工程热力学例题与习题 5．某热力系统经历一熵增的可逆过程，问该热力系统能否经一绝热过程回复到初态。
6．若工质经历一可逆过程和一不可逆过程，均从同一初始状态出发，且两过程中工质的吸热量相同，问工质终态的熵是否相同？
7．绝热过程是否一定是定熵过程？定熵过程是否一定满足PvK=定值的方程？
8．工质经历一个不可逆循环能否回复到初态？ 9．第二类永动机与第一类永动机有何不同？
10．用孤立系统熵增原理证明：热量从高温物体传向低温物体的过程是不可逆过程。
11．“循环功越大，则热效率越高”；“可逆循环热效率都相等”；“不可逆循环效率一定小于可逆循环效率”。这些结论是否正确？为什么？
12．0.lkg空气进行不可逆绝热压缩，由p1=0.1MPa(lbar), T1=300K增加到3bar。不可逆压缩过程所消耗的功是可逆过程的1.1倍,试求压缩终了时的温度及空气熵的变化。
13．在高温热源T1 =2000K及低温热源T2=600K之间进行一个不可逆卡诺循环，若在等温吸热及等温放热过程中工质与高低温热源之间存在着60K的温差，其余两个绝热过程均为可逆过程。试求:(1)循环热效率; (2)若热源供给1000KJ的热量,求功的损失多少?
14．在温度0℃和25℃之间按逆卡诺循环工作的热泵，每一循环从0℃的低温物何吸取的热量为Q2=12.57kJ。问：
（1）为开动热泵，每一循环要消耗多少功？
（2）当高温物何的温度为100℃时，所需功量为多少？ （3）上述各情况下排给高温物体的热量各为多少？
15．从温度为20℃的周围环境传给温度为－15℃的冷藏室的热量为125700kJ/h。由于制冷机的作用，使该冷藏室维持在－15℃，并把从冷藏室吸收的热量排给20℃的冷却水，求制冷机的理论功率为多少？假如冷却水的温度上升7℃，求每小时所需要的冷却水量？cH0=4.19kJ/kg·K.
216．某发电厂设计的工作温度在1650℃和15℃之间，求：
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工程热力学例题与习题 （1）该发电厂的理想热效率？
（2）若该发电厂按理想循环工作，问生产1000000kW的功率时所需的能量和排热量是多少？
（3）如果实际热效率只有40%，仍产生1000000kW功率？所需的能量及排热量多少？
17．如图5.5所示，一热机用来带动热泵，热机和热泵排出的热量均被用于加热建筑物暖气散热器的循环水，热机的效率为27%，热泵性能系数为4。试计算输给循环水的热量与输给热机的热量之比。
18．某房屋依靠热泵从大气抽取热量来维持20℃的温度。通过房屋墙壁的热损失在室内与大气每度温差下，估算约0.65kW/K。 Q进 *Q出 *Q进 W 热泵 热机 Q出 图5.5 （1）如果大气的温度为－10℃，求驱动热泵所需的最小功率？ （2）打算用同一个热泵在夏天给房子制冷，对同样的室温、同样的热损失和同样的输入功率，问最大允许的大气温度是多少？
19．某人断言有这样一种制冷装置，它使冷藏库维持－7℃，而环境温度为27℃，其制冷系数为8.5，你认为这种断言可信吗？若制冷系数8呢？
20．两卡诺机A、B串联工作，A热机在627℃下得到热量，对温度为T的热源放热，在下述情况下计算温度T：
（1）两热机输出功相等： （2）两热机效率相等。
21．一台可逆热机被用来驱动一台可逆冷机，热机从温度为TH的高温热源吸热QH，向温度为T0的环境放热，冷机从冷藏库TL得热QL传至T0的同一环境，如果TH比T0要大很多的话，证明：
QLQH?TLT0?TL
22．计算下述各过程中系统的总熵变化量。
（1）将0.4kg温度为100℃、比热为150kJ/K的铜块投入温度为10
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工程热力学例题与习题 ℃的湖水中。
（2）同样大小，但温度为10℃的铜块，由100m高处投入湖水中。 （3）将温度分别为100℃和10℃的同样大小的铜块连在一起。 23．某气缸中气体，首先经历了一个不可逆过程，从温度为600K的热源中吸取100kJ的热量，使其内能增加30kJ，然后再通过一可逆过程，使气体回复到初始状态。该过程中只有气体与600K热源发生热交换。已知热源经历上述两个过程后熵变化为0.026J/K。求：
（1）第一个过程(不可逆的)中气体对外所作的功。
（2）第二个过程(可逆的)中气体与热源交换的热量，气体所完成的功量。 （70kJ，-115.6kJ，-85.6kJ）
24．设某可逆热机A在高温热源H(TH=800K)与低温热源L(TL=300K)之间工作。见图5.6(a)。有人提出一改进方案，如图5.6(b)，令A机改向温度为200K的冷箱放热，另用一可逆制冷机B将A机排向冷箱的热量移至低温热源L，B机所需动力由A机供给。如果两种情况下,高温热源的供热量均为l00kJ，则采用第二种方案能否得到更多的功。为什么。
图5.6(a) 图5.6(b)
25．某可逆热机与三个热源交换热量并产功800kJ。其中热源A的温度为500K并向热机供热300kJ，而热源B和C的温度分别为400K与300K。试计算热机与热源B和C交换的热量，并分析传热的方向。
26．某动力循环，工质在温度为500℃与300℃时分别吸热2300kJ与
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工程热力学例题与习题 1000kJ，在环境温度15℃下放热， 循环功为1400kJ，如果工质没有其它的热交换，试判断此循环是可逆、不可逆还是不可能实现的。
27．某燃气涡轮进口处燃气温度t1=827℃，压力p1=8bar，出口处燃气压力p2=1bar，设燃气的气体常数R=0.2874kJ/kgK，定值比热cp=1.10kJ/kgK，并假设燃气流经涡轮的过程是绝热的，如流动动能及重力位能的变化可忽略不计，对于每公斤燃气，试计算：
（1）膨胀过程为可逆过程时，工质对外所作的功
（2）若膨胀过程不可逆,其终了温度为430℃时，工质对外所作的功及工质熵的变化。
28．空气由初始状态t1=62℃，压力p1 =2.3bar膨胀至p2=1.4bar t2=22℃，分析此过程能否绝热进行，为什么?
29．0.5kg氮气在汽缸中由t1=157℃，p1 =3bar膨胀到p2=1bar t2=17℃，过程中产功23kJ，并与温度为27℃的环境介质交换热量。求
（1）确定过程中的传热量及传热的方向, （2）判断此过程是可逆、不可逆或不可能实现。
30．有一30?的电阻，载有恒定电流10A，其温度靠冷却水维持在27℃，冷却水温度与环境温度相同(17℃)，若取其为5秒的通电时间，试计算：
（1）电阻的熵的变化。 （2）冷却水的熵的变化。 （3）过程中的熵产。 （4）过程中作功能力的损失。
31．容器内盛有1kg空气，在定容下向环境放热，由初态=2bar,T1=450K变化到T2=300K，若环境温度为17℃，试计算：
（1）空气的放热量。
（2）此放热过程中作功能力的损失。
（3）用T-s图表示此放热过程中作功能力的损失。
32．某致冷循环，工质从温度为-73℃的冷源吸取热量100kJ ，并将热量220kJ传给温度为27℃的热源，此循环满足克劳修斯不等式吗。
33．有人声称设计了一台热力设备，该设备工作在高温热源T1=540K和
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p1
工程热力学例题与习题 低温热源T2=300K之间，若从高温热源吸入1kJ的热量，可以产生0.45kJ的功，试判断该设备可行吗。
34．一刚性绝热容器中励有空气，初态95kPa、27℃，通过搅拌轮搅拌空气，以使空气压力升到140kPa。试求：（1）对空气所作功量（kJ/kg）；（2）空气熵的变化（kJ/g·K）；（3）千克空气可用能损失，并在T-s图上表示出来。设T0=300K。
35．1kg饱和水蒸气在100℃下凝结为液态，在凝结过程中放出热量2257kJ，并被30℃的大气所吸收，求该过程的可用能损失。
36．1kg空气，初态为650kPa、330K，储于能维持定压承重的活塞-气缸装置中，过程中有23.4kJ的热量从系统传给大气环境，而压有重物的少塞对系统作了5.3kJ的功。（1）计算气缸中空气的熵变化，以kJ/(kg·K)表示；（2）若环境温度T0=298K确确定环境的熵变化；（3）总过程是否满足第二定律？为什么？
37．两股空气流m1=10kg/s、m2=7kg/s，压力p1=1MPa、p2=0.6MPa，温度t1=390℃、t2=100℃，试求：（1）两股鎏绝热混合后温度；（2）混合后的极限压力；（3）当混合后的压力较极限压力低20%、且大气温度为300K时，可用能损失为多少？
38．气体在气缸中被压缩，气体内能增加了55.9kJ/kg，而熵减少了0.293kJ/(kg·K)，输给气体的功为186kJ/kg，温度为20℃的大气可与气体换热。试确定每千克气休引起的熵产及可用能损失。
5．6 自测题
一、是非题
1．热力学第二定律可表述成\功可以全部变成热量,但热量不能全部变成功\。( )
2．温度高的热能的品质(或使用价值)优于温度低的热能。( ) 3．一桶具有环境温度的河水与一杯沸水,前者的可用能大于后者。( ) 4．过程量Q和W只与过程特性有关。( )
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