2015年工程热力学复习题

2015年工程热力学复习题

下列说法有无错误？如有错误，指出错在哪里： (1) 工质进行不可逆循环后其熵必定增加； (2) 使热力系熵增加的过程必为不可逆过程；

(3) 工质从状态1到状态2进行了一个可逆吸热过程和一个不可逆吸热过程。后者的熵增必定大于前者的熵增。

答：(1)这种说法有错误。因为熵是状态函数，工质在实完成了一个循环后回到原状态其熵不变，不管循环是否可逆。

(2)这种说法有错误。因为闭口系增熵的原因有两个，即吸热和不可逆损失（对开口系则还应该增加流入质量这个因素）。所以使热力系熵增的过程未必都是不可逆过程，如等温吸热过程是增熵过程，同时又可能是可逆过程。可见增熵未必不可逆，不可逆也未必增熵。

(3)这种说法有错误。熵只是状态参数，只取决于状态，而与如何达到这一状态无关。当工质的初始和终结态1和2指定以后，不管中间进行的过程特性如何，熵的变化（21S S ）也就完全确定了。因此，在这种条件下不能说不可逆过程的熵增大于可逆过程的熵增。

1. 请分别利用克劳休斯积分不等式、卡诺定理、孤立系统熵增原理来证明以下热力过程能否发生：热机工作于t 1＝267℃和t 2＝27℃之间，工质从高温热源吸收了1000kJ 热量，对外作功480kJ 。 解：由热力学第一定律：12Q Q W =+

得：

211000480520Q Q W kJ =-=-=

①采用克劳修斯积分计算证明 12

1

2

1000520

0.120540300

Q Q T T --+=

+=>，不可能发生 ②采用卡诺定理证明

卡诺循环热效率：2

1

300

110.44540

c T T η=-=-

= 实际循环热效率：2

1

520

110.481000

t c Q Q ηη=-=-

=>，不可能发生 ③采用孤立系统熵增原理证明

12121000520

0.120540300

iso Q Q S T T --∆=

+=+=-<，不可能发生

2. 在恒温热源T 1＝700K 和T 2＝ 400K 之间进行循环。当W 0 ＝1000KJ ， Q 2＝ 4000KJ 时，试用计算说明： （1）循环的方向性；

（2）循环是可逆的，还是不可逆的？

3.一定量的理想气体吸热3349KJ 于定压过程中。已知工质的定容

质量比热741

.0

c kJ /(kg.k)，气体常数R=0.297 KJ /(kg.k)。

V

求该定压过程中工质内能的改变量和对外所作的功。

4.容积V =0.5m3的空气初压 p1=0.3MPa，初温t1=150℃，经可逆

多变膨胀过程到终态p2 =0.08MPa， t2=20℃，求：过程中热力学能、焓及熵的变化量.（空气作为理想气体，其比热容可取定值，气体常数 R=287J/(kg.K)；=1005 J/(kg.K)）

kg

J/(kg.K)

kJ

kJ

J

5.2kg空气分别经过定温膨胀和绝热膨胀的可逆过程，如图，从初

态

p=9.807bar,1t=300C膨胀到终态容积为初态容积的5倍，试

1

计算不同过程中空气的终态参数，对外所做的功和交换的热量以

及过程中内能、焓、熵的变化量。

图

解：将空气取作闭口系

对可逆定温过程1-2，由过程中的参数关系，得

bar v v p p 961.15

1

807.9211

2=⨯== 按理想气体状态方程，得1

1

1p RT v =

=0.1677kg m /3 125v v ==0.8385kg m /3

12T T ==573K 2t =300C

气体对外作的膨胀功及交换的热量为

1

2

11ln

V V V p Q W T T ===529.4kJ 过程中内能、焓、熵的变化量为

12U ∆=0 12H ∆=0 12S ∆=

1

T Q T

=0.9239kJ /K 或12S ∆=mRln

1

2

V V =0.9238kJ /K

对可逆绝热过程1-2′, 由可逆绝热过程参数间关系可得

k

v v p p )(

2

11'2= 其中22'v v ==0.8385kg m /3 故 4.12)5

1(807.9'

=p =1.03bar

R

v p T '

''222=

=301K '

2t =28C

气体对外所做的功及交换的热量为

)(1

1)(11'212211T T mR k V p V p k W s --=--=

=390.3kJ 0'=s Q

过程中内能、焓、熵的变化量为

kJ T T mc U v 1.390)(1212''-=-=∆

或kJ W U 3.390212'

-=-=∆

kJ T T mc H p 2.546)(1212'

'

-=-=∆ '

12S ∆=0

气体在气缸中被压缩，气体的热力学能和熵的变化分别为 45 kJ/kg 和-0.289 kJ/（kg ·K ）,外界对气体做功170 kJ/kg ，过程中气体只与环境交换热量，环境温度为300K 。问该过程能否实现？是否可逆？

汽缸内气体与环境共同组成一个孤立系

45170125 sur q u w kJ kg =∆+=-=