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第五章 热力学第二定律习题


《工程热力学》第四次小测验

(热力学第二定律部分)试卷 A
专业班级姓名学号成绩 一. 是非题 1. 一切熵增过程全是自发的。 () 2. 由于火车紧急刹车,使动能全部变为热能,因而从理论上说,动能的可用能全部损失了 () 3. 对于可逆循环∮dS=0,对于不可逆循环∮dS>0。 () 4.定容加热过程 1-2,定压放热过程 2-3 和定熵过

程 3-1 构成的循环 1-2-3-1 中,系统与外界 换热量为 q(1-2-3) ;定压放热过程 1-4,定容加热过程 4-3 和定熵过程 3-1 构成的循环 1-4-3 中, 系统与外界换热量为 q (1-4-3) ,若比较二者绝对值的大小, 则必然有 q (1-2-3) >q (1-4-3) 。 () 5. 卡诺循环的热效率只与冷热源的温度差值有关。 () 6. 任何不可逆过程中工质的熵总是增加的,而可逆过程中工质的熵总是不变的。 () 7. 孤立系统熵增原理表明:孤立系统内各部分的熵全是增加的。 () 8. 系统的熵增加时,其作功能力一定下降。 () 二. 填空题 1. 一绝热容器 A 中充有空气,温度和压力分别为 T 和 P。B 为真空,隔板抽出后,气体的 内能() ,熵将() 。 2. 可逆过程熵变的定义式为() 。 3. 熵增原理适用于()系统,其内容是() 。 4. 循环热效率公式η =1-Q2/Q1 适用于()循环;公式η =1-T2/T1 适用于()循环。 5. 自然界中一切自发过程均将引起孤立系统()一切非自发过程均将引起孤立系统() ,而 一切非自发过程只有在()伴随下才能实现,以使整个孤立系统的()为正值。 6. 卡诺循环是由两个等温过程和两绝热过程构成的可逆循环,如果两个可逆循环的冷热源 温度相等,则两个可逆循环的热效率均等于相应的卡诺循环热效率,其根据是() 。 三. 选择题 1. 热机从热源取热 1000kJ,对外作功 1000kJ,其结果是() A.违反热力学第一定律; B.违反热力学第二定律; C. .违反热力学第一、第二定律 D.不违反热力学第一及第二定律 2. 从同一初态出发的两个过程,一为可逆过程,一为不可逆过程。若两过程中工质的温度 不变,工质得到相同的热量,则可逆与不可逆过程终态熵值之间的关系为() A.S=S’ B.S>S’ C.S<S’ D.无法判断 3.卡诺定理表明:所有工作于同温热源与同温冷源之间的一切热机的热效率() A. 都相等,与所用工质无关; B.不相等,以可逆热机的热效率为最高 C. 均相等,仅仅取决于热源和冷源的温度; D. 不相等,与所采用的工质有关系 4.孤立系统中,进行可逆过程的结果是()

A. 总熵不变 B. 总熵不变或增加 C. 各组成物体的熵不变 D. 各组成物体的熵不变或增加 5.闭口系统经历一可逆过程,向外作功 15kJ,内能增加 15kJ,这时该系统熵的变化量是() A. 正值; B. 负值; C. 0; D. 正,负或 0 四. 简答题 1. 在不可逆绝热稳定流动过程中,产生轴功 20kJ,问此时流体熵的变化是正、是负,还 是可正可负?系统熵的变化是正、是负,还是零? 2. 闭口系统经历一过程,其熵变化为 25kJ/K,从 300K 热源吸热 6000kJ,此过程是可逆、 不可逆、不可能? 3. 孤立系统熵增原理 五. 计算题 1. 有一可逆热机,自高温热源 T1 吸热,向量低温热源 T2 和 T3 放热,如图所示。 已知 T1=727℃,T3=127℃,Q1=1000kJ,Q2=300kJ,W=500kJ, 试求:1)Q3; 2)可逆热机热效率 3)T2 4) 三热源和热机熵变 5)在 T-S 图上表示热机循环

T1 Q1 W0 Q2 T2 Q3 T3

2. 空气压缩前, 状态 P1=1bar, t1=27℃, V1=0.005m3, 经过 n=1.3 的过程, 压缩到 V2=0.001m3, 假定环境温度为 27℃,求压缩过程中空气及环境总的熵变化量。 (空气 Cp=1.004kJ/kgK, R=0.287kJ/kgK) 3.1kg 空气温度为 20℃,压力为 1Mpa,向真空作绝热自由膨胀,容积增加了 4 倍,求膨胀 后的温度,压力和熵的变化(空气按定比热理想气体处理。气体常数 R=0.287kJ/kgK)

第四次小测验 试卷 A 一、是非题 1.× 2.× 3.× 4.× 5.× 6.× 7.× 8.× 二、填空题 1.不变;增加 2. ds ? (

?q
T

) rev

3.绝热闭口系统或孤立;绝热闭口系统或孤立系统的熵只能增加(不可逆过程)或保持不变 (可逆过程) ,而绝不能减少。任何实际过程都是不可逆过程,只能沿着使孤立系统熵增加 的方向进行。 4.任何;卡诺 5.熵增加;能量变化;自发过程;熵变化量 6.卡诺定理 三、选择题 1.B 2.C 3.B 4.A 5.A 四、简答题 1. 开口系统熵方程为 dSc,v ? dSf ? dSg ? sin? min ? sout? mout 对于稳定流动过程: ? min ? ? mout ? ? m , dSc,v ? 0

? 系统熵的变化为零。即 0 ? dSf ? dSg ? ? m(sin ? sout )
若以 ? ? 时间内 mkg 流动工质为对象,则

S2 ? S1 ? ?

?Q
T

? ?Sg

由于为绝热过程

? S2 ? S1 ? ?Sg
由于为不可逆过程,因此 ?Sg ? 0

? S2 ? S1 ? 0 ,即流体熵的变化为正值。
2.由闭口系统熵方程: ?Ssys ? Sf ? Sg 而 Sf ?

Q 6000 ? ? 20kJ/K T 300

? Sg ? ?Ssys ? Sf ? 25 ? 20 ? 5kJ/kg>0
因此,此过程为不可逆过程。 2. 绝热闭口系统或孤立系统的熵只能增加(不可逆过程)或保持不变(可逆过程) ,而绝

不能减少。任何实际过程都是不可逆过程,只能沿着使孤立系统熵增加的方向进行。这 就是孤立系统的熵增原理。 五、计算题 1.解:由 Q2 ? Q3 ? W ? Q1 ?Q3 ? Q1 ? Q2 ? W ? 1000 ? 300 ? 500 ? 200kJ 可逆热机热效率?t ?

W 500 ? ? 50% Q1 1000

对于由可逆热机、 高温热源 T1 、 低温热源 T2 、T3 组成的孤立系统的可逆过程:?iso ? 0 即:

?S1 ? ?S2 ? ?S3 ? ?S热机 ? 0 ,由于是可逆热机,因此 ?S热机 ? 0
而 ?S1 ?

Q 200 ?Q1 ?1000 Q ? ? ?1kJ/K ; ?S3 ? 3 ? ? 0.5kJ/K ; ?S2 ? 2 T1 1000 T3 400 T2 Q 300 1000 ? 0 ?T2 ? 600K , ?S2 ? 2 ? ? 0.5kJ/K T2 600 T2

??1 ? 0.5 ?

T /K
T1 Q1 W0 Q2 T2 Q3 T3

T1 ? 1000K T2 ? 600K T3 ? 400K S / kJ/K

2.解:由 pV ? mRT ? m ?

pV 1?105 ? 0.005 ? ? 0.0058kg RT 287 ? 300



T2 V V 0.005 (1.3?1) ? ( 1 )n-1 ?T2 ? T1 ( 1 )n-1 ? (27 ? 273) ? ( ) ? 486K V2 0.001 T1 V2 p1 V V 0.005 1.3 ? ( 2 )n ? p2 ? p1 ( 1 )n ? 1?105 ? ( ) ? 8.1bar V2 0.001 p2 V1 T2 p 486 8.1 ? R ln 2 ) ? 0.0058 ? (1.004 ? ln ? 0.287 ? ln ) ? ?6.73 ?10?4 kJ/K T1 p1 300 1
空 气 过 程 中



?Sair ? m?sair ? m(Cp ln
压 缩

Q放 ? mq ? m

n?k 1.3 ? 1.4 ? Cv (T2 ? T1 ) ? 0.0058 ? ? (1.004 ? 0.287) ? (486 ? 300) ? ?0.2578kJ n ?1 1.3 ? 1

环境的吸热量 Q吸 ? ?Q放 ? 0.2578kJ

??Ssur ?

Q吸 0.2578 ? ? 8.59 ?10?4 kJ/K Tsur 27 ? 273

??S ? ?Sair ? ?Ssur ? ?6.73?10?4 ? 8.59 ?10?4 ? 1.86 ?10?4 kJ/K
3.解:由闭口系统能量方程 Q ? ?U ? W 由于是绝热自由膨胀,?Q ? 0 W ? 0 ??U ? 0 而空气可作为理想气体处理,因此 Cv (T2 ? T1 ) ? 0 即 T2 ? T1 ? 20 ? 273 ? 293K 由 p1v1 ? p2v2 得:

p2 ?

v1 v1 p 1 p1 ? p1 ? 1 ? ?1 ? 0.2MPa v2 4v1 ? v1 5 5 v2 ? 1? 0.287 ? ln 5 ? 0.462kJ/K v1

??S ? m?s ? mR ln


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