第四章-第五章

第四章思考题1.循环的热效率公式121qqt和121TTt有何区别？各适用什么场合？答：前式适用于各种可逆和不可逆的循环，后式只适用于可逆的卡诺循环。2.循环输出净功愈大，则热效率愈高；可逆循环的热效率都相等；不可逆循环的热效率一定小于可逆循环的热效率，这些说法是否正确？为什么？答：不正确，热效率为输出净功和吸热量的比，因此在相同吸热量的条件下，循环输出的出净功愈大，则热效率愈高。不是所有的可逆循环的热效率都相等，必须保证相同的条件下。在相同的初态和终态下，不可逆循环的热效率一定小于可逆循环的热效率。3.热力学第二定律可否表述为“机械能可以全部变为热能，而热能不可能全部变为机械能”？答：不对，必须保证过程结束后对系统和外界没有造成任何影响这一条件。否则热能可以全部变为机械能，比如理想气体的定温膨胀过程，系统把从外界吸收的热量全部转化为机械能，外界虽然没有任何任何变化，但是系统的体积发生改变了。4.下列说法是否正确？为什么？⑴熵增大的过程为不可逆过程；⑵不可逆过程的熵变S无法计算；⑶若工质从某一初态经可逆与不可逆途径到达同一终态，则不可逆途径的S必大于可逆途径的S；⑷工质经历不可逆循环后0S；⑸自然界的过程都是朝着熵增的方向进行的，因此熵减小的过程不可能实现；⑹工质被加热熵一定增大，工质放热熵一定减小。答：（1）不正确，只有孤立系统才可以这样说；（2）不正确，S为状态参数，和过程无关，知道初态和终态就可以计算；（3）不对，S为状态参数，和过程无关，S相等；（4）不对，工质经历可逆和不可逆循环后都回到初态，所以熵变为零。（5）不对，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。（6）工质被加热熵一定增大，但是系统放热，熵不一定减小。如果是可逆过程，熵才一定减小。5.若工质从同一初态出发，分别经历可逆绝热过程与不可逆绝热过程膨胀到相同的终压力，两过程终态的熵哪个大？对外作的功哪个大？试用坐标图进行分析.答：不可逆过程熵大，可逆过程作功大6.如果工质从同一初态出发，分别经历可逆定压过程与不可逆定压过程，从同一热源吸收了相同的热量，工质终态的熵是否相同？为什么？答：不相同，因为二者对外所作的功不同，而它们从同一热源吸收了相同的热量，所以最终二者内能的变化不同，故此二者的终态不同，由于熵是状态参数，它们从同一初态出发，故终态的熵不同。7.工质由初态经过一不可逆绝热过程膨胀到终态，问能否通过一个绝热过程使工质回到初态？答：不能，工质由初态经过一不可逆绝热过程膨胀到终态，其熵增加，要想使其回到初态，过程的熵必须减少，而绝热过程是不能使其熵减少的，故不能通过一个绝热过程使其回到初态。8.系统在某过程中从热源吸热20kJ，对外作功25kJ，请问能否通过可逆绝过程使系统回到初态？为什么？能否通过不可逆绝热过程使系统回到初态？答：根据克劳休斯不等式，我们知道系统在过程中的熵变满足：0)()(20KTkJTQS即：系统的熵增加，要想使系统回到初态，新的过程必须使系统熵减少，而可逆绝热过程熵不变，不可逆绝热过程熵增加，因而不可能通过一个可逆过程或者一个不可逆过程使系统回到初态。9.闭口系统经历了一不可逆过程对外作功10kJ，同时放出热量5kJ，问系统的熵变是正、是负还是不能确定？答：熵是状态参数，功和热量都是过程量，所以不能确定系统的熵变。习题4－1解:由热量守恒JWQQ550450100012由克劳休斯不等式：00185.030055054010002211KJTQTQ它的设计是不合理的4－2解：采用电炉取暖时，KWPef56.536001024当采用电动机带动卡诺热泵时，kWTTTQPpump474.029352056.51211%53.8%10056.5474.0efpumpPP4-3解：（1）热效率为%1.3342310150121TTT（2）吸热kJWQ16.8%1.337.21放热kJWQQ46.57.216.812（3）性能系数02.310150273150'211TTT02.35.4''1211QQQWQ得到skJQ73.61所以skJQQW23.25.473.6214－4解：对于制冷机kJQW25.041'2对于热机kJWQt83.03.025.0'14－5解：理想气体的内能是温度的单值函数，气体向真空的膨胀过程系统对外不作功，且过程绝热，系统的内能不变，故气体温度不变：Ctt017'由''VPPV得到MPaVPVP525.0437.0''热力学能变化为0'UUU熵的变化为KkgkJPPRS/0826.07.0525.0ln287.0ln124-6解：（1）气体熵变为KkJPPmRSg/14.191.00.1ln8314ln12气热源熵变为KkJTPPnRTTPdVTQSrrr/14.194001000100ln4008314ln211气热总熵变为0totS（2）气体熵变为KkJPPRSg/14.191.00.1ln8314ln12热源熵变为KkJTPPRTPdVTQSrrrr/53.253001.00.1ln400314.8ln211总熵变为KkJStot/39.614.1953.25（3）气体熵变为KkJPPnRSg/14.191.00.1ln8314ln12热源熵变为总熵变为KkJStot/49.1114.1963.304－7解：（1）由孤立系统熵增原理：00lnlnBmpAmplhctotTTmcTTmcSSSS＝所以有：BAmTTT（2）总功量为：BABApBmmApBATTTTmcTTTTmcQQW2（3）BAQQ所以2BAmTTT总熵变为：BABApBmpAmpBAtotTTTTmcTTmcTTmcSSS4lnlnln24－8解：选取两个容器中的气体为热力学系统，过程中系统绝热且无外功，所以KTT300'设终态容积分别为'1V,'2V''2222VPVP''21PP002.0''21VVKkJTPPnRTPdVTQSrrrr/63.303001.00.1ln40083142.1ln2.12.1211''1111VPVP联立求解所以有：31001333.0'mV320006667.0'mV左侧气体熵变：KJVVTVPS/192.0001.0001333.0ln300001.0200000'ln11111右侧气体熵变：KJVVTVPS/135.0001.00006667.0ln300001.0100000'ln22222总熵变为KJStot/0568.04－9解：把闭口系统和热源取为研究的热力学系统，为孤立系，根据孤立系统熵增原理：0/7.1300800025KkJSSSrctot＝所以该过程是不可能的4－10解：（1）根据稳定流动方程，烟气放热：kJTTmcQp4116375274.16211（2）Q2取最小时，此过程可逆，取烟气、工质和低温热源为系统，此系统为孤立系统，孤立系统的可逆过程熵不变KJTTTmcQTQTTmcSSSSpplhctot2389800310ln30014006ln00ln12020212＝（3）kJQQW17272389411621max4-11解：此过程为等容过程，所以1212TTPP取空气和螺旋桨为研究的系统，此系统为孤立系统，假设空气为理想气体，并假设螺旋桨为功源，过程中熵不变，此孤立系统的熵变等于熵产，所以有：KkJPPRTTcmSSpg/0124.0288293ln287288293ln5.10041lnln1212所以做功能力的损失为：gSTW0假设环境温度为20度，所以：kJSTWg6332.30124.029304-12解：根据温度流动的过程方程有：12ttchwP所以CtcwtP0121.16217005.1180空气在压缩过程中的熵变为：kgKJPPRTTcPg/86.91.04.0ln287.02901.435ln005.1lnlnS1212所以做功能力的损失为：kgJSTWg/4.285986.929004-13解：混合后的温度为：221TTTm熵变为：212121212ln2lnlnSSSTTTTmcTTmcTTmcPmPmP4-14解：依题意：kJTTTQW83.538%40873406002100%401211故制冷机得到的功为：kJ又kJTTTWQ91.296584.025583.168%40'''''2122所以kJQWQ74.46583.16891.296'''214-15解：（1）根据稳定流动的过程方程可得：KgkJttchhWPs/88.1902071724.02121（2）进口处00001,1SSThhehx出口处kgkJSSThhehx/6.159''02002,2（3）所以压气机所需的最小有用功为：kgkJeeWhxhx/6.159'12,,min（4）作功能力损失为：kgKJWWs/28.316.15988.190min4-16解：依题意：HHQWTT01LLQWTT10所以：44.1124430547730511100LHHLTTTTQQ4-17解：（1）冬季2211211241200241200420293QQQQTTT所以hkJQ/96.264402WhkJQQW29.655/235921（2）夏季212212QQQTTT即23591200)293(29329311TT所以Ct01444-18解：因为)/(686.20314.829KmolJRccPV402.1VPcckn所以该过程为放热过程4-19解：根据热力学第一定律有：kgkJWUQ/14020060环境的熵变为：KkgkJflux/478.0293140S选取气缸中的气体和环境为研究的热力学系统，此系统为孤立系统，其熵变等于熵产所以：KkgkJSfluxg/204.0478.0274.0SSStot气第五章思考题1.热水泵必须安装在热水容器下面距容器有一定高度的地方，而不能安装在热水容器上面，为什么？答：保证其压力。2.锅炉产生的水蒸气在定温过程中是否满足wq的关系？为什么？答：不对，因为水蒸气不能看作是理想气体，其内能不仅是温度的函数，还是压力的函数，故此定温过程内能是改变的，U不等于0。3.有无0℃或低于0℃的蒸汽存在？有无低于0℃的水存在？为什么？答：有0℃或低于0℃的蒸汽存在，只要压力足够低就可能，但是没有低于0℃的水存在，因为水的三相点温度为0.01℃，低于三相点温度，只可能是固态或是气态。4.25MPa的水，是否也象1MPa的水那样经历汽化过程？为什么？答：不可以，因为水的临界点压力为22.12MPa，故此，当压力高于临界压力时，它的汽化不经过气液两相区，而是由液相连续的到达气相。5.dTcdhp适用于任何工质的定压过程。水蒸气定压汽化过程中dT=0，由此得出结论，水定压汽化时0dTcdhp，此结论是否正确？