第2学期西南交大《热工基础》主观题

第一次作业 三、主观题(共9道小题) 54. 某定量工质经历了1-2-3-4-1循环，试填充下表所缺的数据 过程 1-2 2-3 3-4 4-1 Q/kJ 0 0 W/kJ 0 395 0 △U/kJ 1390 -1000 答： 过程 1-2 2-3 3-4 4-1 Q/kJ 1390 0 -1000 0 W/kJ 0 395 0 -5 △U/kJ 1390 -395 -1000 5 55. 如图所示，b、c两状态点在同一条等温线上，试判断：△uab与△uac谁大？△sab与△sac谁大？ 答：△uab=△uac ； △sab＜△sac 56. 有一循环发动机工作于热源T1=1000K和冷源T2=400K之间，若该热机从热源吸热1360 kJ，对外作功833 kJ。问该热机循环是可逆的？不可逆的？还是根本不能实现的？ ηt＞ηtc 违背了卡诺定理 结论：该循环根本不可能实现。 （也可用克劳修斯积分不等式或孤立系熵增原理求解） 57. 气球直径为0.4 m，球内充有压力为150 kPa的空气，由于太阳辐射加热，气球直径增大到0.45 m，若球内气体压力正比于气球的直径，试求过程中气体对外的做功量W。 解：已知D1 = 0.4 m时，p1 =150 kPa，且气球内压力正比于气球直径，即p = kD，可求得：k =375 kPa/m

答：过程中气体对外作功量为2.27 kJ

58. 水在绝热混合器中与水蒸汽混合而被加热，水流入的压力为200 kPa，温度为20℃，比焓为84 kJ/kg，质量流量为100 kg/min；水蒸汽流入的压力为200 kPa，温度为300℃，比焓为3072 kJ/kg，混合物流出的压力为200 kPa，温度为100℃，比焓为419 kJ/kg。问每分钟需要多少水蒸汽。 答：此绝热混合器所围空间为一稳流系，根据能量方程：

59. 有5g氩气，经历一热力学能不变的状态变化过程，初始状态p1=6.0?0Pa，T1=600K，膨胀终了的容积V2=3V1，氩气可作为理想气体。已知氩气的Rg=0.208 kJ/(kg·K)，cp=0.523 kJ/(kg稫)，求：（1）终了状态的温度T2、压力p2；（2）过程中系统热力学能、焓和熵的变化量。 答：由题意：△U = 0 → T2 = T1 = 600 K

由理想气体气体状态方程， 有：

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60. 试求在定压过程中加给理想气体的热量中有多少用来作功？有多少用来改变工质的热力学能（比热容取定值）？

答：∵ 定压过程总加热量为： q =cp△T 其中用来改变热力学能的部分为：△u= cV△T

而 cp = cV+Rg

∴ 定压过程用来作功的部分为：w =Rg△T

61. 2kg某种理想气体按n=1.2可逆多变过程膨胀到原有体积的3倍，稳定地从300℃降低到

60℃，膨胀过程中作功418.68 kJ，吸热83.736 kJ，求：气体的cp和cV。 答： 由闭口系能量方程：

62. 3 kg温度为80℃的热水在绝热容器中与5 kg温度为20℃的冷水等压混合，水的比热为4.187

kJ/(kg·K)，求此混合过程的熵变，并根据熵变的计算结果说明为什么混合过程是不可逆过程？（提示：先由热力学第一定律求混合后水的状态）

答：思路：利用孤立（绝热）系熵增原理进行判断。

取该绝热容器为闭口系，设热水用角标H表示，冷水用角标C表示，并注意液体 cp = cV = c

由闭口系能量方程：