发布时间 : 星期六 文章工程热力学第四版完整课后答案（华自强张忠进）更新完毕开始阅读ad21092bed630b1c59eeb5d5
第一章 基本概念及定义 ·21·
?t?1?提示：
?T1v3v1?T1T1p2p1?T1???v3??1???v1? ?1?p2p1?1???
?t?1?
5-9 按上题所述循环，设工质为空气，p1＝0.35 MPa，t1＝307 ℃，p2＝0.7 MPa。试把该循环表示在
cp?T3?T1?q2。 ?1?q1cV?T2?T1?p-v图以及T-s图上，并求吸热量、放热量、循环净功及循环热效率。
提示：q1?cV?T，q2?cp?Tq2=cpΔT，w0=q1+q2。
答案：q1=415.6 kJ/kg，q2??373.4kJ/kg，w0=42.2 kJ/kg，ηt=10.2% 。
5-10 一个热机循环由定容加热过程1-2、定温膨胀过程2-3及定压放热过程3-1三个过程组成。设T1及T2固定不变，而p1取两个不同的值，从而得到两个循环。试把该两循环表示在p-v图及T-s图上，并分析两者的热效率及循环净功间的关系。
提示：当两个循环的吸热量及放热量彼此相同时，两个循环的热效率及循环净功也相等。 答案：
w0?w0?
5-11 有质量相同的两个物体，温度各为TA及TB。现以这两个物体作为低温热源及高温热源，用一可逆卡诺热机在它们之间工作并产生功。因这两个物体的热力学能是有限的，故与热机发生热交换后其温度会发生变化。设物体的比热容为定值，试证明两物体的终了温度及热机输出功的总量各为
?。 ,?t??tT?TATB
W0＝mcp(TA＋TB－2TATB)
第一章 基本概念及定义 ·22·
提示：取物体A、B和卡诺热机为孤立系统，有Δsiso=0，A、B的熵变分别为：ΔsA?mcplnT和TAΔsB?mcpln
T；W0=Q1+Q2。 TB5-12 卡诺热机按逆向循环工作时称为逆向卡诺循环，如图5-12所示。现利用它来制冷，消耗循环净功w0，由低温热源吸热q2，向高温热源放热q1，试证明其制冷系数的公式为
错误！未定义书签。
提示：q=TrΔs，w0=q1+q2。
5-13 若利用逆向卡诺循环作热泵，其循环如图5-12所示。冬天由室
图5-12 逆向卡诺循环的T-s图
外低温环境吸热q2而向室内供热q1，其所消耗的循环净功为w0。一般采用供热系数ξ＝q1/w0作为评价热泵循环能量转换完善程度的指标。试证明逆向卡诺循环的供热系数的公式为
??提示：参照习题5-12提示。
Tr1
Tr1?Tr2 5-14 某热泵按逆向卡诺循环工作，由室外0 ℃的环境吸热向室内供热，使室内气温由10 ℃升高到20 ℃，设房间的散热损失可忽略不计，试求对应于1 kg空气热泵所消耗的功，并和利用电热器直接供热时所消耗的功进行分析比较。
提示：热泵热源为变温热源时，供热系数可用热源的平均温度来描述：
??并设室内温度线性变化。
Q1Trm1 ?W0Trm1?Trm2电热器直接供热时，所耗电功量直接转变成为供热量。 答案：w0=0.522 kJ/kg，w'0 =10.04 kJ/kg。
5-15 有报告宣称设计了一种热工设备，它可以在环境温度为15 ℃时，把65 ℃的热水中35%的水变为100 ℃的沸水，而把其余部分冷却为15 ℃的水。试用热力学第二定律分析该报告的正确性。 提示：理想的条件下，35e ℃的热水加热到100 ℃的过程可通过可逆热泵耗功实现，而65e ℃的热水冷却到环境温度T0的过程，可通过以65 ℃热水和温度为T0的环境为高低温热源工作的可逆热机来实现。设想可逆热泵与可逆热机联合工作，当可逆热机的功量大于可逆热泵耗功时，方案可实现。
第一章 基本概念及定义 ·23·
答案：不可能实现。
5-16 有报告宣称设计了一种热工设备，它可以在环境温度为30 ℃时把50 ℃的热水中90%的水变为10 ℃的冷饮水，而把其余部分变为30 ℃的水。试用热力学第二定律分析该报告的正确性。
提示：参照习题5-15提示。 答案：可能实现。
5-17 气缸中工质的温度为850 K，定温地从热源吸热1 000 kJ，且过程中没有功的耗散。若热源温度为(1)1 000 K；(2)1 200 K。试求工质和热源两者熵的变化，并用热力学第二定律说明之。
提示：取工质和热源为孤立系统，气缸中工质经历了可逆的等温过程，?Siso??S热源??S。
答案：(1) ?Siso=0.176 kJ/K，(2) ?Siso=0.343 kJ/K。孤立系统熵变大于零是由于热源与系统
之间的温差传热引起的。温差大者，过程的不可逆性大，熵变也大。
5-18 有一台热机，从温度为1 100 K的高温热源吸热1 000 kJ，并向温度为300 K的低温热源可逆地放热，从而进行一个双热源的循环并作出循环净功690 kJ。设定温吸热时无功的耗散，试求吸热过程中工质的温度及工质和热源两者熵变化的总和。
提示：设想一与高温热源温度相同的中间热源，热机为卡诺热机，在中间热源与低温热源间工作。
答案：T=967.7K，?S=0.124 kJ/K。
iso
5-19 一台可逆热机，从高温热源吸热，并分别向温度为370 ℃、270 ℃的两低温热源放热。设吸热及放热过程均为可逆定温过程，热机循环的热效率为28%，循环净功为1 400 kJ，向370 ℃的热源放出的热量为2 000 kJ。试求高温热源的温度并把该循环表示在T-s图上。
提示：W0=Q1+Q2，ηt?立系统，?SW0；由可逆热机及高低温热源组成的孤Q1iso?0。
答案： T1＝825.5K。
第一章 基本概念及定义 ·24·
5-20 一可逆热机，从227 ℃的热源吸热，并向127 ℃和77 ℃的两热源分别放热。已知其热效率为26%及向77 ℃的热源放热的热量为420 kJ，试求该热机的循环净功。
提示：热机循环热效率ηt?W0'；由可逆热机，W0?Q1?Q2?Q2Q1iso及高低温热源组成的孤立系统，?S?0，热源熵变ΔS?Q；W0=ηt T
Q1。
答案：W0=260.6 kJ。
5-21 设有两个可逆循环1-2-3-1及1-3-4-1。如图5-13所示，1-2及3-4为定熵过程，2-3及4-1为定温过程，1-3则为T与s成线性关系的过程。试求两循环的循环净功的关系以及循环热效率间的关系。
提示：循环净功的大小可用循环曲线所包围的面积来表示；循环热效率
ηt?W0，过程吸热量的大小可用过程线下面的面积来表示。 Q1答案：W0,1-2-3-1=W0,1-3-4-1，ηt,1-2-3-1<ηt,1-2-4-1。
图5-13
5-22 设有质量相同的某种物质两块，两者的温度分别为TA、TB。现使两者相接触而温度变为相同，试求两者熵的总和的变化。
提示： QB=-QA，Q?mcp?T；过程中物质压力(比体积)不变，A、B两物质熵变：
?S??SA??SB，
?TA?TBTA?TB答案：ΔS=?S?mcp?ln?ln?2TA2TB?
5-23 有两个容器。容器A的容积为3 m，内有压力为0.8 MPa、温度为17 ℃的空气。容器B的容积为1 m，内为真空。设把两容器连通，让A内空气流入B。当两容器内压力相同时，又把两者分开。若整个过
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