哈工大工程熱力學習題答案——楊玉順版-文庫吧資料
2025-06-24 21:02本頁面
【正文】 可以將該換熱設備取作一孤立系，如圖419所示。求該換熱設備損失的可用能（已知大氣溫度為 20 ℃）。根據(jù)式（436）可知輸送過程中的不可逆損失等于管道兩端的火用差（火用降）： 也可以根據(jù)式（437）由孤立系的熵增與大氣溫度的乘積來計算此不可逆火用損。也可以用孤立系熵增與大氣溫度乘積求出，即用來計算，本例題中給出兩種計算方法。[編題意圖] 檢測和練習流動工質(zhì)可用能損失的概念和計算方法。由于管道、閥門的阻力和散熱，到車間時壓力降為 MPa，溫度降為 298 K?？捎媚懿豢赡鎿p失是真正的損失，而在本例中的功損不完全是最終的損失，其中還有部分可用能。功損可以表示為，而可用能不可逆損失可以表示為。功損來自摩擦生成的熱產(chǎn)，可用能的不可逆損失來自物體的內(nèi)摩擦和物體間的不等溫傳熱，即便它們都是來自摩擦，二者的數(shù)值也不完全相等。這一差值也就是 500 kg、60 ℃的水（對 20 ℃的環(huán)境而言）的可用能。整個系統(tǒng)（孤立系）的熵增為 可用能損失如圖中面積13451所示，即 ，可用能的損失小于功損。[解題思路] 功損是摩擦造成的，它轉(zhuǎn)化為熱產(chǎn)，可由溫差乘以比熱求得，而可用能的損失是由孤立系的熵增亦即熵產(chǎn)造成的，它可以環(huán)境溫度乘以孤立系熵增（熵產(chǎn)）求得。K)。不考慮散熱損失。該開口系與外界無熱量交換（熱交換發(fā)生在開口系內(nèi)部），其內(nèi)部傳熱和流動阻力造成的熵產(chǎn)可根據(jù)式（418）計算： [討論] 從略例33 將 500 kg溫度為 20 ℃的水用電熱器加熱到 60 ℃。[求解步驟](1) 換熱設備中進行的是不作技術功的穩(wěn)定流動過程。重點是檢測和練習冷熱流體間壁式（非混合）不等溫傳熱和流動阻力造成的熵產(chǎn)的分析計算能力。K）。K）；水的比定壓熱容cp162。 不考慮散熱損失；空氣和水都按定比熱容計算。例32 某換熱設備由熱空氣加熱涼水（圖45），已知空氣流參數(shù)為：圖 45，水流的參數(shù)為，每小時需供應2 t熱水。熵是狀態(tài)參數(shù)，它的變化只與始末狀態(tài)有關，而與經(jīng)歷的先電加熱再混合的具體過程無關。因此，根據(jù)總共 60 kg水由最初的 20 ℃變?yōu)樽詈蟮?0℃所引起的熵增，也可計算出總的熵產(chǎn)：[討論] 本例題中還給出了一種更為簡便的計算總熵產(chǎn)的方法。[求解步驟]設混合后的溫度為t，則可寫出下列能量方程：即 從而解得 t = 40 ℃ （T = K）電加熱過程引起的熵產(chǎn)為 = kJ / K 混合過程造成的熵產(chǎn)為 總的熵產(chǎn) 由于本例中無熵流（將使用電熱器加熱水看作水內(nèi)部摩擦生熱），根據(jù)式（412）可知，熵產(chǎn)應等于熱力系的熵增。要求涼水與熱水混合造成的熵產(chǎn)，必須先求出20kg80℃的水放熱的熵減與20℃的涼水吸熱的熵增，這種內(nèi)熱流造成的熵產(chǎn)也是個逐漸積累的過程，也需積分求得。[編題意圖] 實際過程中熵產(chǎn)的計算是本章的重點和難點之一，本題的目的在于檢測和練習電熱器加熱造成的熵產(chǎn)和不等溫水混合過程中的熵產(chǎn)的分析計算。水的比定壓熱容為 kJ/（kg過 程q /（kJ/kg）wt /（kJ/kg）Dh /（kJ/kg）1201823034011424102094[答案]： 過程 1－2 Wt ＝ －18kJ/kg 過程 2－3 q = 3218 kJ/kg ΔH = 3218 kJ/kg 過程 3－4 Wt ＝ 1142kJ/kg 過程 4－1 q = － 2049 kJ/kg第三章 熱力學第二定律例 題例31 先用電熱器使 20 kg、溫度t0=20 ℃的涼水加熱到t1=80 ℃，然后再與40 kg、溫度為 20 ℃的涼水混合。[解] ： 根據(jù)能量平衡 故有 Q吸+Wt，壓縮=Q放+Wt，膨脹所以 Wt，膨脹=Q吸+Wt，壓縮―Q放 =1800+7001080=1420J210 某蒸汽循環(huán)12341，各過程中的熱量、技術功及焓的變化有的已知（如下表中所列數(shù)值），有的未知（表中空白)。29 有一熱機循環(huán)，在吸熱過程中工質(zhì)從外界獲得熱量 1 800 J，在放熱過程中向外界放出熱量 1 080 J，在壓縮過程中外界消耗功 700 J。試求每小時通過排氣及水箱散出的總熱量。28 一汽車以 45 km/h 的速度行駛，每小時耗油 m3。 如果考慮到汽輪機每小時散失熱量 kJ，進口流速為 70 m/s，出口流速為 120 m/s，進口比出口高 m，那么汽輪機的功率又是多少？[解] ：1）不考慮汽輪機散熱以及進出口氣流的動能差和位能差時，如右下圖因為 , , 根據(jù)開口系穩(wěn)定流動的能量方程，(211)式，汽輪機對外作的功等于蒸汽經(jīng)過汽輪機后的焓降：汽輪機功率 2）考慮汽輪機散熱以及進出口氣流的動能和位能差時，每kg蒸汽的散熱量 根據(jù)(211)式有： 蒸汽作功 功率 各種損失及所占比例：汽輪機散熱損失： 占 蒸汽的進出動能差：
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