第五章.热力循环-热力学第二定律及其应用

习题选解

4-1某封闭体系经历一可逆过程，体系所作的功和排出的热量分别为15kj和5kj。试问体系的熵变，

A,是正  B，是负 C，可正可负

解： ∵    (放热)   （可逆）

       即B是负

4-2某封闭体系经历一不可逆过程。体系所作的功为15kj,排除的热量为5kj,试问体系的熵变。

A,是正  B，是负 C，可正可负

      解：∵由封闭体系的熵平衡式：

       d    or  

      不可逆过程也能够体系的熵变大于传热引起的熵流d=,熵流d可正可负可空，此处体系与外界传递热量为负，∴d,

   又∵过程为不可怒过程

即

由式可见  若只要< 上式成立

    -=

若<0,上式亦成立，若=0，上式亦能成立。

∴可正，可负，可空依题意只能选C

4-6某理想气体经一节流装置（锐孔），压力从1.96MPa绝热才膨胀至0.09807MPa,求此过程产生的熵，此过程是否可逆？

解：∵理想气体节流膨胀∴温度不变（即节流后温度相同）

∴

∵过程绝热  ∴（熵流为空）

由

 ∴>0

∴该过程不可逆。

lgT=

由Dh=

dH=0

∴   or   

∴U=0

4-7 设有一股温度为90℃、流量为20kg的热水与另一股温度为50℃、流量为30Kg的温水绝热混合。试求此过程产生的熵。此绝热混合过程是否可逆？  

解：设水的比热容为常数C,温度改变为T，（ ）

∵过程绝热性质    ： 

=

∵过程绝热 Q=0  所以=0

∴=

∴>0

∴过程不可逆

4-8试在T-S图上之初气体、蒸气、液体和汽液共存四个区的位置，并示意表达下述过程:

  (1)气体等压冷却、冷凝成过冷液体；

  (2)气体绝热可逆膨胀与绝热不可逆膨胀过程；

  (3)饱和蒸气绝热可逆压缩与绝热不可逆压缩过程；

  (4)饱和液体等焓膨胀与可逆绝热膨胀过程

解：在T-S图中

A-C-B为饱和线   C –临界点

A-C饱和液体线 

C-B饱和蒸汽线

AC线之左 临界点C以下位为过冷液体区

CB线之右 连接点C以下位为过热蒸汽区

C点之上区域为气体区

(1)1-2-3-4为冷压冷却、冷凝过程

  其中1-2’过气体冷却区过热蒸汽，2’-2过热蒸汽冷却为饱和蒸汽

  2-3为饱和蒸汽冷凝区饱和液体。3处温度为液体的沸点

  3-4为饱和液体冷却区过冷液体。

(2)1-5为气体绝热可逆膨胀过程（等熵）。温度降低      

                                                但可逆过程温度更低。∵体系做最

                                                功。温度降得更低些。（终压相同）

  1-6为气体绝热不可逆膨胀过程     温度亦降低  

(3)7-8为饱和蒸汽绝热可逆压缩（等熵），温度升高    

                                                  不可逆温度升的更高（终压相同）（功更多的转化为热）

 7-9为饱和蒸汽绝热不可逆压缩(非等熵)，温度升高

(4)10-12为饱和液体绝热可逆膨胀过程（等熵）

  10-13为饱和液体等焓膨胀（沿等焓线）