工程热力学课后答案--华自强张忠进高青(第四版)第5章.pdf

第五章热力学第二定律
5-1 蒸汽机中所用新蒸汽的温度为227 ℃,排出乏汽的温度
为100 ℃,如按卡诺循环计算,试求其热效率。
解 T2 373
ηt =1−=1−=
T1 500

5-2 海水表面温度为10 ℃,而深处的温度为4 ℃。若设计一
热机利用海水的表面和深处作为高温热源及低温热源并按卡诺循
环工作,试求该热机的热效率。
解 T2 277
ηt =1−=1−=
T1 283

5-3 一卡诺热机的热效率为40%,若它从高温热源吸热4
000 kJ/h,而向25 ℃的低温热源放热,试求高温热源的温度及热
机的功率。
解 T2 298
T1 = = = 497 K
1−ηt 1−
P = Q&1ηt = 4000 × =1600 kJ/h= kW

5-4 某内燃机每作出1 g。已知每
千克汽油燃烧时可放出41 868 kJ的热量,试求该内燃机的实际热
效率。
W W
解 0 0 1× 3600
ηt = = = = = %
Q1 GQp × 41868

5-5 有报告宣称某热机自160 ℃的热源吸热,向5 ℃的低温
环境放热,而在吸热1 000 kJ/ kW。试分析该
报告的正确性。
解在给定温度范围内的卡诺效率为:
T 278
η=1− 2 = 1−= = %
T1 433
而报告所提到的热机的热效率为:
W0 × 3600
ηt = = = = %
Q1 1000
该热机的热效率大于卡诺效率,这是不可能。

5-6 有A、B两个卡诺热机,A从温度为700 ℃的热源吸热,
向温度为t的热源放热。B则从温度为t的热源取得A排出的热量并
向温度为100℃的热源放热。试求:当两热机的循环净功相同,或
者两热机的热效率相的时,温度t的数值。
解(1)
循环净功相同
W0 = W0′
⎛ T ⎞⎛ T ⎞
⎜⎟′ 2
Q1⎜1−⎟= Q1⎜1−⎟
⎝ T1 ⎠⎝ T ⎠
Q ⎛ T ⎞ T
1 2
⎜1−⎟= 1−
Q2 ⎝ T1 ⎠ T
T ⎛ T ⎞ T
1 2
⎜1−⎟= 1−
T ⎝ T1 ⎠ T
T + T 973 + 373
可得 T = 1 2 = = 373 K
2 2
T T
(2)循环热效率相同, η=1−=η′= 1− 2
T1 T
可得
T = T1 ⋅T2 = 973×373 = K

5-7 以氮气作为工质进行一个卡诺循环,其高温热源的温度
为1 000 K、低温热源的温度为300 K;在定温压缩过程中,氮气
MPa, MPa。试计算该循环的循环净功及
vmax/vmin、pmax/pmin的值。
解







已知 T1=1000 K,T2=300 K,Pc= MPa,Pd= MPa
(1)循环的功
w0 = q1 − q2 = (T1 −T2 )∆s = (T1 −T2 )(sc − sd )
⎛ p ⎞
= ⎜ c ⎟
()T1 − T2 ⎜− Rg ln ⎟
⎝ pd ⎠
⎛ ⎞
= ()1000 − 300 ⎜− ⎟=700× = 288 kJ/kg
⎝ ⎠
(2)最大容积与最小容积之比:
1
V v v v p ⎛ p ⎞ k
max c c d d a
= = ⋅= ⎜⎟
Vmin va vd va pc ⎝ pd ⎠
1 1
⎛ T ⎞ k−1 1000
= a ⎛⎞
⎜⎟= 4⎜⎟=
⎝ Td ⎠⎝ 300 ⎠
(3)最高压力与最低压力之比:
k
p p p p ⎛ T ⎞ k−1 p 1000
max a a d a d ⎛⎞
= = ⋅= ⎜⎟= ⎜⎟= 270
pmin pc pd pc ⎝ Td ⎠ pc ⎝ 300 ⎠

5-8 有一台可逆热机,工质为理想气体,其工作循环由三个
过程,即定容加热过程1-2、绝热膨胀过程2-3及定压放热过程3-1
组成。试证明该循环的热效率为