热工基础第一次作业
三、主观题(共9道小题)
54.
参考答案：
55.如图所示，b、c两状态点在同一条等温线上，试判断：△u ab与△u ac谁大？△s ab与△s ac谁大？
参考答案：答：△u ab=△u ac；△s ab＜△s ac
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？
参考答案：
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。
参考答案：
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200kPa，温度为2 0℃，比焓为84kJ/kg，质量流量为100kg/min；水蒸汽流入的压力为200kPa，温度为300℃，比焓为3072kJ/kg，混合物流出的压力为200kPa，温度为100℃，比焓为419kJ/kg。
问每分钟需要多少水蒸汽。
参考答案：
解：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=6.0×105 Pa，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)，c p=0.523 kJ/(kg·K)，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。
参考答案：
解：由题意：△U = 0 →T2 = T1 = 600 K
由理想气体气体状态方程，有：
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）？
参考答案：
解：∵定压过程总加热量为：q =c p△T
其中用来改变热力学能的部分为：△u= c V△T
而c p = c V+R g
∴定压过程用来作功的部分为：w =R g△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418.68kJ，吸热83.736kJ，求：气体的c p和c V。
参考答案：
解：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/(k g·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）
参考答案：
解：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
c p = c V = c
由闭口系能量方程：
三、主观题(共9道小题)
(主观题请按照题目，离线完成，完成后纸质上交学习中心，记录成绩。
在线只需提交客观题答案。
)
54.
55.
如图所示，b、c两状态点在同一条等温线上，试判断：△u ab与△u ac谁大？△s ab与△s ac谁大？
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。
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200kPa，温度为2 0℃，比焓为84kJ/kg，质量流量为100kg/min；水蒸汽流入的压力为200kPa，温度为300℃，比焓为3072kJ/kg，混合物流出的压力为200kPa，温度为100℃，比焓为419kJ/kg。
问每分钟需要多少水蒸汽。
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=6.0×105 Pa，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)，c p=0.523 kJ/(kg·K)，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。
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）？
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418.68kJ，吸热83.736kJ，求：气体的c p和c V。
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/(k g·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）。