工程热力学和传热学课后题答案

思考题3．下列说法是否正确，为什么？(1)熵增大的过程为不可逆过程；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；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，第二句错第四章•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）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）。KJUUWUQ1010200KJ120KJ)1(解：000)()2(12SSSSSSSsfggf所以：吸热，不可逆，，来分析。从•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。KJWQQKJQWQWTTctctct1226.277400)3(277.60.694400)2(694.02731600273300111012,1010,12,）解：（JQQWQWQQQSSJJJJWQQQWQQQSSTQSSTQTQSSSSSSSSJWJQJQJQJQJQJWJQJQWQKTQKTQKTisoisoisoLLLHHHHHHLHisoLHH1250400750900,0083.0)300750()8004006001250(3,0)300750()8004006001200(28008004001200,0167.0)300800()8004006001200()1(0),(0),(0900,750,400),3(750,400,1200)2(800,400,1200)1(30080060012.122111122112112121111211＝＝－＋其中：不可行。）（可行，且为可逆循环）（－＋＝－＋其中：。可行，且为不可逆循环低温热源吸热，故＝高温热源放热，故＝＋＝＝其中：＋增原理：解：利用孤立系统的熵或不可能实现的：机是可逆的、不可逆的件下，试分别判断该热。在下列条，循环净功为的冷源放出热量，向的第二热源吸收热量，再从的第一热源吸收热量从某热机循环中，工质先工质工质•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3MPa,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0.5MPa,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。hourmmxkgmmmmRTpVmmmxx09.9min62.545273172872.0101.016.131131.1627317287510)1.00.5(27350287510)1.03(,,666）（绝对压力）（注意将表压力换算成＝）（－）（则：，据题意：分钟才能把空气瓶充满解：设需要一分钟充气前充气后一分钟第五章•3、有质量2kg,初态为p1=0.13MPa,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）。KkJTTcTTcSkJTRcTcUkJTcHkkmolkJcPMNpMpMpMvMpMPM/602.027327273127ln283.292ln282ln29.14922827-1278.314)-(29.3228)(2283.20922827-12729.3228)/(3.29572812,12,,,,2）（＝＝）（＝，双原子气体教材＝是双原子气体，解：•7、在柴油机气缸中，空气沿绝热线压缩，设初压p1＝0.14MPa，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/v28.13)14.052.5()(5.520.14)27350273650()()(4.111122114.14.11112211212ppvvMppTTpppTTa数之间的关系式可得：，则利用初、终状态参解：注意到是绝热过程•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。kkmolkJMRsMSRvvRvdvRTpdvdTcTqsWKTTUWQWUQSkmolkJTTcWWUQMcMcKVVTVVTTvVMvp76.52ln314.82ln2lnln0340000,201746270.48-34012.25)(33.112.2544.33270.482340)2()(1122121212121,1.33-1111111212＝，其中）自由膨胀过程（＝可逆绝热，）＝（其中：＝）可逆绝热过程解：（p2pp10V2”V21V2’2”62v432’5’55”V1定温多变绝热为什么？哪一个对，哪一个错？另一方法：＝）（解：hourkgmhourkgRTpVm.877629.4226005.71327320287600101.06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。aa61111111014.111.686Mp1685701p)273152871000475.044000151101.01393475.044000151151151)1511(475.051111＋（空气＝汽油的发热值＝汽油的发热值混合汽的功＝空气RTqpRTwppkgkJkgwkgkgqwtttkgttt解：先画出示意图：均压力。质量空气的做功量和平。求循环热效率、单位汽油的发热值为：空气与汽油的质量比为，温度环境压力＝工作条件为汽油机定容加热循环的、kgkJCMpa440001,15,151.0p5,41第十章%64100036311455907284.140059090300-1)()(1728100116.186316.1)28.1363573()(28.1873863121?300t590t400t90t)()(1)()()(1141,342315344.1111515234532134231534231512－－％＝）－（）＋－（－＝于是：＝＝＝参考教材均已知，需要求，，，其中：TTTTTTTTCKTTTTTTTTPtCCCCTTTTTTTTcTTcTTcqqcttpvvt10-1的热效率相比较。内的卡诺循环效率，并与同温度范围为定值。求此循环的热工质视为空气，比热容，，，，循环，、已知内燃机混合加热CCCC300t590t400t90t65321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。)/(.633.30thkWkgd第十一章3ph412解由附图3的ｐ-ｈ图(P288)上找出给定的各点,并查出各点的焓值如下:kgkJh/3921kgkJh/4502kgkJhkgkJhh/236/24454355.258148)2(12.350156)()()1(1241531251hhhhhhhhhh5第十二章。密度求两种不同情况的热流＝总换热系数为，表层对空气的，机舱空气温度为表层温度为不包绝缘材料时裸管的为准。当度不得大于缘材料厚度是以表层温包扎柴油机排气管的绝、qKmWCCC.)(1030200502222200101305011700101302001mWtqmWtq绝缘裸管＝解：第十三章。和热流密度璃窗的热流量。试求通过该玻，室外大气温度为－。室内空气温度为＝换热系数，室外空气与玻璃板的＝系数内空气与玻璃板的换热。室的大玻璃窗，玻璃厚、尺寸为qQCCKmWKmWKmWcmcmcm2020)(02)(10)(762.0,1048010042221α2tf2＝－20°Cttw1tw2qα1tf1＝20°C是错误的。：式）中（教材其中：传热系数请注意：＝＝－－212142221118-1315511112.20665257.108010065.257201762.0104.0101)20(2011kPktkAqWFqQmWtRtqt1．火管锅炉炉胆的热流密度为48000Ｗ／ｍ２，钢板制成的炉胆厚度为２０ｍｍ，试求其内外壁面的温差,设:(1)炉胆两侧没有污垢；(2)在水的一侧积有1.5㎜厚的水垢；(3)在水的一侧积有1.5㎜，另一侧积有２㎜厚的烟灰。CRqtCRqtCqRtRtqCmWCmWCmWtttt2.10511105.15002.00.11024800032.911105.15002.04800022.195002.048000,1.0,1,501333＋）＝＋＋（）（）＝＋（）（＝＝＝＝）取解：（－－－烟垢水垢钢第十四章2．蒸汽管的外径为108ｍｍ,管外包以λ＝0.1Ｗ/(m·K)的绝热材料,蒸汽温度为330℃(由于蒸汽与管壁间的对流热阻和管壁的导热热阻要比绝热材料的热阻小得多,可略去不计,所以可近似地认为绝热层内壁的温度等于蒸汽的温度)。若要使绝热层外壁面的温度不超过40℃,每米管长的热损失不超过ql＝150Ｗ/m,试求绝热层的最小厚度应为多少。内径外径、注意公式对：、错：、画出模拟图。解说：＝＝＝）（解：1212121212215.111212min1212min,:ln32,2,2,21128.0108.021d212215.11501.0240330ln2ln40330ddddddddddddmeddddddddq215.112edd1．两