工程热力学第5章_气体的流动及压缩
《工程热力学》第五章 思考题答案
思考题5-4
摩擦等耗散效应
不可逆根源：
温差
有限势差下 进行的过程
压差 浓度差等
3
思考题5-5
4
思考题5-8
1)错 闭口系熵方程 dS Sg S f ,Q
2)错 开口系熵方程 dS (si mi s j mj ) Sf ,Q Sg
Sf,m Sf ,Q Sg
3)错 可逆绝热过程为定熵过程，反之不成立
如：不可逆放热过程，当放热引起的熵减等于不可逆引起 的熵增时（亦即当放热量等于不可逆耗散所产生的热量 时），它也可以表现为熵没有发生变化。
5
思考题5-8 4)错 可逆吸热过程为熵增大过程 5)错 使孤立系统熵增大过程为不可逆过程 6)对
6
思考题5-9
1)错
s12
2
1 cV
dT T
Rg
ln
v2 v1
s12
2 dT 1 cp T Rg ln
p2 p1
s12
2
1 cV
dp p
2
1 cp
dv v
2) dS Sf,m Sf ,Q Sg
S不可逆＝S可逆
Sf
不一定
,Q
Sg,不可逆 Sg,可逆 7
思考题5-9
3)错，对于闭口系，绝热过程，无论是膨胀还是压 缩
dS Sg S f ,Q Sg 0, S f ,Q 0
S 0
4) 错
ds 0
δq Tr
0
8
思考题5-10
9
思考题5-11
不可逆绝热压缩 dS Sg S f ,Q
Sg 0, S f ,Q 0
S 0
10
可逆绝热压缩过程的技术功为 面积1-2T-j-m-1
工程热力学 第五章 思考题
工程热力学第五章思考题工程热力学第五章思考题 5-1 热力学第二定律的下列说法能否成立 1功量可以转换成热量但热量不能转换成功量。
答违反热力学第一定律。
功量可以转换成热量热量不能自发转换成功量。
热力学第二定律的开尔文叙述强调的是循环的热机但对于可逆定温过程所吸收的热量可以全部转换为功量与此同时自身状态也发生了变化。
从自发过程是单向发生的经验事实出发补充说明热不能自发转化为功。
2自发过程是不可逆的但非自发过程是可逆的。
答自发过程是不可逆的但非自发过程不一定是可逆的。
可逆过程的物理意义是一个热力过程进行完了以后如能使热力系沿相同路径逆行而回复至原态且相互作用中所涉及到的外界也回复到原态而不留下任何痕迹则此过程称为可逆过程。
自发过程是不可逆的既不违反热力学第一定律也不违反第二定律。
根据孤立系统熵增原理可逆过程只是理想化极限的概念。
所以非自发过程是可逆的是一种错误的理解。
3从任何具有一定温度的热源取热都能进行热变功的循环。
答违反普朗克-开尔文说法。
从具有一定温度的热源取热才可能进行热变功的循环。
5-2 下列说法是否正确 1系统熵增大的过程必须是不可逆过程。
答系统熵增大的过程不一定是不可逆过程。
只有孤立系统熵增大的过程必是不可逆的过程。
根据孤立系统熵增原理非自发过程发生必有自发补偿过程伴随由自发过程引起的熵增大补偿非自发过程的熵减小总的效果必须使孤立系统上增大或保持。
可逆过程只是理想化极限的概念。
2系统熵减小的过程无法进行。
答系统熵减小的过程可以进行比如系统的理想气体的可逆定温压缩过程系统对外放热熵减小。
3系统熵不变的过程必须是绝热过程。
答可逆绝热过程就是系统熵不变的过程但系统熵不变的过程可能由于熵减恰等于各种原因造成的熵增不一定是可逆绝热过程。
4系统熵增大的过程必然是吸热过程它可能是放热过程吗答因为反应放热所以体系的焓一定减小。
但体系的熵不一定增大因为只要体系和环境的总熵增大反映就能自发进行。
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。
工程热力学习题解答-5
第五章 气体的流动和压缩思 考 题1.既然c 里呢?答：对相同的压降（*P P -）来说，有摩擦时有一部分动能变成热能，又被工质吸收了，使h 增大，从而使焓降(*h h -)减少了，流速C 也降低了（动能损失）。
对相同的焓降(*h h -)而言，有摩擦时，由于动能损失（变成热能），要达到相同的焓降或相同的流速C ，就需要进步膨胀降压，因此，最后的压力必然降低（压力损失）。
2.为什么渐放形管道也能使气流加速?渐放形管道也能使液流加速吗?答：渐放形管道能使气流加速—是对于流速较高的超音速气流而言的，由2(1)dA dV dC dCM A V C C ===-可知，当0dA >时，若0dC >，则必1M >，即气体必为超音速气流。
超音速气流膨胀时由于dA dV dC A V C =-（V--A ）而液体0dV V =，故有dA dCA C=-，对于渐放形管有0dA A >，则必0dCC<，这就是说，渐放形管道不能使液体加速。
3.在亚音速和超音速气流中，图5-15所示的三种形状的管道适宜作喷管还是适宜作扩压管?图 5-15答：可用2(1)dA dCM A C=-方程来分析判断 a) 0dA <时当1M <时，必0dC >，适宜作喷管 当1M >时，必0dC <，适宜作扩压管 b) 0dA >时当1M <时，必0dC <，适宜作扩压管 当1M >时，必0dC >，适宜作喷管c) 当入口处1M <时，在0dA <段0dC >；在喉部达到音速，继而在0dA >段0dC <成为超音速气流，故宜作喷管（拉伐尔喷管）当入口处1M >时，在0dA <段，0dC <；在喉部降到音速，继而在0dC <成为亚音速气流，故宜作扩压管（缩放形扩压管）。
(a) (b) (c)4. 有一渐缩喷管，进口前的滞止参数不变，背压（即喷管出口外面的压力）由等于滞止压力逐渐下降到极低压力。
《工程热力学》教学课件第4-5章
工程热力学 Thermodynamics 二、摩尔气体常数及其他形式
由阿伏伽德罗定律知：在同温同压下任何气体的摩尔
体积都相等。
pVm 常数 R T
pVm RT
摩尔气体常数R，与气体种类和气体状态无关。
R 8.31431J/(mol K)
其他形式还有 pV mRgT 或 pV nRT
Rg
c t2
c
t2 0C
t2
c
t1 0C
t1
t1
t2 t1
工程热力学 Thermodynamics
（3）平均比热容的直线关系式：
c t2 t1
a bt
a b(t2
t1)
（4）定值比热容：
定值比热容表
工程热力学 Thermodynamics
三、理想气体的热力学能和焓及熵
du cVdT
；u
T2 T1
cV
dT
dh cpdT ；h
T2 T1
c
p
dT
真实比热容 平均比热容
u
T2 T1
cV
dT
u
cV
t2 t1
(t2
t1)
平均比热容（表）
u
cV
t2 0C
t2
cV
t1 0C
t1
定值比热容
u cV T cV t
h
T2 T1
c
p dThcpt2 t1(t2
t1 )
工程热力学 Thermodynamics
第四章 理想气体的热力性质
第一节 理想气体及其状态方程式 一、概述 二、状态方程：
pv RgT 称为克拉珀龙状态方程。
理想气体定义：凡是遵循克拉贝珀状态方程的气体
工程热力学和传热学课后题答案
第2章课后题答案解析
简答题
简述热力学第一定律的实质和应用。
计算题
计算一定质量的水在常压下从100°C冷却 到0°C所需吸收的热量。
答案
热力学第一定律的实质是能量守恒定律在 封闭系统中的表现。应用包括计算系统内 能的变化、热量和功的相互转换等。
答案
$Q = mC(T_2 - T_1) = 1000gtimes 4.18J/(gcdot {^circ}C)times (0^circ C 100^circ C) = -418000J$
工程热力学和传热学课后题答 案
目
CONTENCT
录
• 热力学基本概念 • 气体性质和热力学关系 • 热力学应用 • 传热学基础 • 传热学应用 • 习题答案解析
01
热力学基本概念
热力学第一定律
总结词
能量守恒定律
详细描述
热力学第一定律是能量守恒定律在热力学中的表述，它指出系统能量的增加等于进入系统的能量减去离开系统的 能量。在封闭系统中，能量的总量保持不变。
热力学第二定律
总结词：熵增原理
详细描述：熵增原理指出，在一个孤 立系统中，自发反应总是向着熵增加 的方向进行，而不是减少。这意味着 孤立系统中的反应总是向着更加无序、 混乱的方向进行。
热力过程
总结词：等温过程 总结词：绝热过程 总结词：等压过程
详细描述：等温过程是指系统温度保持不变的过程。在 等温过程中，系统吸收或释放的热量全部用于改变系统 的状态，而不会引起系统温度的变化。
热力过程分析
总结词
热力过程分析是研究系统在热力学过程 中的能量转换和传递的过程，包括等温 过程、绝热过程、多变过程等。
VS
详细描述
等温过程是指在过程中温度保持恒定的过 程，如等温膨胀或等温压缩。绝热过程是 指在过程中系统与外界没有热量交换的过 程，如火箭推进或制冷机工作。多变过程 是指实际气体在非等温、非等压过程中的 变化过程，通常用多变指数来表示压力随 温度的变化关系。
工程热力学__第五章气体动力循环
k 1 k
p2 p1
k 1 k
T2 T1
T1 1 1 1 1 1 k 1 T2 T2 p2 k T1 p1
T
2 1
3
4
t,C
T1 1 T3
热效率表达式似乎与卡诺循环一样
s
勃雷登循环热效率的计算
热效率：
t 1
p
2 3 2 4 T 3
4
1 1
v s
定压加热循环的计算
吸热量
q1 cp T3 T2
放热量(取绝对值）
T 2
1
3
4
q2 cv T4 T1 热效率
w q1 q2 q2 t 1 q1 q1 q1
s
定压加热循环的计算
k 1 热效率 t 1 k 1 k ( 1) t
T1
s
燃气轮机的实际循环
压气机： 不可逆绝热压缩 燃气轮机：不可逆绝热膨胀 T
定义：
3 2 1
2’
4’
压气机绝热效率
h2 h1 c h2' h1
4
燃气轮机相对内效率
oi
h3 h4' h3 h4
s
燃气轮机的实际循环的净功
净功
' w净 h3 h4' h2' h1
oi h3 h4
h2 h1
T
2 1
2’
3
4’
c
' opt w净 oic
k 2 k 1
4
吸热量
q h3 h2' h3 h1
' 1
工程热力学(第5章--水蒸汽的热力性质)
18
5-2 水蒸气的定压产生过程
所以：随着p升高，b点向右移动，d点向左移动，即 预热过程增长，汽化过程缩短，过热过程增加。
19
5-2 水蒸气的定压产生过程
当压力升高至pc=22.064MPa时，汽化过程缩成一点，即临 界点C，同时产生两线（CM、CN）和三区（Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ）。
D = t - ts
h
15
➢水蒸气定压产生过程中热量的计算
1.水的定压预热阶段：
液体热 ql h ' h0 kJ/kg
T
2.饱和水的定压汽化过程：
汽化潜热 r h" h ' kJ/kg
Ts
b
e d
r Ts s" s ' kJ/kg
3.干蒸汽的定压过热过程：
过热热 qs h h" kJ/kg
2
本章主要内容 水蒸气的饱和状态 水蒸气的定压产生过程 水蒸气的热力性质图表 水蒸气的基本热力过程
3
5-1 水蒸气的饱和状态
一、汽化：液态→汽态 （如锅炉水冷壁中水的汽化过程）
汽化方式有两种：1）蒸发，2）沸腾。
1、蒸发——在液体表面缓慢进行的汽化现象。
特点：它能在任何温度下进行；液体的蒸发速度取决于 液体的性质、液体的温度、蒸发表面积和液面上气流的流速。
饱和状态的特点： p s
①汽水共存；
ts
②汽水同温；
③饱和压力与饱和温度
成一一对应关系.
ts f ps
8
饱和温度与饱和压力的关系
ts f ps
ps上升， ts上升 ts上升， ps上升
饱和压力 0.005MPa
工程热力学思考题及答案
工程热力学思考题及答案第一章基本概念1.闭口系与外界无物质交换，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？答：不一定。
稳定流动开口系统内质量也可以保持恒定。
2.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，所以开口系统不可能是绝热系。
对不对，为什么？答：这种说法是不对的。
工质在越过边界时，其热力学能也越过了边界。
但热力学能不是热量，只要系统和外界没有热量的交换就是绝热系。
答：只有在没有外界影响的条件下，工质的状态不随时间变化，这种状态称之为平衡状态。
稳定状态只要其工质的状态不随时间变化，就称之为稳定状态，不考虑是否在外界的影响下，这是它们的本质区别。
平衡状态并非稳定状态之必要条件。
物系内部各处的性质均匀一致的状态为均匀状态。
平衡状态不一定为均匀状态，均匀并非系统处于平衡状态之必要条件。
4.假如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=pb+pe(p>pb)，pv=pbp(pb 答：压力表的读数可能会改变，根据压力仪表所处的环境压力的改变而改变。
当地大气压不一定是环境大气压。
环境大气压是指压力仪表所处的环境的压力。
5.温度计测温的基本原理是什么？答：温度计随物体的冷热程度不同有显著的变化。
6.经验温标的缺点是什么？为什么？答：任何一种经验温标不能作为度量温度的标准。
由于经验温标依赖于测温物质的性质，当选用不同测温物质的温度计、采用不同的物理量作为温度的标志来测量温度时，除选定为基准点的温度，其他温度的测定值可能有微小的差异。
7.促使系统状态变化的原因是什么？答：系统内部各部分之间的传热和位移或系统与外界之间的热量的交换与功的交换都是促使系统状态变化。
8.(1)将容器分成两部分，一部分装气体，一部分抽成真空，中间是隔板。
若突然抽去隔板，气体（系统）是否做功？(2)设真空部分装有许多隔板，每抽去一块隔板让气体先恢复平衡再抽去一块，问气体（系统）是否做功？(3)上述两种情况从初态变化到终态，其过程是否都可在pv图上表示？答：（1）第一种情况不作功；（2）第二种情况作功；（3）第一种情况为不可逆过程不可以在p-v图上表示出来，第二种情况为可逆过程可以在p-v图上表示出来。
工程热力学习题答案2015-2016
习题图 3-9
（4） 电 热 丝 加 入 系 统 的 热量；
（5） 左边空气经历的多变过程的指数；
（6） 在同一 p-v 图和 T-s 图表示左右气体经历的过程。
注意：研究对象不是 1kg，故功、热量应求出总量。
解答：
(1)363.3K (2)-54.78J
(3) 828.44K (4) 499.78J (5) -2.106
6、一台可逆卡诺热机，高温热源温度为 600℃，试求下列情况下热机的效率： （1） 我国大部分地区，热机以温度为 20℃的空气为低温热源工作； （2） 中东地区，热机工作以 40℃的的空气为低温热源工作； （3） 北欧地区，热机以 4℃的深层海水为低温热源；
解答：
(1) 0.6644, (2)0.6415, (3)0.6827
循环参数初压mpa14550终压kpa二抽压力mpa016各点参数焓kjkgkjkgk温度3460996564855000142001006564832880005076897902913777047633288000529123465648253582450036564811330016908622447021238475341454911330016功量分析朗肯循环一抽012004锅炉kjkg分段法255237kjkg332322分流法255237255237汽机kjkg分段法124406kjkg145999分流法124406少功法124406凝汽器kjkg130831186324水泵kjkg000kjkg000kjkg124406kjkg145999kjkg124406kjkg145999效率dkgkwh289dkgkwh247第九章混合气体与湿空气3测得湿空气的压力为01mpa温度为30露点温度为20试计算空气中水蒸汽的分压力相对湿度含湿量和焓
【工程热力学精品讲义】第5章
δq
Tr 0
克劳修斯不等式
结合克氏等式，有
0，则
δq 0 可逆 “=”
Tr
不可逆“<”
注意：1）Tr是热源温度；
2）工质循环，故 q 的符号以工质考虑。
例A443233
25
三、热力学第二定律的数学表达式
δq 0 δq δq 0
Tr
T 1A2 r
T 2 B1 r
δq δq δq δq
第5章开篇
第五章 热力学第二定律 The second law of thermodynamics
? ★能量守恒，节能，节什么
★世界能源危机纯粹是别有用心之人的炒作。
环境介质中积聚了无穷的能量，据计算全球海水质量约
? 为 m = 1.42×1021 kg，如海水温度降低 3.36×10–6 K ，其
6
能质降低的过程可自发进行，反之需一定条件—补偿过 程，其总效果是总体能质降低。
Q1 Q2 Wnet
代价
T2 Q2 T1
代价
T1 Q2T2
Wnet Q1 Q2
系统什么性质能反应此特性？ 熵 7
二、热力学第二定律的两种典型表述
1.克劳修斯叙述——热量不可能自发地不花代价地从低温 物体传向高温物体。
29
五、 熵的微观意义
1）有序和无序
有序
无序
30
2）熵增与无序度
a
b
c
假定为理想气体，自由膨胀
s
Rg
ln
v2 v1
sc sb sa
a
b
sa sb
sab 0
a
b
ta tb
sab 0
31
S k lnW 玻尔兹曼关系
工程热力学第五章热力学第二定律(yyp)
• 若想逆向进行，必付出代价，须补偿自 发过程
• 表述之间等价不是偶然，说明共同本质 • 可以用能量贬值原理把两种表述统一起
来：所有自发过程都是程度不同的不可逆 过程，都伴有能量的降级
15
热一律否定第一类永动机
t >100％不可能
热二律否定第二类永动机
t =100％不可能
热效率最大能达到多少？ 又与哪些因素有关？
tR多
1
T2
_
T1
6
5s
28
卡诺定理小结
1、在两个不同 T 的恒温热源间工作的一切
可逆热机 tR = tC
2、多热源间工作的一切可逆热机
tR多 < 同温限间工作卡诺机 tC
3、不可逆热机tIR < 同热源间工作可逆热机tR tIR < tR= tC
∴ 在给定的温度界限间工作的一切热机，
tC最高
热机极限 29
将循环用无数组 s 线细分，则必存在某 个微元循环是不可逆 的
q1 q2 0
T1 T2
q
( T
) irr 0
q T
0
克劳修斯 不等式
q ds 0 T
热源 温度35
不可逆过 q程 不的 具有状态函的 数特 全性 微
T
则不可逆
s 2 q 1T
任意过程
2 q
s
1
T
q
ds T
系统的熵变在可逆时等 于克劳修斯积分，不可 逆时大于克劳修斯积分
Q Q
1a2 T 1b2 T S2 121
1
S2 11 2 S2S1 12
Q T
2
b v 41
五、不可逆绝热过程中熵变的分析：
《工程热力学》第五章 热力学第二定律
15
可逆过程与不可逆过程
一、概述：关于无耗散准静态过程与可逆过程的等价性 二、可逆过程
三、不可逆过程及衡量指标
四、理解“作功能力”
16
二、可逆过程
1、定义： 系统完成某一过程后，沿着原路逆行而回复到原来状态， 外界随之回到原来状态，不流下任何变化。否则为不 可逆过程 2、可逆过程基本特征： 1）必须是准静态过程：系统内部、系统与外界满足：力 平衡；热平衡 2）不存在耗散效应：过程不存在摩擦、粘性流动、温差 传热或其他潜在作功能力损失的耗散
18
四、理解“作功能力”
1、高温热源具有“作功能力”，但高温热源直接自发地 向低温热源传热是不可逆过程，如高温热源与低温冷 源温度一致，失去作功的能力，造成“作功能力”的 损失 2、发生功耗散，“作功能力”减少 3、高压气体具较高的作功能力，当其自发膨胀时为不可 逆过程，输出的功将少于准静态过程输出功，也会造 成“作功能力”损失
T1=973K Q1=2000kj Q2=800kj W0
T1=973K Q1=？kj
Wmin
T2=303K
Q2=800kj T2=303K
34
例题4
如图为一烟气余热回收方案，设烟气比热容CP=1.4kj/ （kg.k）， CV=1.0kj/（kg.k），求： 1）烟气流经换热器时传给热机工质的热量？ 2）热机放给大气的最小热量Q2？ T2=37+273k 3）热机输出的最大功？ P2=0.1MPa
2、如何理解孤立系统熵增原理
33
例题3
欲设计一热机，使之能从温度为973K的高温热源吸热2000KJ， 并向温度为303K的冷源放热800KJ。问： 1）此循环能否实现？ 2）若将此热机当制冷机用从冷源吸热800KJ，能否可能向热 源放热2000KJ？，欲使之从冷源吸热800KJ，至少须耗功 多少？
工程热力学与传热学_气体的流动
ccr a kpcr vcr
归纳： 1）压差是使气流加速的基本条件，几何形状是使 流动可逆必不可少的条件； 2）气流的焓差为气流加速提供了能量； 3）收缩喷管的出口截面上流速小于等于当地音速； 4）拉法尔喷管喉部截面为临界截面，截面上流速 达当地音速，
ccr a kpcr vcr
5-3 气体流经喷管的流速和流量
能量方程
1 2 h1 h2 c2 c12 2
过程方程
Pvk 常数
dp dv 0 p v
§5.2 促使流速改变的条件
工程上常有将气流加速或加压的要求。例如： 利用喷管将蒸汽流加速，冲动汽轮机的叶轮作功； 喷气式发动机则利用喷管将气流加速后喷出，产生巨大的反作 用力来推动装置运动 通过扩压管利用气流的宏观运动动能令气流升压
相应对扩压管的要求：
• 对超音速气流做成渐缩扩压管 • 对亚音速气流做成渐扩扩压管 • 对气流连续降至亚音速时，要做成缩放扩 压管。但这种渐缩渐扩扩压管中气流流动 情况复杂，不能按定熵流动规律实现超音 速到亚音速的连续转变
临界参数
缩放喷管和扩压管的最小截面处，称为喉部。 此处的流速恰好等于当地音速。此处为气流从亚音 速变为超音速，或从超音速变为亚音速的转折点， 通常称为临界状态。对应的状态参数，称为临界参 数。并加以下标cr表示。 M=1，即c=a。
相应对喷管的要求：
• 对亚音速气流做成渐缩喷管 • 对超音速气流做成渐扩喷管 • 对气流由亚音速连续增至超音速时，要做 成缩放喷管，或叫拉法尔喷管（Laval）， 只要这样才能保证气流在喷管中充分膨胀， 达到理想加速后果。
对于扩压管（dc＜ 0) ： M＞1,超声速流动,dA<0,截面收缩； M=1, 声速流动,dA=0,截面缩至最小； M＜1, 亚声速流动,dA>0,截面扩张；
工程热力学复习参考题-第五章
第五章 热力学第二定律一、选择题1 制冷循环工质从低温热源吸热q 2,向高温热源放热q 1，其制冷系数等于AA ． 212q q q - B ． 211q q q - C ． 221q q q - D ．121q q q - 2.供暖循环工质从低温热源吸热q 2, 向高温热源放热q 1，其热泵系数等于 BA ．212q q q - B ． 211q q q - C ．221q q q - D ．121q q q - 3.卡诺制冷循环的高温热源为温度T 0环境，低温热源温度为T 1，其制冷系数εc ＝ AA ．101T T T -B ．100T T T -C ．1- 10T TD ．1-01T T 4.卡诺供暖循环的冷源温度为T 0环境，热源温度为T 1，其热泵系数COP ＝ AA ．011T T T -B ．010T T T -C ．1-10T TD ．1-01T T 5.制冷系数ε的取值范围为DA ．大于1B ．大于1或等于1C ．小于1D ．大于1， 等于1或小于16.热泵系数COP 的取值范围为AA ．大于1B ．小于1或等于1C ．小于1D ．大于1，等于1或小于17.可逆循环的热效率与不可逆循环的热效率相比， DA ．前者高于后者B ．两者相等C ．前者低于后者D ．前者可以高于、等于、低于后者8.在两个恒温热源T 1和T 2之间（T 1> T 2）,概括性卡诺循环的热效率与卡诺循环的热效率相比， BA ．前者高于后者B ．两者相等C ．前者低于后者D ．前者可以高于、等于、低于后者9.多热源可逆循环工质的最高温度为T 1，最低温度为T 2，平均吸热为1T ，平均放热温度为2T ，则其循环热效率为BA ．1-12T TB ．1－12T TC ．1- 2211T T T T --D ．1- 1122T T T T --10. 对于可逆循环，⎰T q δ B D A ．>0 B ．=0C ．<0D ．＝⎰ds 11. 不可逆循环的⎰T q δ C A ．>0 B ．=0C ．<0D ．≤0 12. 热力学第二定律指出C DA ．能量的总量保持守恒B ．第一类永动机不可能成功C ．热不能全部变为有用功D ．单热源热机不可能成功13. 理想气体经可逆定容过程从T 1升高到T 2，其平均吸热温度12T ＝ AA ．(T 2-T 1)/ln 12T T B ．C v (T 2-T 1)/ln 12T T C ．(T 2-T 1)/ C v ln 12T T D ．221T T + 14. 1～A ～2为不可逆过程，1～B ～2为可逆过程，则C DA ．⎰21A Tqδ>⎰21B T q δ B ．⎰21A T q δ=⎰21B T q δ C ．⎰21A T q δ<⎰21B T q δ D ．⎰21A ds ＝ ⎰21B ds 15. 自然现象的进行属于BCDA．.................................................................................................... 可逆过程B．不可逆过程C．具有方向性过程D．自发过程16. 克劳休斯关于热力学第二定律的表述说明CDA．热不能从低温物体传向高温物体B．热只能从高温物体传向低温物体C．热从低温物体传向高温物体需要补偿条件D．热只能自发地从高温物体传向低温物体17. 对卡诺循环的分析可得到的结论有: ABDA．提高高温热源温度降低低温热源温度可提高热效率B．单热源热机是不可能实现的C．在相同温限下，一切不可逆循环的热效率都低于可逆循环D．在相同温限下，一切可逆循环的热效率均相同18. 卡诺循环是B CA．由两个等温过程和两个绝热过程组成的循环B．热效率最高的循环C. 热源与冷源熵变之和为零的循环D．输出功最大的循环19. 卡诺定理指出: ABCDA．在相同的高温热源和低温热源间工作的一切可逆机的热效率均相同B．在相同高温热源和低温热源间工作的一切不可逆机的热效率必小于可逆机的热效率C．单热源热机是不可能成功的D．提高T1降低T2可以提高t20. A是可逆机，B是不可逆机。
工程热力学第五章热力学第二定律
W0 ＝Q1 - Q2 = Q1’- Q2’
T1
若 tA > tB 则
W0 W0 Q1 Q1 '
Q1’- Q1 = Q2’ - Q2 >0
Q1' Q1 Q1 A W0
Q1’ B
热量Q2’ - Q2 自动地从冷源流向热源
Q2
Q2’
∴假设 tA > tB 不成立
T2
若 tA ＝ tB
则 Q1’- Q1 = Q2’ - Q2 ＝0
第五章 热力学第二定律
本章主要内容
1、热力学第二定律的实质与表述 2、卡诺循环与卡诺定理 3、状态参数熵及熵方程 4、孤立系统熵增原理与作功能力
损失
§5-1热力学第二定律的实质及表述
热力学第一定律（能量守恒与转换定律）： 能量之间数量的关系
所有满足热力学第一定律的过程是否都能自发 进行？ 热力学第二定律：
§5-2 卡诺循环与卡诺定理
热不能全部转换为功！ 热机能达到的最高效率是多少？ 1824年法国工程师卡诺 (S. Carnot)，提出 卡诺循环（效率最高的循环）。
热力学第二定律的奠基人
一、卡诺循环
a-b 可逆定温吸热过程， q1 = T1(sb-sa) 二热源、
b-c 可逆绝热膨胀过程，对外作功
热力学第二定律的实质：论述热力过程的方向性及 能质退化或贬值的客观规律。
是热力过程能否进行，及进行到何种程度的判据。
三、热力学第二定律的表述 传热
热功转换
1850年 克劳修斯表述
热量传递的角度
1851年 开尔文－普朗克表述
热功转换的角度
克劳修斯表述
不可能把热量从低温物体传到高温物体而不引起
其它变化。
工程热力学与传热学(中文)第5章水蒸气与湿空气
是否有400 ºC的水？ 0ºC或-10 ºC的水蒸气
1点
临界点 (critical point )
2线
下临界线 (saturation liquid line )： 不同压力下饱和水状态
上临界线( saturation vapor line )： 不同压力下干饱和蒸汽状态
3区
液相区 (liquid region )
工程热力学与传热学
工程热力学 第五章 水蒸气与湿空气
水蒸气
内容要求
掌握水蒸气的定压产生过程 分析确定水蒸气的状态 了解水蒸气的热力过程 掌握蒸汽热力性质图表的结构和应用
蒸气：泛指刚刚脱离液态或比较接近液态的气态物质。 是一种实际气体。
常用蒸气：水蒸气，氨蒸气，氟里昂蒸气。 水蒸气特点：
人类在热力发动机中最早广泛使用的工质。 来源丰富，价格便宜，耗资少。 比热容大，传热好，有良好的膨胀和载热性能。 无毒无味，不污染环境。
即：
p ptp 611.7Pa, T Ttp 273.16K , v 0.00100021m3 / kg, u 0kJ / kg, s 0kJ /(kg K )
焓： h u pv 0 611.7Pa 0.00100021m3 / kg
0.00061kJ / kg 0
5-2-2 水与水蒸气表（steam tables for water）
按线性插值求得：
t 323.6C, h 3112.4kJ / kg, s 7.5422kJ /(kg.K )
结论 判断工质所处状态
已知（p, t）查饱和蒸汽表，确定蒸汽状态。
t ts ( p) 未饱和液体状态 t ts ( p) 饱和状态，还需再给定干度x t ts ( p) 过热蒸汽状态
工程热力学 第5章
d-c工质从冷源可逆定温吸热，q2 = T2(sc-sd)
26
逆卡诺循环卡诺制冷循环
T0 q1 制冷系数：
q2 q2 T2 1 c w0 q1 q2 T1 T2 T1 1 T2
Rc w 0 q2
T2
27
T0
c
T2
c
逆卡诺循环卡诺热泵循环
T1 q1 热泵系数：
第五章 热力学第二定律
The second law of thermodynamics
5-1 热力学第二定律
5-2 卡诺循环和多热源卡诺循环分析
5-3 卡诺定理 5–4 熵和热力学第二定律的数学表达式 5–5 熵方程 5–6 孤立系统熵增原理 5-7 （火用）参数的基本概念 热量（火用）
5-8 工质（火用）及系统（火用）平衡方程
c
33
四、多热源可逆循环
q Tds Tm s2 s1
1
1. 平均吸（放）热温度
2
Tm
2
1
Tds
s2 s1
注意：1）Tm 仅在可逆过程中有意义
T1 T2 2) Tm 2 2. 多热源可逆循环 q2 面积1B2mn1 t 1 1 q1 面积1A2mn1
重物下落，水温升高; 水温下降，重物升高？ 只要重物位能增加小于等于水降内能 减少，不违反第一定律。
电流通过电阻，产生热量 对电阻加热，电阻内产生反向 电流？ 只要电能不大于加入热能，不 违反第一定律。
6
二、热力过程的方向性举例
功量
摩擦生热 100% 发电厂
热量
功量
40%
热量 放热
自发过程具有方向性、条件、限度
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5.2、喷管中气流参数变化和喷管截面积关系 1 压力与流速变化的关系
q dh vdp
dh cdc 0
cdc vdp
1 1 p 2 c p
c2 2 c dp dc 1 dp s2 c c p Ma2 p
结 流动过程中工质压力的变化和速度的变化趋势 论 相反
压力比
结 论
滞止参数（即初始状态参数p1、v1、c1）一 定时，出口流速c2取决于p2/p*
5.4、气体流经喷管的流速
2 临界流速与临界压力比 理论最大流速
c2 2 k p p*v* 1 ( 2 ) * k 1 p
k 1 k
c2 cmax
临界状态
cmax 2
1
课堂思考
下列形状的管道，在入口气流分别为超声速
流动和亚声速流动时，分别起到什么作用？
亚声速 超声速
喷管
扩压管
缩放喷管
输送管道
扩压管
喷管
缩放扩压管
输送管道
5.3 滞止参数Biblioteka 定义：气体流速为0或流速虽大于0但按定熵过程 折算到流速为0时的各种参数称为滞止参数。
1 理想气体滞止参数的确定
c2 2
T p* p T
5.2、喷管中气流参数变化和喷管截面积关系 2 比体积与流速变化的关系
dc 1 dp c Ma 2 p
dv dp 0 v p
dv Ma v
2
dc c
比体积的变化和流速的变化是同向的。 结 它们的变化率大小关系则取决于工质流速，与 论 马赫数有关。
5.2、喷管中气流参数变化和喷管截面积关系 3 流速变化对截面积的要求
Ma>1 Ma<1
dA >0 Ma≥1
dA<0
3 流速变化对截面积的要求
dA dc ( Ma 2 1) A c
对扩压管，dc<0
③如进口马赫数Ma>1，而要 求出口马赫数Ma<1，则应当 采用缩放扩压管 注意
Ma>1 Ma<1
dA<0
dA >0
确定某一管道是喷管或扩压管并不取决于管道的形 状，而是由管道内工质状态的变化所决定的。
2 能量方程：能量守恒定律应用于工质流动。
1 2 2 q (h2 h1 ) (c2 c1 ) g ( z2 z1 ) ws 2
q dh vdp
2 c2 c12 h2 h1 0 2
dh cdc 0
喷管：加速气流
cdc vdp
扩压管：降低流速，提高压力
工程热力学
Engineering Thermodynamics
第五章 气体的流动和压缩
内容提要
一、一元稳定流动的基本方程 二、喷管中气流参数变化和喷管截面 变化的关系 三、气体流经喷管的流速 四、压气机的压气过程
第五章 气体的流动和压缩
5.1、一元稳定流动的基本方程
稳定流动是指系统（内部及边界）各点工质的所 有热力参数及运动参数都不随时间而变化的流动。 条件：①任一截面参数不随时间变化； ②任一截面的质量流量均相同； ③与外界交换的功和热量不随时间变化； 一元稳定流动：工质的状态参数和流动参数只沿 着流动方向才发生变化
dv Ma v
2
dc c
dA dv dc A v c
dA dc ( Ma 2 1) A c
对于喷管或扩压管，管道截面的增大或减小取 结 论 决于入口状态下的马赫数。
3 流速变化对截面积的要求
dA dc ( Ma 2 1) A c
对喷管，dc>0
①入口亚声速流动。Ma<1， 则Ma2 – 1 <0，应采用渐缩喷 Ma<1 管，即截面积沿流动方向逐渐 减小，dA <0 ②入口超声速流动。Ma>1， Ma＞1 则Ma2 – 1 >0，应采用渐扩喷 管，即截面积沿流动方向逐渐 增大，dA >0
p*v*
ccr
临界流速
pcr 1 ccr 2 p v 1 ( * ) 1 p
* *
cr
1
p2 0 p*
2 临界流速与临界压力比
临界压力比
pcr 2 cr * p 1
*
1
h* h
h c pT
c2 T T 2c p
*
T v* v * T
1 1
5.4、气体流经喷管的流速
1 流速的计算
c2 2(h1 h2 ) c12 2(h* h2 )
对理想气体
k 1 k p2 k * * c2 2 p v 1 ( * ) k 1 p
5.1、一元稳定流动的基本方程
3 过程方程
根据过程进行的特点描述工质参数变化规律的数 学表达式。 dv dp pv 0 0
4 声速和马赫数
cs pv RgT
v
p
理想气体
c c Ma cs RgT
注意
声速是状态参数，是指流体在某一状态（p、v 或T）时的声速，称为当地声速。
3 流速变化对截面积的要求
ccr
喉部 Acr , pcr , Tcr
沿 流 动 方 向 的 变 化 规 律
喷 管 内 工 质 各 参 数
3 流速变化对截面积的要求
dA dc ( Ma 2 1) A c
对扩压管，dc<0
①入口亚声速流动。Ma<1， 则Ma2 – 1 <0，应采用渐扩扩 Ma<1 压管，即截面积沿流动方向逐 渐增大，dA >0 ②入口超声速流动。Ma>1， 则Ma2 – 1 >0，应采用渐缩扩 压管，即截面积沿流动方向逐 渐减小，dA <0
Ma≤1
dA<0 Ma＞1
dA >0
3 流速变化对截面积的要求
dA dc 2 ( Ma 1) A c
对喷管，dc>0
③如进口马赫数Ma<1，而要 Ma<1 求出口马赫数Ma>1，则应当 采用缩放喷管（拉伐尔喷管） dA<0
Ma>1
dA >0
临界截面，气体达到当地音速，对应的状态 称为临界状态
5.1、一元稳定流动的基本方程
1 连续性方程
质量守恒定律应用于工质流动的数学表达式
1
i
2
qm
1
Ac const v
i
2
dA dv dc A v c
课堂思考
上式用于水时有什么结论，生活中有哪些应
用呢？如果是气体呢？
对不可压缩流体，一定质量流量条件下，流 道截面减小，流速增加。
5.1、一元稳定流动的基本方程