第四章
4-1 试用热力学第二定律证明，在p-v图上，两条可逆绝热线不可能相交。 4-2 (1) 可逆机从热源T1吸热Q1，在热源T1与环境(温度为T0)之间工作，能作出多少功？ (2) 根据卡诺定理降低冷源温度可以提高热效率，有人设想用一可逆制冷机造成一个冷源T2(T2 4-3 温度为T1，T2的两个热源间有两个卡诺机A与B串联工作(即中间热源接受A机的放热同时向B机供给等量热)。试证这种串联工作的卡诺热机总效率与工作于同一T1，T2热源间的单个卡诺机效率相同。 4-4 如图4-26所示的循环，试判断下列情况哪些是可逆的？哪些是不可逆的？哪些是不可能的? 图 4-26 a. QL=1000kJ，W=250kJ b. QL=2000kJ，QH=2400kJ c. QH=3000kJ，W=250kJ 4-5 试判断如图4-27所示的可逆循环中Q3的大小与方向、Q2的方向及循环净功W的大小与方向。 4-6 若封闭系统经历一过程，熵增为25kJ/K，从300K的恒温热源吸热8000kJ，此过程可逆？不可逆？还是不可能？ 4-8 空气在轴流压气机中被绝热压缩，增压比为4.2，初、终态温度分别为20℃和200℃，求空气在压缩过程中熵的变化。 4-10 将5kg 0℃的冰投入盛有25kg温度为50℃水的绝热容器中，求冰完全融化且与水的温度均匀一致时系统的熵的变化。已知冰的融解热为333kJ/kg。 4-11 在有活塞的气缸装置中，将1kmol理想气体在400K下从100kPa缓慢地定温压缩到1000kPa，计算下列三种情况下，此过程的气体熵变、热源熵变及总熵变： a. 若过程中无摩擦损耗，而热源的温度也为400K； b. 过程中无摩擦损耗，热源温度为300K； c．过程中有摩擦损耗，比可逆压缩多消耗20%的功，热源温度为300K。 4-13 一个绝热容器被一导热的活塞分隔成两部分。初始时活塞被销钉固定在容器的中部，左、右两部分容积均为V1=V2=0.001m3，空气温度均为300K，左边压力为p1=2×105Pa，右边压力为p2=1×105Pa。突然拔除销钉，最后达到新的平衡，试求左、右两部分容积及整个容器内空气的熵变。 4-15 如图4-30所示，两股空气在绝热流动中混合，求标准状态下的V3(m3/min)，t3及最大可能达到的压力p3(MPa)。 图4-30 4-18 用家用电冰箱将1kg25℃的水制成0℃的冰，试问需要的最少电费应是多少？ ?已知水的c=75.57J/(mol·K)；冰0℃时的熔解热为6013.5J/mol；电费为0.16元/(kW·h)；室温为25℃。 4-20 压气机空气进口温度为17℃，压力为1×105Pa，经历不可逆绝热压缩后其温度为207℃，压力为4.0×105Pa，若室内温度为17℃，大气压力为1×105Pa，求：(1) 此压气机实际消耗的轴功；(2) 进、出口空气的焓；(3) 消耗的最小有用功；(4)损失；(5)压气机效率。 4-21 在一个可逆热机循环中，工质氦定压吸热，温度从300℃升高到850℃，其定压比热容cp=5.193kJ/(kg·K)，已知环境温度为298K。求循环的最大效率和最大热效率。 1
04 清华大学 工程热力学 第四章
