工程热力学和传热学课后题答案

其中：Q1＋Q1－ Q2＝W Q2 Q1＋Q1－ W 1200J 400J 800J 800J
（2）Siso

(1200 600
400) ( 750) 800 300
0, 可行，且为可逆循环
（3）Siso

(1250 600
400) ( 750) 800 300
答案：错。工质熵的变化包括熵流和熵产两部分，熵流可正、可负、也可为零，熵产总是
大于或等于零，当工质放热引起的熵流大于因过程的不可逆引起的熵产时，则工质熵减少。
如果加上“孤立系统”的限制就对了。
（8）加热过程，熵一定增大；放热过程，熵一定减小。
答案：第一句对，第二句错
• 思考题5．某封闭系统经历了一不可逆过程，系统从外界吸热为20kJ，同时 对外界作膨胀功为10kJ。
1 44000 0.475＝1393kJ 15
k g空气
pt

p1w RT1
p1 q1 t RT1
0.1106 1 44000 0.4751000

15 287 （15＋273)
1685701pa
1.686Mpa
6、已知内燃机混合加热循环，t1 90C，t 2 400C，t3 590C，t5 300C， 工质视为空气，比热容为定值。求此循环的热效率，并与同温度范围内的卡诺循环 的热效率相比较。
思考题3．下列说法是否正确，为什么？ (1)熵增பைடு நூலகம்的过程为不可逆过程；
第四章
答案：错。加上“孤立系统”的限制就对了。
(2)不可逆过程的S无法计算；
“错” 答案：熵是一状态参数，只和热力过程的初、终态有关，而与所进行热力过程无
关。计算可逆过程的克劳修斯积分即可。
(3)若从某一初态经可逆与不可逆两条途径到达同一终态，则不可逆途径的S必大于可逆
h2 h1 58
第十三章
2、包扎柴油机排气管的绝缘材料厚度是以表层温度不得大于50C为准。当 不包绝缘材料时裸管的表层温度为200C，机舱空气温度为30C，表层对空气的
总换热系数为＝10W (m2 K ).求两种不同情况的热流密度q。
解：
q裸管＝1t
200 30 1700W 1 10
第九章 压缩机的热力过程
1.有一台单级活塞式压缩机，每小时吸入600m3的空气，其初 态p1=0.1MPa，t1=20℃，终点压力p2=0.65MPa，试分别按下列情 况求压缩机每小时所消耗的功和放出热量：（1）按定温压缩;（2 ）按绝热压缩; （3）按n=1.3的多变过程压缩。
p p2 3
2’ 2 2”
定温 多变
绝热
p1 4
0
5’ 5 5” V2’ V2 V2”
1
6 v
V1
解：m
pV RT

0.1 106 287 （20

620703）＝713.5
k
g
hour
另一方法：m 600 29 776.8kg hour 22.4
哪一个对，哪一个错？为什么？
第十章
4、汽油机定容加热循环的工作条件为＝5,环境压力p1 0.1Mpa，温度 15C,
解：（1）可逆绝热过程
T2

T1
(V2 V1
)1

T1
(
2V1 V1
)1

340 21-1.33＝270.48K
其中： Mcp 33.44 1.33 Mcv 25.12
Q

U
W
W

cM ,V
(T1
T2 )

25.12 （340 - 270.48）＝1746 kJ kmol

0.083 0, 不可行。
其中：Q1＋Q1－ Q2＝W Q＝W Q2 Q1 900 750 400 1250J
第五章
• 1、活塞式压缩机每分钟从大气中吸入压力为0.1MPa，温度为17°C的空气0.2m3。空气 经压缩机压缩后充入空气瓶中，瓶的体积为5m3。瓶内充满空气时，表压力为3 MPa,温度 为50°C.在压缩机充气前，瓶内原来就有压缩空气，其表压力为0.5 MPa,温度为17°C.试 求要经过多少时间，压缩机才能把空气瓶充满。
q t Rt
1 1
t 1 2

1
20 (20) 0.4 10－2
1
10 0.762 20
257.65W
m2
Q＝Fq 100 80 10－4 257.65＝206.12W
α1 tf1＝20°C
ttw1
请注意：
q
q kAt
其中：传热系数k
1
1
1
1 2
教材P155中（13 - 8式）：k 1 1 是错误的。 1 2
其中：S工质＝0
S
H＝S
H
＋S
H
＝

(
Q1 TH

Q1 TH
),高温热源放热，故S
H
0
S
＝
L

( Q2 TL
) , 低 温 热 源 吸 热 ， 故S L
0
(1)Siso

(1200 600
400) (800) 800 300
0.167 0, 可行，且为不可逆循环。
点,并查出各点的焓值如下:
p
h1 392 kJ / kg
3
2
hh2 34h540
kJ /kg 244k
J
/
k
g
h5 236kJ / kg
54
1
h
(1)
h1 h5
156 3.12
(h2 h1) (h3 h5) 50
(2) h1 h4 148 2.55
t ,c
1－ T1 T4
1－ 363 1000

64%
第十一章
1、设p1=2.0MPa, t1=380℃，p2=0.008MPa的干饱和蒸汽， 试求郎肯循环的热效率和每千瓦小时的汽耗率。
t 0.33
d 3.6kg /(kW h)
第十二章
解 由附图3的ｐ-ｈ图(P288)上找出给定的各
＝T3 863 1.28 T2 873
T5
T1



(
T5
1
)
T1
(
573
1
)1.4＝1.16
3631.28
T4 T3 8631.16＝1001K 728C
于是：
t
1
(T3
T5 T1 T2 ) (T4

T3 )
＝1 -（590－400）3＋001－.490（728－590）＝45％
解：注意到是绝热过程，则利用初、终状态参数之间的关系式可得：
T2 T1

(
p2
)
1
p1

p2

(T2 T1

) 1
p1

(
650

273)
1.4 1.41
50 273

0.14

5.52Mpa
v1

(
p2
1
)

(
5.52
)
1 1.4
13.8
v2
p1
0.14
• 11．1kmol理想气体从初态p1=500kPa，T1=340K绝热膨胀到原来体积的2倍。 设气体Mcp=33.44kJ/(kmol·K)，Mcv=25.12kJ/(kmol·K)。试确定在下述情况 下气体的终温，对外所做的功及熵的变化量。（1）可逆绝热过程；（2）气体 向真空进行自由膨胀。
解：设需要x分钟才能把空气瓶充满, 据题意：
x

m ，m m一分钟

pV RT
, m

m充气后
m充气前
则：m

(3 0.1) 287 （50
106 5－ 273）
(0.5 0.1) 106 5 287 （17 273）
＝131.16k
g
（注意将表压力换算成绝对压力）
教材P57，双原子气体cM ,P 29.3kJ /(kmol k)
H cM ,pT 2＝ 29.3（127 - 27） 2 209.3kJ
28
28
U cM ,vT 2＝ (cM ,p RM )T 2＝ (29.3- 8.314)（127 - 27） 2 149.9kJ
• （1）按热力学第一定律计算系统热力学能的变化量；
• （2）按热力学第二定律判断系统熵的变化（为正、为负）。
解：(1)Q U W 20KJ U 10KJ U 20 10 10KJ
(2)从s
(S2
S1 ) S f

S
，来分析。
g
不可逆， S g 0
m2
t
q绝缘 1
50 30 200W 1 10
m2
4、尺寸为100cm 80cm的大玻璃窗，玻璃厚104cm, 0.762W (m K )。室 内空气与玻璃板的换热系数1＝10W (m2 K )，室外空气与玻璃板的换热系数 2 ＝20W (m2 K )。室内空气温度为20C，室外大气温度为－20C。试求通过该玻 璃窗的热流量Q和热流密度q。
吸热， S f 0
所以：S 0
• 3．设一可逆卡诺热机工作于1600℃和300℃的两个热源之间，工质从高温
热源吸热400kJ，试求：(1)循环热效率；(2)工质对外作的净功；(3)工质向低 温热源放出的热量。
解 ： （1） t ,c
1 T2 T1
1 300 273 0.694 1600 273
t
1
q2 q1
1
cv (T5 T1) cv (T3 T210)-1 cp (T4
T3)
1
T5 T1
(T3 T2 ) (T4 T3)
其中：t1 90C，t2 400C，t3 590C，t5 300C均已知，需要求t4 ?
参考教材P121
m
131.16
x

545.62 min 9.09hour
m一分钟 0.1106 0.2
287 （17 273）
• 3、有质量2kg,初态为p1=0.13 MPa, t1=27°C的氮气在定压下加热到t2=127°C, 求热力学能、焓和熵的变化量（按定比热容计算）。
解：N 2是双原子气体，M＝28
28
28
28
S
2 cp ln
T2 T1
2 cM,p 28
ln T2 T1
2 29.3 ln 127 273 0.602kJ / K 28 27 273
• 7、在柴油机气缸中，空气沿绝热线压缩，设初压p1＝0.14 MPa，初温t1＝ 50°C，压缩终点温度t2＝650°C，试求压缩终点的压力和初、终比体积之比 v1/v2
(2) t ,c
W0 Q1
W0
Q1t,c
400 0.694 277.6KJ
(3)Q2 Q1 W0 400 277.6 122KJ
12.某热机循环中，工质先从TH 600K的第一热源吸收热量Q1，再从TH 800K 的第二热源吸收热量Q1， 向TL 300K的冷源放出热量Q2，循环净功为W。在下列条 件下，试分别判断该热机是可逆的、不可逆的或不可能实现的：
空气与汽油的质量比为15：1,汽油的发热值为44000kJ kg。求循环热效率、单位 质量空气的做功量和平均压力。
解：先画出示意图：
t
1 1 1 t

1
1 51.41
＝0.475
t
w0 q1
(1 1 )kg混合汽的功 15
1 kg汽油的发热值
15
w1kg空气＝115 kg汽油的发热值t
途径的S；
答案“错。两者的S是相等的。理由同（2）。
(4)工质经不可逆循环，S 0；
答案“错。S＝0，理由同（2）。
(5)工质经不可逆循环，由于答案:“错。应该是理由同（2）。
(6)可逆绝热过程为定熵过程，定熵过程就是可逆绝热过程；
答案:前一句话对，后一句话错。
（7）自然界的过程都朝着熵增大的方向进行，因此熵减少的过程不可能实现；
(1)Q1 1200J , Q1 400J ,W 800J (2)Q1 1200J , Q1 400J , Q2 750J (3),Q1 400J , Q2 750J ,W 900J 解：利用孤立系统的熵增原理：
Siso S工质＋S H S L
可逆绝热， S＝0
（2）自由膨胀过程
Q U W，其中Q 0,W＝0
U 0 T1 T2 340K W 0
s
2 q

2 cvdT

pdv

2 dv R

R ln v2

R ln 2
1T 1
T
1v
v1
S Ms MRln 2 8.314ln 2 5.76 kJ kmol k