曲线 2 该过程中气体所作的功 3 用于克服橡皮球弹力所作的功提示 1 →p ckV 2 气体的过程功量 3 气体克服气球弹力的耗功为橡皮气球内气体压力与大气压力之差此外p-V 12 W1-2 375×103 J3 W 750 J1-21 设某种气体的状态方程式为试导出定温过程中该气体所作容积变化功的计算公式并分析有相同容积变化时理想气体定温变化的容积变化功是大于还是小于该种气体的功提示答案理想气体定温过程当时当时1-22 图1-19所示为压缩空气驱动的升降工作台示意图由储气罐来的压缩空气经阀门调节气体的压力后送入气缸在压缩空气的推动下活塞上升举起工作台已知活塞面积为002m2活塞及工作台重5000N活塞上升300mm后开始和弹簧相接触继续上升时将压缩弹簧设弹簧的劲度系数为10Nmm若气缸内气体的表压力达到03MPa时停止供气试求在举升过程中气体所作的功及弹簧所吸收的功提示气缸内气体的压力为表压力1 系统所作出的功量与外界得到的功量的关系且2 弹簧所吸收的功取弹簧为系统答案 1 W 2 050 J 2习题提示与答案第二章热力学第一定律2-1 一辆汽车在11h内消耗汽油375L已知通过车轮输出的功率为64kW汽油的发热量为44000kJkg汽油的密度为075gcm3试求汽车通过排气水箱散热及机件的散热所放出的热量提示汽车中汽油燃烧放出的热量除了转换成通过车轮输出的功率外其余通过排气水箱及机件放给外界答案2-2 一台工业用蒸汽动力装置每小时能生产11600kg蒸汽而蒸汽在汽轮机中膨胀作功输出的功率为3800kW如果该装置每小时耗煤1450kg煤的发热量为30000kJkg而在锅炉中水蒸气吸收的热量为2550kJkg试求 1 锅炉排出废烟气带走的能量 2 汽轮机排出乏汽带走的能量提示 1 废气带走的热量和锅炉中水蒸气吸热量之和等于煤的热量水蒸吸热量汽轮机输出功量汽轮机乏汽带走的能量之和答案2-3 夏日室内使用电扇纳凉电扇的功率为05kW太阳照射传入的热量为05kW当房间密闭时若不计人体散出的热量试求室内空气每小时热力学能的变化提示取密闭房间内的物质为热力学系统答案ΔU 3 600 kJh 某车间中各种机床的总功率为100kW照明用100W电灯50盏若车间向外散热可忽略不计试求车间内物体及空气每小时热力学能的变化提示取密闭车间内的物质为热力学系统答案ΔU 378×105 kJh2-5 人体在静止情况下每小时向环境散发的热量为41868kJ某会场可容纳500人会场的空间为4000m3已知空气的密度12 kgm3空气的比热容为10kJ kg·K 若会场空气温度允许的最大温升为15℃试求会场所用空调设备停机时间最多可允许多少分钟提示空调设备停机期间 500人的散热量会场中空气所允许获得的最大热量答案τ 206 min2-6 有一个热力循环在吸热过程中工质从高温热源吸热1800J在放热过程中工质向低温热源放热1080J又在压缩工质时外界消耗700J 试求工质膨胀时对外所作的功提示答案1 420 J2-7 一个热机循环由1-22-3及3-1三个过程组成已知Q1-2＝10kJQ2-3＝30kJQ3-1＝－25kJ＝20kJ＝－20kJ试求W2-3及循环净功提示答案W2-3 30 kJ 为保持冷藏箱内的低温不变必须把环境传入的热量取出若驱动制冷机所需的电流为3A电源电压为220V 假设电动机的功率因数已提高到1 制冷机每小时排出的热量为5024kJ试求由环境传入冷藏箱的热量提示制冷机排出的热量等于环境传入冷藏箱的热量与驱动制冷机所耗功量之和答案Q 2 648 kJh2-9 一热交换器利用内燃机废气加热水若热交换器中气和水的流动可看做稳定流动且流动动能及重力位能的变化可忽略不计已知水受热后每秒钟焓增加了25kJ试分析热交换器的能量转换关系并求废气焓值的变化提示热交换器中水吸收废气的热量使得废气焓值降低自身焓值增加答案2-10 一台锅炉每小时生产水蒸气40t已知供给锅炉的水的焓为4174kJkg 而锅炉生产的水蒸气的焓为2874kJkg煤的发热量30000kJkg若水蒸气和水的流速及离地高度的变化可忽略不计试求当燃烧产生的热量用于产生水蒸气的比率即锅炉效率为085时锅炉每小时的耗煤量提示忽略工质的宏观动能和宏观位能变化锅炉中工质吸收的热量Q使自身焓增大工质吸热量与煤燃烧放热量QL的关系有一台空气涡轮机它所应用的压缩空气的焓为310kJkg而排出空气的焓为220kJkg若空气的流动为稳定流动过程且进出口处的流动动能及重力位能的变化不大试求涡轮机的轴功提示涡轮机轴功等于其进出口空气的焓降答案2-12 有一水槽槽内使用一个泵轮以维持水作循环流动已知泵轮耗功20W 水槽壁和环境温度的温差为而槽壁和环境间每小时的热交换量为若环境温度为20℃试求水温保持稳定时的温度提示取水为热力学系统答案℃2-13 设某定量理想气体为一闭口系统若令该系统分别进行一个定压过程及一个定容过程而两过程中系统焓的变化相同已知系统热力学能按的关系变化试求两过程中系统接受的热量之比提示理想气体定压过程热量Qp ΔH定容过程热量QV ΔU两过程中系统的焓变化相同即温度变化相同答案2-14 某压气机所消耗的功率为40kW压缩前空气的压力为01MPa温度为27℃压缩后空气的压力为05MPa温度为150℃已知空气热力学能变化的关系式为若压缩过程中空气和外界没有热交换且进出口流动动能和重力位能的变化可忽略不计试求稳定工况下压气机每分钟的吸气量提示忽略换热及宏观动能和宏观位能变化时压气机耗功等于工质焓的增加H qmh1945 kgmin图2-112-15 气缸中空气组成的热力系统如图2-11所示气缸内空气的容积为800cm3温度为20℃压力和活塞外侧大气压力相同为0 1MPa现向空气加热使其压力升高并推动活塞上升而压缩弹簧已知活塞面积为80cm2弹簧的劲度系数为k＝400Ncm实验得出的空气热力学能随温度变化的关系式为若活塞重量可忽略不计试求使气缸内空气压力达到03MPa时所需的热量提示Q ΔUWp pbkxAV V1Ax式中x活塞位移A活塞面积2-16 一真空容器因密封不严外界空气逐渐渗漏入容器内最终使容器内的温度压力和外界环境相同并分别为27℃及101325Pa设容器的容积为01m3且容器中温度始终保持不变试求过程中容器和环境交换的热量提示容器内固定空间中的物质为系统其能量方程为kJ2-17 有一压缩空气储气罐容积为3m3由于用户消耗气压由3MPa降为12MPa假设气体的比热力学能仅为温度的函数供气过程中罐内气体的温度保持和环境温度相同且气流速度不高可忽略不计试求供气过程中储气罐和环境交换的热量提示以储气罐为开口系统考虑热力过程的特点可写出其过程能量方程为答案Q 189 kJ 某种气体的热力学能可表示为u＝a＋bpv式中ab为常量试证明当气体经过一个无耗散现象的准静态绝热过程时有pv b1 b＝常量提示准静态绝热过程δq dupdv 0习题提示与答案第三章理想气体热力学能焓比热容和熵的计算3-1 有1kg氮气若在定容条件下受热温度由100℃升高到500℃试求过程中氮所吸收的热量提示qV cV0ΔTcV0可取定值答案qV 2964kJkg3-2 有1mol二氧化碳在定压条件下受热其温度由800K升高到 1000K试求按定值比热容计算所引起的误差并分析其原因提示依据真实比热容或热力性质表计算求得的热量为准确的热量值答案原因计算状态偏离定值比热容的状态 25 ℃较远且过程温差较大3-3 有一个小气瓶内装压力为20MPa温度为20℃的氮气10cm3该气瓶放置在一个001m3的绝热容器中设容器内为真空试求当小瓶破裂而气体充满容器时气体的压力及温度并分析小瓶破裂时气体变化经历的过程提示取全部气体为研究对象理想气体过程能量方程Q ΔUW理想气体的热力学能为温度的单值函数答案t2＝20℃p2 20kPa3-4 有一储气罐罐中压缩空气的压力为15MPa温度为37℃现用去部分压缩空气罐内压力降为1MPa温度降为31℃假设耗气时储气罐和环境的热交换可忽略不计试说明罐内所剩空气在储气罐耗气过程中所进行的能量转换过程及其输出能量的数量提示取罐内1kg剩余空气为研究对象过程能量方程Q ΔUW答案 w1-2 243 kJkg3-5 内燃机用增压器的进气压力为01MPa进气温度为27℃而供给内燃机的气体压力为02MPa温度为927℃设增压器中空气的压缩过程可视为绝热的稳定流动过程且进出口流速及位置高度的变化可忽略不计试求增压器消耗的功提示增压器所消耗的功转变为工质焓的增加答案-66kJkg3-6 有一输气管断裂管中压缩空气以高速喷出设压缩空气的压力为015MPa温度为30℃当喷至压力等于01MPa的环境中时气流的温度降至0℃试求喷出气流的流速并说明必要的假设条件提示以1kg压缩空气为研究对象管内流动空气的总比能量等于喷出管外时空气的总比能量依题意cf1 cf2 z1 z2答案cf2 2454 ms3-7 有1mol氧设其温度为300K因受热而升温至520K设比热容按经验公式变化试计算氧的热力学能变化提示ΔU qmV答案 49771kJmol3-8 设在定压条件下加热1mol氧使其温度升高220℃若初始温度分别为300K及800K试求后者所需热量为前者的几倍并说明其原因提示 qp h2-h1焓值可由热力性质表确定答案1136原因随温度升高比定压热容数值增加的幅度大3-9 根据氮的热力性质表中25℃及327℃时氮的焓值试求25℃到327℃间氮的平均比定压热容的数值提示焓值由热力性质表确定答案 1051kJkgK3-10 有02kg空气其压力为01MPa温度为27℃若在定温下压缩使其压力增加到015MPa试求其熵的变化提示空气看做理想气体比热容看作定值答案 -002328kJK3-11 有1mol氧其温度由300K升高至600K且压力由02MPa降低到015MPa 试求其熵的变化 1 按氧的热力性质表计算 2 按定值比热容计算提示 1 标准状态熵由热力性质表查取 2 比热容为定值时熵变为答案 1 J mol·K 2 J mol·K3-12 有一空储气罐自输气总管充气若总管中空气的压力为06Mpa温度为27℃试求 1 当罐内压力达到06MPa时罐内空气的温度 2 罐内温度和输气总管内空气温度的关系提示储气罐能量方程Q U2-U1He-HiWsHe为流出工质的焓Hi为流入工质的焓过程特点 U1 0He 0Ws 0m1 m2理想气体的热力学能与焓仅为温度的函数答案t2 147℃3-13 图3-3所示气缸中气体为氢气设气体受热膨胀推动重物及活塞上升至销钉处后活塞受阻但仍继续对气体受热一段时间已知该过程中气体接受的热量为4000kJkg气体温度由27℃升高到327℃试求过程中气体所作的功及活塞达到销钉时气体的温度提示缸内气为理想气体活塞受阻前缸内气体进行的是定压膨胀过程受阻后缸内气体进行的是定容吸热过程答案w 934kJkg K3-14 如图3-4所示自输气总管向气缸送气设输气总管中空气压力为06MPa温度为27℃而气缸中活塞及重物产生的压力为02MPa试求送气过程中气缸内空气的温度提示气缸内气体的能量方程 Q mehe-mihim2u2-m1u1W功量W mip v2-v1 m2-m1 Rg T2-T1 过程特点 Q 0 me 0 m1 0 T1 0 理想气体热力学能和焓为温度的单值函数答案t2 ti 27℃3-15 如图3-5所示为自输气总管向气缸充气设输气总管中空气的压力为06MPa温度为27℃而弹簧变形正比于压缩力试求充气终了时气缸内空气的温度提示气缸内气体的能量方程Q mehe-mihim2u2-m1u1W过程特点 Q 0me 0m10m2-mi功量答案 T2 35065 K3-16 有50kg废气其质量分数为＝014＝006＝005＝075又有75kg空气其质量分数为＝0232＝0768试求两者混合物的 1 质量分数 2 摩尔质量 3 折合气体常数提示 2 M 288gmol 3 Rg 2 887 kJ kg·K3-17 汽油发动机吸入气缸的是空气和汽油蒸气的混合物其中汽油的质量分数wg＝006若汽油的相对分子质量为114混合气的压力为0095MPa试求 1 空气和汽油蒸气的分压力 2 混合气的摩尔质量 3 混合气的折合气体常数提示答案1pg 000152MPa pA 00935MPa2M 3033 gmol3Rg 0274 J g·K3-18 已知空气的质量分数为＝023＝077空气的温度为25℃试求 1 按氧及氮的热力性质表求取空气的热力学能及焓 2 按氧和氮的定值比热容计算空气的定值比热容提示略答案1u 2147kJkgh 3007kJkg2cV0 0721kJ kg·K cp0 101kJ kg·K 3-19 燃烧气体的分数为＝012＝003＝007＝078设比热容为定值试求燃烧气体的定值比热容的数值提示组成气体的比热容由热力性质表确定答案0745kJ kg·K 1032kJ kg·K3-20 有一密封容器用隔板分成AB两部分并各充有压缩空气已知VA＝25m3pA＝686bartA＝80℃VB＝1m3pB＝98bartB＝30℃现抽去隔板使两部分混合若混合过程中容器向外散热41900J设比热容为定值试求混合后空气的温度及压力提示容器内空气作为理想气体处理取容器内全部气体作为分析对象过程能量方程Q ΔUW过程特点W 0m mAmB理想气体热力学能为温度的单值函数答案33093Kp2 765kPa3-21 在密闭的绝热气缸中活塞把气缸分成AB两部分设AB两部分中都充有某种理想气体而pApBVAVBTATBnAnB等均为已知现使AB两部分气体通过活塞传热及移动活塞而使两部分达到相同的温度及压力设比热容为定值活塞和缸的摩擦可忽略不计试证明提示A与B两系统热量功量交换及热力学能变化的量值相等符号相反习题提示与答案第四章理想气体的热力过程4-1 设气缸中有01kg二氧化碳其压力为01MPa温度为27℃如进行一个定压过程气体对外作功3kJ设比热容为定值试求过程中气体热力学能和熵的变化以及气体吸收的热量提示理想气体Q ΔUWΔU mcV0ΔT答案ΔU＝105kJΔS＝003611kJKQ＝135kJ4-2 有一气缸其中氮气的压力为015MPa温度为300K如果按两种不同的过程变化 1 在定压下温度变化到450K 2 在定温下压力下降到01MPa然后在定容下变化到015MPa及450K设比热容为定值试求两种过程中热力学能和熵的变化以及从外界吸收的热量提示略答案 1 ＝11115kJkg＝0421kJ kg·K q1-2＝1557kJkg2 ＝11115kJkg＝0421kJ kg·K q1-3-2＝14725kJkg4-3 设气缸中空气的压力为05MPa温度为600K若经绝热过程膨胀到01MPa试求膨胀终了的温度及比体积 1 按定值比热容计算 2 按空气的热力性质表进行计算提示 2 依由热力性质表确定T2 及vr2答案 1 T2＝3788Kv2＝1089m3kg 2 T2＝3826Kv2＝110m3kg4-4 柴油机吸气终了时气缸中空气的温度为60℃压力为01MPa为使压缩终了时空气温度超过柴油的自燃温度以使其着火故要求压缩终了的温度至少为720℃设比热容为定值及压缩过程的多变指数为145试求柴油机的压缩比即压缩过程初始容积和终了容积之比及压缩终了的压力提示ε v1v2答案ε＝1133p2＝3378MPa4-5 有一台内燃机设其膨胀过程为多变过程多变指数n 13已知燃气的Rg 2871J kg·K cV0 716J kg·K 若膨胀开始时容积为12cm3压力为65MPa温度为1800℃经膨胀过程其容积膨胀增至原容积的8倍试求气体所作的功及其熵的变化提示理想气体多变过程答案W1-2＝1197J＝00195JK4-6 有一台压气机用于压缩氮气使其压力由01MPa提高至04MPa设比热容为定值及进气温度为300K试求压缩过程中消耗的容积变化功以及压气机消耗的轴功 1 压缩过程为绝热过程 2 压缩过程为定温过程提示理想气体答案 1 w＝-10804kJkgws＝-15134kJkg 2 w＝ws＝-12344kJkg4-7 有一台涡轮机进入涡轮机的氦气的压力为084MPa温度为550℃氦气在涡轮机中经绝热膨胀其压力降低至014MPa若气流的动能及重力位能的变化可忽略不计试求排气温度及涡轮机输出的轴功提示理想气体等熵过程答案T2＝40193Kws＝220324kJkg4-8 有一台内燃机的涡轮增压器在涡轮机进口处工质的压力为02MPa 温度为650℃出口处压力为01MPa涡轮机所产生的功全部用于驱动压气机在压气机入口处空气的压力为01MPa温度为27℃设涡轮机及压气机中进行的过程为绝热过程并假设工质为空气试求涡轮机输出的功和排气温度以及压气机输出的压缩空气的压力和温度提示增压器压气机与涡轮机的功量关系视过程可逆答案 1 TT＝757KwT＝166kJkg 2 Tc＝466Kpc＝0467MPa4-9 有一储气罐其容积为02m3内储氧气的压力为3MPa温度为20℃现因焊接用去了一些氧气罐内压力降至2MPa假设在用气过程中储气罐和外界的热交换可以忽略不计试求用去氧气的质量并说明求解所必需的假设条件提示理想气体的绝热放气过程解法 1 取储气罐内剩余气体为研究对象其所经历的过程为可逆绝热过程解法 2 取罐内所有气体为研究对象作为充放气问题处理气体的能量方程过程特点Q 0Ws 0mi 0理想气体的焓为温度的单值函数答案 1988kg4-10 气缸中空气的压力为009MPa温度为17℃经压缩过程使空气压力升高到072MPa温度为2071℃试求该压缩过程为多变过程时多变指数n的数值提示理想气体多变过程答案n＝1324-11 根据图4-5所示p-v图及T-s图上自点1出发的四种基本热力过程的过程曲线的位置在图上画出自点1出发的下列各种多变过程1 过程中工质膨胀作功同时向外放热2 过程中工质吸热膨胀作功同时压力升高3 过程中工质受压缩向外放热同时温度升高4 过程中工质吸热膨胀同时温度降低 p-v图与T-s图上答案 12344-12 测定比热容比的一种方法如下用一个刚性容器其中充以需测定的气体并使其压力p1略高于环境压力p0而其温度等于环境温度T0然后先放出一些气体使容器内压力降低为p0再放置于环境中使其温度恢复为T0而压力又升高为p2测定p0p1及p2的数值并假定放热过程进行得很快而容器内气体基本上和外界没有热交换这样即可确定比热容比的数值试推导比热容比与p1p2p0之间的函数关系提示容器内气体经历的热力过程为绝热放气及等容吸热过程理想气体在绝热放气过程中容器内剩余气体经历了一个可逆绝热膨胀过程由状态方程pV mRgT可得容器内气体的质量变化率为放气过程容器内气体能量方程过程特点dmi 0dm dme 0cp0cV0 k 定容吸热过程特点答案比热容比4-13 试证明在图4-9所示的T-s图上理想气体的任意两条定压过程曲线或定容过程曲线 1-1及2-2两者间的水平距离处处相等即提示1-1和2-2为1-2及1-2为图4-9 图4-104-14 试证明在图4-10所示p-v图上的理想气体的任意两条绝热过程曲线1-1及2-2的纵坐标之比保持不变即提示1-1和2-2为1-2及1-2为图4-114-15 试证明在图4-11所示T-s图上的理想气体的任意两条定压过程曲线或定容过程曲线 1-1及2-2的纵坐标之比保持不变即＝提示1-2及1-2为。
工程热力学(第五版_)课后习题答案(含题目)
对理想气体 h
3-6 一闭口系统经历了一个由四个过程组成的循 环，试填充表中所缺数据。 过程 1～2 2～3 3～4 4～5 解：同上题 3-7 解：热力系：1.5kg 质量气体 Q（kJ） 1100 0 -950 0 W（kJ） 0 100 0 50
Q U W
因为没有作功故 W=0； 对整个礼堂的空气和人来说 没有外来热量， 所以内能的增加为 0。 空气温度的升高是人体的散热量由空气吸收，导致 的空气内能增加。
，
T=
cp cv R
T 0 T 0 473K＝200℃
一只 0.06m3 的罐，与温度为 27℃、压力
3－13
解： W
h
为 7MPa 的压缩空气干管相连接，当阀门打开，空 气流进罐内，压力达到 5MPa 时，把阀门关闭。这 一过程进行很迅速，可认为绝热。储罐的阀门关闭 后放置较长时间，最后罐内温度回复到室温。问储 罐内最后压力是多少？ 解：热力系：充入罐内的气体 由于对真空罐充气时，是焓变内能的过程
3－5，有一闭口系统，从状态 1 经 a 变化到状态 2， 如图，又从状态 2 经 b 回到状态 1；再从状态 1 经 过 c 变化到状态 2。在这个过程中，热量和功的某
闭口系统，状态方程：
p av b
U 1.5[(1.5 p2v2 85) (1.5 p1v1 85)]
3
＝90kJ 由状态方程得 1000＝a*0.2+b 200=a*1.2+b 解上两式得： a=-800 b=1160 则功量为
热量 Q（kJ） 10 -7 x2
膨胀 x1 -4 2
(1)对 1-a-2 和 2-b-1 组成一个闭口循环，有
Q W
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。
工程热力学第五章 习题解答
第五章 习题解答5-1 ⑴ 12,187331364.14%873t c T T T η--===⑵ 0,10.641410064.14 kW t c W Q η==⨯= ⑶ ()()2,1110.641410035.86 kW t c Q Q η=-=-⨯= 5-2 12,1100040060%1000t c T T T η--=== 0,10.61000600 kJ < 700 kJ t c W Q η==⨯= 该循环发动机不能实现5-3 ()()121 1.011000300707 kJ/kg p q c T T =-=⨯-=133323331221.41.41lnln ln 300 0.287300ln 362.8 kJ/kg1000p pT q RT RT RT p p T κκ--⎛⎫=== ⎪⎝⎭⎛⎫=⨯⨯=- ⎪⎝⎭12707362.8344.2 kJ/kg w q q =+=-=1344.248.68%707w q η=== 5-4 12,1100030070%1000t c T T T η--=== ,10.7707495 kJ/kg t c w q η==⨯= 5-5 ⑴221126310000089765 kJ/h 293T Q Q T ==⨯= ⑵12,122939.77293263c T T T ε===-- 12,1000002.84 kW 9.773600cQ P ε===⨯⑶100000100000 kJ/h 27.78 kW 3600P ===5-6 ⑴12,1229314.65293273c T T T ε===-- 12,2010000.455 kW 9.773600cQ P ε⨯===⨯由()1221212003600T T T PT T -⨯=-220t =℃ 得1313 K 40T ==℃5-7 2,10.351000015000 kJ/h t c Q Q ηε==⨯⨯= 5-8 ()()2111000010.37000 kJ/h t Q Q η=-=⨯-=215000700022000 kJ/h Q Q Q =+=+=总 5-9 可逆绝热压缩终态温度2T1 1.411.422110.3300410.60.1p T T p κκ--⎛⎫⎛⎫==⨯= ⎪⎪⎝⎭⎝⎭K可逆过程0Q U W =∆+=，不可逆过程0Q U W ''=∆+= 且 1.1W W '=，则 1.1U U '∆=∆()()21211.1v v mc T T mc T T '-=-()()21211.1300 1.1410.6300421.7T T T T '=+-=+⨯-=K 2211421.70.3ln ln 0.1 1.01ln 0.287ln 3000.1p T p S m c R T p '⎛⎫⎛⎫∆=-=⨯- ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭=0.00286 kJ/kg.K5-10 理论制冷系数：21,122587.37293258c T T T ε===-- 制冷机理论功率：21,1257004.74 kW 7.373600cQ P ε===⨯散热量：12125700 4.743600142756 kJ/h Q Q P =+=+⨯=冷却水量：21H O 1427564867.2 kg/h 4.197Q mc t ===∆⨯5-11 ⑴ 1111003070 kJ W Q U =-∆=-=热源在完成不可逆循环后熵增0.026kJ/kg.K 则第二个过程热源吸热：120.0261006000.026115.6 kJ Q Q T T ⎛⎫=+=+⨯= ⎪⎝⎭工质向热源放热：()22115.63085.6 kJ W Q U =-∆=---=- 5-12 可逆定温压缩过程熵变：211ln0.287ln 0.66 kJ/kg K 0.1p s R p ∆=-=-⨯=-⋅ 可逆过程耗功：1120.1ln0.287400ln 264 kJ/kg 1p w RT p ==⨯⨯=- 实际耗功：()1.25 1.25264330 kJ/kg w w '==⨯-=- 因不可逆性引起的耗散损失：()33026466 kJ/kg q w w ''=-=---=- 总熵变：0660.660.44 kJ/kg K 300q s s T ''∆=∆+=-+=-⋅ 5-13 ()121v q c T T =-，()231p q c T T =-()()31313121121212111111111p v c T T T T v v q wq q c T T T T p p ηκκ---==-=-=-=---- 5-14 1112lnp q RT p =，()421223ln v pq c T T RT p =-+ ()412412223321111122lnln 1111lnlnv p T T pc T T RT T p p q p p q RT T p p κη--++-=-=-=-5-15 ⑴11940 K T '=，2660 K T '=216601166%1940T T η'=-=-=' ⑵01100066%660 kJ W Q η==⨯=20,max11600110001700 kJ 2000T W Q T ⎛⎫⎛⎫=-=⨯-= ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭0,max 0700660 kJ 40 kJ W W W δ=-=-=5-16 11114000.10.445 kg 0.287313p V m RT ⨯===⨯ 22222000.10.238 kg 0.287293p V m RT ⨯===⨯ ()()11220v v U m c T T m c T T ∆=-+-=1122120.4453130.238293306 K 0.4450.238m T m T T m m +⨯+⨯===++()()12120.4450.2380.2873060.3 MPa 0.10.1m m RT p V V ++⨯⨯===++ 1122121122 ln ln ln ln 3060.3 0.4451.01ln 0.287ln 3130.43060.3 0.2381.01ln 0.287ln 0.0093 kJ/K2930.2p p S m s m s T p T p m c R m c R T p T p ∆=∆+∆⎛⎫⎛⎫=-+- ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭⎛⎫=⋅-⋅ ⎪⎝⎭⎛⎫+-⋅= ⎪⎝⎭5-17 ⑴2211400 2.51000 K pT T p ==⨯=()()1210.7231000400433.8 kJ/kg v q c T T =-=⨯-=12331ln 0.287400ln 264.3 kJ/kg 10v q RT v ==⨯=-⑵12433.8264.3169.5 kJ/kg w q q =-=-=21264.31139.0%433.8q q η=-=-=5-18 ⑴()12201s R T T W m w m κκκ'-===- ()()21201201.41298258.2 K 0.5 1.40.287T T m R κκ'--=-=-=⨯⨯⑵1 1.412 1.42112980.4229.4 K p T T p κκ--⎛⎫==⨯= ⎪⎝⎭()()120.287298229.40.5 1.41 1.4134.5 kWs R T T W m w m κκκ-⨯-===⨯⨯--= 5-19 1 1.311.322111303515.5 K 0.1n np T T p --⎛⎫⎛⎫==⨯= ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭()()21 1.3 1.40.287515.53031 1.31 1.4150.8 kJ/kgv n q c T T n κ--=-=⨯⨯----=- 环境熵变：1050.80.175 kJ/kg K 290q s T ∆===⋅空气熵变：22211ln ln p T ps c R T p ∆=-515.511.005ln 0.287ln 0.127 kJ/kg K 3030.1=⨯-=-⋅孤立系统熵变：120.1750.1270.048 kJ/kg K iso s s s ∆=∆+∆=-=⋅ 5-20 1 1.411.422110.2800505.1 K 1p T T p κκ--⎛⎫⎛⎫==⨯= ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭()()120.2968800505.1218.8 kJ/kg 1 1.41R T T w κ-⨯-===--()()()12120210212112021 505.1800 218.81000.2968167.6 kJ/kg2001000u u v ex ex u u p v v T s s RT RT c T T p p p -=---+-⎛⎫=--- ⎪⎝⎭⎛⎫=-⨯⨯-= ⎪⎝⎭排开环境所作的功为作功能力损失（51.2kJ/kg ）5-21 1 1.211.222110.2800611.8 K 1n np T T p --⎛⎫⎛⎫==⨯= ⎪⎪⎝⎭⎝⎭()()120.2968800611.8279.3 kJ/kg 1 1.21R T T w n -⨯-===--31110.29688000.237 m /kg 1000RT v p ⨯=== 32220.2968611.80.908 m /kg 200RT v p ⨯=== 22221111ln ln ln ln 11.40.2968611.80.2ln 0.2968ln 0.20 kJ/kg K1.418000.1p T p T p R s c R R T p T p κκ∆=-=--⨯=-=⋅-()()()()()()1212021021120210 10.2968 800611.81000.9080.2373000.21.41 132.5 kJ/kg u u ex ex u u p v v T s s RT T p v v T s κ-=---+-=---+∆-=⨯--⨯-+⨯-= 5-22 1112001013.94 kg 0.287500pV m RT ⨯===⨯ ()()2113.94 1.0056005001400.7 kJ p Q mc T T =-=⨯⨯-=21600ln1.005ln 0.1832 kJ/kg K 500p T s c T ∆==⨯=⋅ 01400.730013.940.1832634.6 kJ q Ex Q T m s =-⋅∆=-⨯⨯= 030013.940.1832766.1 kJ q An T m s =⋅∆=⨯⨯=5-23 ()()12 1.40.287500320180.74 kJ/kg 1 1.41s R T T w κκ-⨯⨯-===--22113200.1lnln 1.005ln 0.287ln 5000.5 0.0134 kJ/kg Kp T p s c R T p ∆=-=⨯-⨯=⋅()()()1212021120 1.0055003203000.0134184.92 kJ/kgh h p ex ex h h T s s c T T T s -=-+-=-+∆=⨯-+⨯=12180.7497.7%184.92s ex h h w ex ex η===-5-24 ⑴21300201167.3%100020T T η'+=-=-='- ⑵013001170%1000t T T η=-=-= ()()110000.70.67327 kJ t L Q ηη=-=⨯-= ⑶()()211100010.673327 kJ Q Q η=-=⨯-=12110211111111 10003270.09 kJ/K9801000300320S Q Q T T T T ⎛⎫⎛⎫∆=-+- ⎪⎪''⎝⎭⎝⎭⎛⎫⎛⎫=-+-= ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭0iso 3000.0927 kJ L T S =∆=⨯= 符合！。
工程热力学第五章 习题解答
第五章 习题解答5-1 ⑴ 12,187331364.14%873t c T T T η--===⑵ 0,10.641410064.14 kW t c W Q η==⨯= ⑶ ()()2,1110.641410035.86 kW t c Q Q η=-=-⨯= 5-2 12,1100040060%1000t c T T T η--=== 0,10.61000600 kJ < 700 kJ t c W Q η==⨯= 该循环发动机不能实现5-3 ()()121 1.011000300707 kJ/kg p q c T T =-=⨯-=133323331221.41.41lnln ln 300 0.287300ln 362.8 kJ/kg1000p pT q RT RT RT p p T κκ--⎛⎫=== ⎪⎝⎭⎛⎫=⨯⨯=- ⎪⎝⎭12707362.8344.2 kJ/kg w q q =+=-=1344.248.68%707w q η=== 5-4 12,1100030070%1000t c T T T η--=== ,10.7707495 kJ/kg t c w q η==⨯= 5-5 ⑴221126310000089765 kJ/h 293T Q Q T ==⨯= ⑵12,122939.77293263c T T T ε===-- 12,1000002.84 kW 9.773600cQ P ε===⨯⑶100000100000 kJ/h 27.78 kW 3600P ===5-6 ⑴12,1229314.65293273c T T T ε===-- 12,2010000.455 kW 9.773600cQ P ε⨯===⨯由()1221212003600T T T PT T -⨯=-220t =℃ 得1313 K 40T ==℃5-7 2,10.351000015000 kJ/h t c Q Q ηε==⨯⨯= 5-8 ()()2111000010.37000 kJ/h t Q Q η=-=⨯-=215000700022000 kJ/h Q Q Q =+=+=总 5-9 可逆绝热压缩终态温度2T1 1.411.422110.3300410.60.1p T T p κκ--⎛⎫⎛⎫==⨯= ⎪⎪⎝⎭⎝⎭K可逆过程0Q U W =∆+=，不可逆过程0Q U W ''=∆+= 且 1.1W W '=，则 1.1U U '∆=∆()()21211.1v v mc T T mc T T '-=-()()21211.1300 1.1410.6300421.7T T T T '=+-=+⨯-=K 2211421.70.3ln ln 0.1 1.01ln 0.287ln 3000.1p T p S m c R T p '⎛⎫⎛⎫∆=-=⨯- ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭=0.00286 kJ/kg.K5-10 理论制冷系数：21,122587.37293258c T T T ε===-- 制冷机理论功率：21,1257004.74 kW 7.373600cQ P ε===⨯散热量：12125700 4.743600142756 kJ/h Q Q P =+=+⨯=冷却水量：21H O 1427564867.2 kg/h 4.197Q mc t ===∆⨯5-11 ⑴ 1111003070 kJ W Q U =-∆=-=热源在完成不可逆循环后熵增0.026kJ/kg.K 则第二个过程热源吸热：120.0261006000.026115.6 kJ Q Q T T ⎛⎫=+=+⨯= ⎪⎝⎭工质向热源放热：()22115.63085.6 kJ W Q U =-∆=---=- 5-12 可逆定温压缩过程熵变：211ln0.287ln 0.66 kJ/kg K 0.1p s R p ∆=-=-⨯=-⋅ 可逆过程耗功：1120.1ln0.287400ln 264 kJ/kg 1p w RT p ==⨯⨯=- 实际耗功：()1.25 1.25264330 kJ/kg w w '==⨯-=- 因不可逆性引起的耗散损失：()33026466 kJ/kg q w w ''=-=---=- 总熵变：0660.660.44 kJ/kg K 300q s s T ''∆=∆+=-+=-⋅ 5-13 ()121v q c T T =-，()231p q c T T =-()()31313121121212111111111p v c T T T T v v q wq q c T T T T p p ηκκ---==-=-=-=---- 5-14 1112lnp q RT p =，()421223ln v pq c T T RT p =-+ ()412412223321111122lnln 1111lnlnv p T T pc T T RT T p p q p p q RT T p p κη--++-=-=-=-5-15 ⑴11940 K T '=，2660 K T '=216601166%1940T T η'=-=-=' ⑵01100066%660 kJ W Q η==⨯=20,max11600110001700 kJ 2000T W Q T ⎛⎫⎛⎫=-=⨯-= ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭0,max 0700660 kJ 40 kJ W W W δ=-=-=5-16 11114000.10.445 kg 0.287313p V m RT ⨯===⨯ 22222000.10.238 kg 0.287293p V m RT ⨯===⨯ ()()11220v v U m c T T m c T T ∆=-+-=1122120.4453130.238293306 K 0.4450.238m T m T T m m +⨯+⨯===++()()12120.4450.2380.2873060.3 MPa 0.10.1m m RT p V V ++⨯⨯===++ 1122121122 ln ln ln ln 3060.3 0.4451.01ln 0.287ln 3130.43060.3 0.2381.01ln 0.287ln 0.0093 kJ/K2930.2p p S m s m s T p T p m c R m c R T p T p ∆=∆+∆⎛⎫⎛⎫=-+- ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭⎛⎫=⋅-⋅ ⎪⎝⎭⎛⎫+-⋅= ⎪⎝⎭5-17 ⑴2211400 2.51000 K pT T p ==⨯=()()1210.7231000400433.8 kJ/kg v q c T T =-=⨯-=12331ln 0.287400ln 264.3 kJ/kg 10v q RT v ==⨯=-⑵12433.8264.3169.5 kJ/kg w q q =-=-=21264.31139.0%433.8q q η=-=-=5-18 ⑴()12201s R T T W m w m κκκ'-===- ()()21201201.41298258.2 K 0.5 1.40.287T T m R κκ'--=-=-=⨯⨯⑵1 1.412 1.42112980.4229.4 K p T T p κκ--⎛⎫==⨯= ⎪⎝⎭()()120.287298229.40.5 1.41 1.4134.5 kWs R T T W m w m κκκ-⨯-===⨯⨯--= 5-19 1 1.311.322111303515.5 K 0.1n np T T p --⎛⎫⎛⎫==⨯= ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭()()21 1.3 1.40.287515.53031 1.31 1.4150.8 kJ/kgv n q c T T n κ--=-=⨯⨯----=- 环境熵变：1050.80.175 kJ/kg K 290q s T ∆===⋅空气熵变：22211ln ln p T ps c R T p ∆=-515.511.005ln 0.287ln 0.127 kJ/kg K 3030.1=⨯-=-⋅孤立系统熵变：120.1750.1270.048 kJ/kg K iso s s s ∆=∆+∆=-=⋅ 5-20 1 1.411.422110.2800505.1 K 1p T T p κκ--⎛⎫⎛⎫==⨯= ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭()()120.2968800505.1218.8 kJ/kg 1 1.41R T T w κ-⨯-===--()()()12120210212112021 505.1800 218.81000.2968167.6 kJ/kg2001000u u v ex ex u u p v v T s s RT RT c T T p p p -=---+-⎛⎫=--- ⎪⎝⎭⎛⎫=-⨯⨯-= ⎪⎝⎭排开环境所作的功为作功能力损失（51.2kJ/kg ）5-21 1 1.211.222110.2800611.8 K 1n np T T p --⎛⎫⎛⎫==⨯= ⎪⎪⎝⎭⎝⎭()()120.2968800611.8279.3 kJ/kg 1 1.21R T T w n -⨯-===--31110.29688000.237 m /kg 1000RT v p ⨯=== 32220.2968611.80.908 m /kg 200RT v p ⨯=== 22221111ln ln ln ln 11.40.2968611.80.2ln 0.2968ln 0.20 kJ/kg K1.418000.1p T p T p R s c R R T p T p κκ∆=-=--⨯=-=⋅-()()()()()()1212021021120210 10.2968 800611.81000.9080.2373000.21.41 132.5 kJ/kg u u ex ex u u p v v T s s RT T p v v T s κ-=---+-=---+∆-=⨯--⨯-+⨯-= 5-22 1112001013.94 kg 0.287500pV m RT ⨯===⨯ ()()2113.94 1.0056005001400.7 kJ p Q mc T T =-=⨯⨯-=21600ln1.005ln 0.1832 kJ/kg K 500p T s c T ∆==⨯=⋅ 01400.730013.940.1832634.6 kJ q Ex Q T m s =-⋅∆=-⨯⨯= 030013.940.1832766.1 kJ q An T m s =⋅∆=⨯⨯=5-23 ()()12 1.40.287500320180.74 kJ/kg 1 1.41s R T T w κκ-⨯⨯-===--22113200.1lnln 1.005ln 0.287ln 5000.5 0.0134 kJ/kg Kp T p s c R T p ∆=-=⨯-⨯=⋅()()()1212021120 1.0055003203000.0134184.92 kJ/kgh h p ex ex h h T s s c T T T s -=-+-=-+∆=⨯-+⨯=12180.7497.7%184.92s ex h h w ex ex η===-5-24 ⑴21300201167.3%100020T T η'+=-=-='- ⑵013001170%1000t T T η=-=-= ()()110000.70.67327 kJ t L Q ηη=-=⨯-= ⑶()()211100010.673327 kJ Q Q η=-=⨯-=12110211111111 10003270.09 kJ/K9801000300320S Q Q T T T T ⎛⎫⎛⎫∆=-+- ⎪⎪''⎝⎭⎝⎭⎛⎫⎛⎫=-+-= ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭0iso 3000.0927 kJ L T S =∆=⨯= 符合！。
《工程热力学》第五版 (廉乐明 谭羽非 著)课后习题答案
wt = w + p1v1 − p2v2 ，技术功等于膨胀功与流动功的代数和。
wt
=
1 2
∆c2
+
g∆z
+
ws ，如果不考虑进出口工质动能和位能的变化，那么技术功就等于轴功。
可以用 p-v 图描述流动功、膨胀功和技术功。
2
∫ 可逆过程过程从 1-2，膨胀功 w = pdv ，可由面积 12561 表示，体积膨胀，对外做功，故膨 1
试求：（1）天然气在标准状态下的密度；（2）各组成气体在标准状态下的分压力。 解：
6
n
∑ (1) M = riMi = 16.484 i =1
ρ = M = 0.736kg / m3 22.4
各组成气体在标准状态下的分压力如下：
pCH4 = rCH4 ⋅ P = 98.285kPa Pc2H6 = rc2H6 ⋅ P = 0.608kPa PC3H8 = rC3H8 ⋅ P = 0.182kPa PC4H10 = rC4H10 ⋅ P = 0.182kPa PCO2 = rCO2 ⋅ P = 0.203kPa PN2 = rN2 ⋅ P = 1.854kPa
比热容比 κ = c p = Mcp = i + 2 也不会随温度不同而变化。 cv Mcv i
2-9 何谓混合气体的折合气体常数？它比混合气体中最大的气体常数还大吗？ 答：通用常数与混合气体的折合分子量比值，即为它的折合气体常数。不会，可由下式推导之。
n
∑ R = gi Ri = g1R1 + g2R2 + ... + gn Rn ≤ (g1 + g2 + ... + gn )Rmax = Rmax i =1
工程热力学(第四版)课后习题提示与答案
的绝对零度与热力学温标零度相同，则该温标读数为 0°N 时，其绝对温标读数是多少 °Q ？
提示和答案：（1）
{t}°N −100 = {t}°C − 0 1000 −100 100 − 0
{t}°N = 9{t}°C + 100
（2） {T}°Q = {t}°N + 常数 = 9{t}°C + 100 + 常数 = 9[{T}K − 273.15] + 100 + 常数
1-12 气缸中密封有空气，初态为 p1 = 0.2MPa，V1 = 0.4m3 ，缓慢胀到V2 = 0.8m3 。（1）
过程中
pV
保持不变；（2）过程中气体先循{ p} MPa
=
0.4
−
0.5
{V
} m
3
膨胀到 Vm
=
0.6m3 ，再维
2
第一章 基本概念
持压力不变，膨胀到V2 = 0.8m3 。分别求出两过程中气体作出的膨胀功。
提 示 和答 案 ： 容器表 面 力 为两侧 压 力 差与表 面 积 的乘积 。 可 解得 p = 691.75Pa ，
F = 1.261×106 N 。
1-5 用∪型压力计测量容器中气体的压力，在水银柱上加一段 水，则得水柱高 1020mm，水银柱高 900mm，如图 1-24 所示，若 当地大气压为 755mmHg，求容器中气体的压力为多少 MPa？
有用功Wu ；（3）若活塞与气缸无摩擦，系统输出的有用功Wu,re 。
提示和答案：
活 塞 移 动 距 离 L = V2 − V1 = 1.5m 。（ 1 ） 气 体 膨 胀 作 功 A
∫ ∫ W =
2
pdV =
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。
工程热力学课后答案
《工程热力学》 沈维道主编 第四版 课后思想题答案（1~5章）第1章 基本概念⒈ 闭口系与外界无物质交换，系统内质量将保持恒定，那么，系统内质量保持恒定的热力系一定是闭口系统吗?答：否。
当一个控制质量的质量入流率与质量出流率相等时（如稳态稳流系统），系统内的质量将保持恒定不变。
⒉ 有人认为，开口系统中系统与外界有物质交换，而物质又与能量不可分割，所以开口系不可能是绝热系。
这种观点对不对，为什么?答：不对。
“绝热系”指的是过程中与外界无热量交换的系统。
热量是指过程中系统与外界间以热的方式交换的能量，是过程量，过程一旦结束就无所谓“热量”。
物质并不“拥有”热量。
一个系统能否绝热与其边界是否对物质流开放无关。
⒊ 平衡状态与稳定状态有何区别和联系，平衡状态与均匀状态有何区别和联系?答：“平衡状态”与“稳定状态”的概念均指系统的状态不随时间而变化，这是它们的共同点；但平衡状态要求的是在没有外界作用下保持不变；而平衡状态则一般指在外界作用下保持不变，这是它们的区别所在。
⒋ 倘使容器中气体的压力没有改变，试问安装在该容器上的压力表的读数会改变吗？在绝对压力计算公式b e p p p =+()b p p >;b v p p p =-()b p p <中，当地大气压是否必定是环境大气压?答：可能会的。
因为压力表上的读数为表压力，是工质真实压力与环境介质压力之差。
环境介质压力，譬如大气压力，是地面以上空气柱的重量所造成的，它随着各地的纬度、高度和气候条件不同而有所变化，因此，即使工质的绝对压力不变，表压力和真空度仍有可能变化。
“当地大气压”并非就是环境大气压。
准确地说，计算式中的Pb 应是“当地环境介质”的压力，而不是随便任何其它意义上的“大气压力”，或被视为不变的“环境大气压力”。
⒌ 温度计测温的基本原理是什么?答：温度计对温度的测量建立在热力学第零定律原理之上。
它利用了“温度是相互热平衡的系统所具有的一种同一热力性质”，这一性质就是“温度”的概念。
工程热力学习题答案(全)
课后思考题及习题答案思考题1-2： 否，闭口是说没有物质交换绝热是说没有热量交换没有排除做功的可能，所以不是孤立系统。
思考题1-7：否，稳定但不平衡，平衡的概念是内外同时建立热和力的平衡，显然铁棒上各点的温度并不相同，即存在热的不平衡习题1-3：212111111262111ln ln 0.50.5100.172ln138.374kJ 0.1v vv pp v p v v p p v w pdv dv v ==⨯⨯⨯====⎰⎰ 习题1-4：sin B P gl ρα=+6310sin 0.1100.89.80720010sin30?=99215.44 Pa P B gl ρα-=-=⨯-⨯⨯⨯⨯⨯３习题1-5：21w pdv =⎰1) p=定值：210.0560.020.71021kJ v v p w dv dv ⨯===⎰⎰；2) pV=定值：216211121110.05ln 0.7100.02ln 12.8kJ 0.02v vvp v v p v w pdv dv v =⨯⨯⨯====⎰⎰ 习题1-7：需由热泵向室内提供的热量为：31700001024010019264.43600Q ⨯=-⨯-= w120Q w ε=10219264.4==3.8535Q w ε=kw 习题1-9：1) 512010==3.9773600Q w ε=⨯2) 5210=107360074800Q Q w =--⨯= kJ/h 3) 127.783600Q w == kw思考题2-5：甲与乙的看法都是错误的。
首先依题意可知，如果瓶内氧气压力要减少一半，相应的质量也会减少一半。
对于甲的看法：虽然每次抽出的氧气体积不变，但是由于每抽气一次均会导致气瓶中的压力会有所有下降，每次抽出来的氧气质量也是不同的，甲的错误就在于认为每次抽出的来氧气质量会相同。
而对于乙的看法：乙则认为气瓶内氧气体积增大一倍，压力就会减半，但是在抽气过程中，瓶内氧气的质量是在改变的，因此其结论也是错误的。
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习题提示与答案第五章热力学第二定律5-1蒸汽机中所用新蒸汽的温度为227 °C,排出乏汽的温度为100 °C,如按卡诺循环计算，试求其热效率。
提示：新蒸汽与乏汽的温度分别看做卡诺循环的高、低温热源温度。
答案：7ft = 0.254。
5-2海水表而温度为10 °C,而深处的温度为4 °C。
若设计一热机利用海水的表而和深处作为高温热源及低温热源并按卡诺循环工作，试求该热机的热效率。
提示：略。
答案：7t = 0.021 2 o5-3 一卡诺热机的热效率为40%,若它从高温热源吸热4 000 kJ/h,而向25 °C的低温热源放热，试求高温热源的温度及热机的功率。
提示：略。
答案：T ri =497K, P = 0.44 kWo5-4某内燃机每作出1 kW-h的功需消耗汽油514.8 go已知每千克汽油燃烧时町放出41 868 kJ的热量, 试求该内燃机的实际热效率。
提示：热机的吸热量等于燃料的放热量。
答案：— 0.167。
5-5有报告宣称某热机H 160 °C的热源吸热，向5 °C的低温环境放热，而在吸热1000kJ/h时可发出功率0.12 kWo试分析该报告的正确性。
提示：热机热效率不可能大于在相同温度范围内工作的卡诺热机的热效率。
答案：报告不正确，不可能实现。
5-6冇A 、B 两个卡诺热机，A 从温度为700 °C 的热源吸热，向温度为/的热源放热。
B 则从温度为啲热源取得-A 排岀的热量并向温度为100 °C 的热源放热。
试求：当两热机 的循环净功相同或两热机的热效率相同吋温度/的数值。
提示:答案：两热机循环净功相同时f = 400 °C,两热机热效率相同时严= 329.4 °C 。
5-7以氮气作为工质进行一个R 诺循坏，其高温热源的温度为1 000 K 、低温热源的温度为300 K ；在定温压缩过程中，氮气的压力由0.1 MPa 升高到0.4 MPa 。
试计算该循坏的循环净功及5-8有一台可逆热机，工质为理想气体，其工作循环由三个过程，即定容加热过程1-2、绝热膨胀过程2-3及定压放热过程3-1组成。
试证明该循环的热效率为/ 、 v 3 , 1rI K ------- 1 n _1也巾/勺一 TlLi W 丿T\ P 2/P\ ~T\p 2/P\ 一1提示: 02 _[ 勺（卩3一卩1）-切（巧-珀）°图以及T-s 图上，并求吸热量、放热量、循环净功及循环热效率。
提示：= c v tsT > q’=c pbJT q 尸 Cp&T, ^（尸牛+的。
答案：0i=415・6 kJ/kg,血=-373・4kJ/kg, w y =42.2 kJ/kg,弘=10.2%。
"ma/%、％4罰的值。
提不：Ta=Tb=T 「T C =T (/=T29 定温过程 q = TAs ,W O F I T Q I 。
答案：w 0=288 kJ/kg, 土竺= 81，厶竺■ = 270。
^min"min 卡诺循环热效率N = 1 _譽=5-10 一个热机循环rfl 定容加热过程1-2、定温膨胀过程2-3及定压放热过程3-1三个过程组成。
设片 及乙固定不变，而戸取两个不同的值，从而得到两个循环。
试把该两循环表示在pr 图及T-s 图上，并分析 两者的热效率及循环净功间的关系。
提示：当两个循环的吸热量及放热量彼此相同时，两个循环的热效率及循环净功也相等。
答案:5-11有质量相同的两个物体，温度各为7\叽。
现以这两个物体作为低温热源及高温热源，用一 可逆卡诺热机在它们Z 间工作并产生功。
因这两个物体的热力学能是冇限的，故与热机发生热交换后其温 度会发牛变化。
设物体的比热容为定值，试证明两物体的终了温度及热机输出功的总量各为闪。
=叫（7\+丁B -2 亦）提示：取物体A 、B 和卡诺热机为孤立系统，有山诙=0, A 、B 的爛变分别为：A5A =mc n ln — 和 卩T»5-12卡诺热机按逆向循环工作时称为逆向卡诺循环，如图5-12所示。
现利用它来制冷，消耗循环净“0=01+02。
功帆I,由低温热源吸热的，向高温热源放热如，试证明其制冷系数的公式 为错误！未定义书签。
提示：q=T r \s,叫=”]|+彳2。
5-13若利用逆向卡诺循环作热泵，其循环如图5-12所示。
冬天山宗外低温环境吸热伤而向室内供热 同|，其所消耗的循环净功为|vv 0| o 一•般采用供热系数E = |加/帆|作为评价热泵循环能屋转换完善程度的 指标。
试证明逆向卡诺循环的供热系数的公式为提示：参照习题5-12提示。
5-14某热泵按逆向卡诺循环工作，由室外0 °C 的环境吸热向室内供热，使室内气温由10 °C 升高到 20 °C,设房间的散热损失町忽略不计，试求对应于lkg 空气热泵所消耗的功，并和利用电热器直接供热时所消耗的功进行分析比鮫。
5-15有报告宣称设计了一•种热工设备，它可以在环境温度为15 °C 时，把65 °C 的热水中35%的水变为100 °C 的沸水，而把其余部分冷却为15 °C 的水。
试用热力学第二定律分析该报告的正确性。
提示：理想的条件下，35%65°C 的热水加热到100 °C 的过程可通 过可逆热泵耗功实现，而65%65 °C 的热水冷却到环境温度几的过程， 可通过以65 °C 热水和温度为％的环境为高低温热源工作的可逆热机来 实现。
设想可逆热泵与可逆热机联合工作，当可逆热机的功量大于可提示: 热泵热源为变温热源时, 供热系; 可用热源的平均温度来描述:并设室内温度线性变化。
电热器直接供热时，所耗电功量直接转变成为供热量。
答案：＞v （）=0.522 kJ/kg, w r （）=10.04 kJ/kg oO s图5-12逆向卡诺循环的Ts^逆热泵耗功时，方案可实现。
答案：不可能实现。
5-16有报告宣称设计了一种热工设备，它可以在环境温度为30 °C吋把50 °C的热水中90%的水变为10 °C的冷饮水，而把其余部分变为30 C的水。
试用热力学第二定律分析该报告的正确性。
提示：参照习题5-15提示。
7o=3O*C7b=30C 答案：可能实现。
5-17气缸中工质的温度为850 K,定温地从热源吸热1000 kJ,几过程中没有功的耗散。
若热源温度为(1)1 000 K；⑵1 200 Ko试求工质和热源两者爛的变化，并川热力学第二定律说明之。
提示：取工质和热源为孤立系统，气缸中工质经历了可逆的等温过程，A5.so源+山。
答案：(1) A5 =0.176 kJ/K, (2) A5 =0・343 kJ/K。
孤立系统矯变大于零是由于热源与系统之间的iso iso温差传热引起的。
温差大者，过程的不可逆性大，爛变也大。
5-18有一台热机，从温度为1 100 K的高温热源吸热1 000 kJ,并向温度为300 K的低温热源「J逆地放热，从而进行一个双热源的循环并作出循坏净功690 kJ。
设定温吸热时无功的耗散，试求吸热过程屮工质的温度及工质和热源两者爛变化的总和。
提示：设想一与高温热源温度相同的中间热源，热机为卡诺热机，在中间热源与低温热源间工作。
答案：T=967.7K, A5 =0.124 kJ/Koiso5-19 一台可逆热机，从高温热源吸热，并分別向温度为370 °C、270 °C的两低温热源放热。
设吸热及放热过程均为可逆定温过程，热机循环的热效率为28%,循环净功为1400kJ,向370 °C的热源放出的热量为2 000 kJ。
试求高温热源的温度并把该循环表示在八$图上。
提示：炉0=0+0，弘=仏；由可逆热机及高低温热源组成的孤0立系统，AS = 0 ©iso'aN 丽5-20 一可逆热机，从227 °C 的热源吸热，并向127 °C 和77 °C 的两热源 分别放热。
已知其热效率为26%及向77 °C 的热源放热的热量为420 kJ,试求 该热机的循环净功。
提示：热机循环热效率讥=叫'叫=0-02-0；；由可逆热机及 Qi高低温热源组成的孤立系统，A5 =0，热源爛变AS = 2； %=久0。
ISO np答案：^=260.6 kJo5-21设有两个可逆循环1-2-3-1及1-3-4-1。
如图5-13所示，1-2及3-4为 定爛过程，2-3及4-1为定温过程，1-3则为丁与s 成线性关系的过程。
试求两循坏 的循坏净功的关系以及循坏热效率间的关系。
提示：循环净功的大小可用循环曲线所包围的面积来表示；循环热效率 “=五，过程吸热量的大小可用过程线下面的面积来表示。
0 答案： ^l-2-3-l =^0J-3-41 > 刀tJ-2-3-^ "tJ-2-41。
5-22设有质量和同的某种物质两块，两者的温度分别为几。
现使两者和接触而温度变为和同，试求两者爛的总和的变化。
提示：Q = /nc p ^T ；过程中物质压力（比体积）不变，A 、B 两物质爛变：A5 =A5A +A5B .答案：T[ = 825・5K 。
O 图 5-13答案: = me+ In5-23有两个容器。
容器A 的容积为3m\内冇压力为0.8 MPa. 温度为17 °C 的空气。
容器B 的容积为1 m?,内为真空。
设把两容器连 通，让A 内空气流入B 。
当两容器内压力相同吋，又把两者分开。
若整 个过程中各容器均为绝热，试计算该过程U'空气爛的变化。
提示：A5 = A5A +A5B , A 容器内的剩余气体经历一等爛膨胀过程。
答案：A5 =2.034 3 kJ/K o5-24气缸中冇0.1 kg 空气，其压力为0.5 MPa 、温度为1 100 K,设进行一个绝热膨胀过程，压力变化 到0.1 MPa,而过程效率为90%。
试求空气所作的功、膨胀终了空气的温度及过程中空气爛的变化，并把该 过程表示在p-卩图及"s 图上。
提示：绝热过程对应的理想过程为等爛过程；过程效率等于过程实际功量与对应的理想过程的功量之 比，即耳=昭-2/叭公，且对于绝热过程有^-2=AU ；爛为状态参数。
答案:炉 1_2 =26.13 kJ, T 2 = 735 K,5-25气缸中冇0.1 kg 空气，压力为0.1 MPa.温度为300 K,设经历一个绝热压缩过程，压力变化到0.3 MPa,而过程效率为90%。
试求压缩过程中消耗的功、压缩终了空气的温度及过程中空气爛的变化，并把 该过程表示在“J 图及心图上。