循环，把环境介质(水、空气、土壤)中贮存的不能直接利用的低位能量转换为可以利用的高位能。 影响制冷系数的主要因素：降低制冷剂的冷凝温度(即热源温度)和提高蒸发温度（冷源温度），都可使制冷系数增高。 2．常用公式
制冷系数：
R?R08314?＝288J/(kg?K) M28.86容积成分
ro2?go2M/Mo2＝20.9％ rN2?
1－20.9％＝79.1％
?1?收获q2?消耗w01T2?1T1 标准状态下的比容和密度
空气压缩式制冷系数
??v?M28.86?＝1.288 kg /m22.422.43
?1??1?p2????p1???1?
1?1?＝0.776 m/kg
3
2—18（1）天然气在标准状态下的密度；（2）各组成气体在标准状态下的分压力。 解：（1）密度
或
T?1?1T2?T1
M??rMii?(97?16?0.6?30?0.18?44?0.18?58?0.2?44?1.83?28)/100
＝16.48
卡诺循环的制冷系数：
?1,cT1 ?T3?T1?0?M16.48??0.736kg/m3 22.422.4习题答案
2-5当外界为标准状态时，一鼓风机每小时可送300 m的空气，如外界的温度增高到27℃，大气压降低到99.3kPa，而鼓风机每小时的送风量仍为300 m，问鼓风机送风量的质量改变多少？ 解：同上题
3
3
（2）各组成气体在标准状态下分压力 因为：
pi?rip
pCH4?97%*101.325?98.285kPa
3－8 容积由隔板分成两部分，左边盛有压力为600kPa，温度为27℃的空气，右边为真空，容积为左边5倍。将隔板抽出后，空气迅速膨胀充满整个容器。试求容器内最终压力和温度。设膨胀是在绝热下进行的。
解：热力系：左边的空气 系统：整个容器为闭口系统 过程特征：绝热，自由膨胀 根据闭口系统能量方程
vp2p130099.3101.325m?m1?m2?(?)?(?)?1000RT2T1287300273＝41.97kg
2－14 如果忽略空气中的稀有气体，则可以认为其质量成分为go2?23.2%，gN2?76.8%。试
求空气的折合分子量、气体常数、容积成分及在标准状态下的比容和密度。 解：折合分子量
Q??U?W绝热Q
M?11?＝28.86 gi0.2320.768??M3228i?0
自由膨胀W＝0 因此ΔU=0
气体常数
11
对空气可以看作理想气体，其内能是温度的单值函数，得
（1）风机入口为0℃则出口为
mcv(T2?T1)?0?T2?T1?300K
根据理想气体状态方程
??T?Q??T?mCpQ1000??3?mCp0.56?1.006?10p2?RT2p1V11??p1＝100kPa V2V261.78℃
t2?t1??t?1.78℃
空气在加热器中的吸热量
3-9 一个储气罐从压缩空气总管充气，总管内压缩空气参数恒定，为500 kPa，25℃。充气开始时，罐内空气参数为100 kPa，25℃。求充气终了时罐内空气的温度。设充气过程是在绝热条件下进行的。 解：开口系统 特征：绝热充气过程 工质：空气（理想气体）
根据开口系统能量方程，忽略动能和未能，同时没有轴功，没有热量传递。
?Cp?T?0.56?1.006?(250?1.78)Q?m＝138.84kW
(3)若加热有阻力，结果1仍正确；但在加热器中的吸热量减少。加热器中
Q?h2?h1?u2?P2v2?(u1?P1v1)，
p2减小故吸热减小。 3－17
解：等容过程
0?m2h2?m0h0?dE
没有流出工质m2=0 dE=dU=(mu)cv2-(mu)cv1
终态工质为流入的工质和原有工质和m0= mcv2-mcv1 mcv2 ucv2- mcv1ucv1=m0h0 h0=cpT0 ucv2=cvT2 ucv1=cvT1 mcv1=mcv2
(1)
k?cpcp?R?1.4
RT2?RT1p2v?p1v?k?1k?1Q?mcv?T?m＝37.5kJ 3-18
解：定压过程
p1V RT1p2V = RT2 T1=
p1V2068.4?103?0.03?=216.2K mR1?287代入上式(1)整理得
T2=432.4K
T2?kT1T2T1?(kT0?T1)p1p2=398.3K
内能变化：
?U?mcv?t?1?(1.01?0.287)?216.2＝156.3kJ
3－10
供暖用风机连同加热器，把温度为
t1?0℃的冷空气加热到温度为t2?250℃，然后
送入建筑物的风道内，送风量为0.56kg/s，风机轴上的输入功率为1kW，设整个装置与外界绝热。试计算：（1）风机出口处空气温度；（2）空气在加热器中的吸热量；（3）若加热器中有阻力，空气通过它时产生不可逆的摩擦扰动并带来压力降，以上计算结果是否正确？
解：开口稳态稳流系统
焓变化：
?H?k?U?1.4?156.3?218.8 kJ
功量交换：
V2?2V1?0.06m3
12
4－2
有1kg空气、初始状态为
W??pdV?p(V2?V1)?2068.4?0.03＝
62.05kJ
热量交换：
p1?0.5MPa，t1?150℃，进行下列过程：
（1）可逆绝热膨胀到
p2?0.1MPa； p2?0.1MPa，
（2）不可逆绝热膨胀到
Q??U?W?156.3?62.05=218.35 kJ
4-1 1kg空气在可逆多变过程中吸热40kJ，其容积增大为v2T2?300K；
（3）可逆等温膨胀到（4）可逆多变膨胀到数np2?0.1MPa； p2?0.1MPa，多变指
?10v1，压力降低为p2?p1/8，设比热
?2；
p?v图和T?s图
为定值，求过程中内能的变化、膨胀功、轴功以及焓和熵的变化。
解：热力系是1kg空气 过程特征：多变过程
试求上述各过程中的膨胀功及熵的变化，并将各过程的相对位置画在同一张上
解：热力系1kg空气 膨胀功：
n?ln(p2/p1)ln(1/8)?＝0.9
ln(v1/v2)ln(1/10)因为
q?cn?T
内能变化为
RT1p2w?[1?()k?1p1熵变为0 （2）w?k?1k]＝111.9×10J
3
5R＝717.5J/(kg?K) 277cp?R?cv＝1004.5J/(kg?K)
25n?k?5cv?＝cn? cvn?1cv?3587.5J??u?cv(T1?T2)＝88.3×10J
3
?s?cpln116.8JT2p2?Rln＝T1p1/(kg?K)
3
/(kg?K)
?u?cv?T?qcv/cn＝8×10J
膨胀功：w?轴功：ws（3）w?RT1lnp1＝195.4×p2q??u＝32 ×10J
3
10
3
J/(kg?K)
?nw?28.8 ×10J
3
焓变：?h?cp?T10J 熵变：?s3
?k?u＝1.4×8＝11.2 ×
?s?Rlnp1＝0.462×10J/(kg?K) p23
?cplnv2p2?cvln＝0.82×v1p1RT1p2（4）w?[1?()n?1p1p2T2?T1()p113
n?1nn?1n]＝67.1×10J
3
10
3
J/(kg?K)
＝189.2K
4－15
实验室需要压力为6MPa的压缩空气，应
T2p2＝－?s?cpln?RlnT1p1346.4J4－14
采用一级压缩还是二级压缩？若采用二级压缩，最佳中间压力应等于多少？设大气压力为0.1，大气温度为20，压缩过程多变指数n=1.25，采用中间冷却器能将压缩气体冷却到初温。试计算压缩终了空气的温度。
解：压缩比为60，故应采用二级压缩。 中间压力：
/(kg?K)
某工厂生产上需要每小时供应压力为
0.6MPa的压缩空气600kg；设空气所初始温度为20℃，压力为0.1MPa。求压气机需要的最小理论功率和最大理论功率。若按n＝1.22的多变过程压缩，需要的理论功率为多少？
解：最小功率是定温过程 m=600/3600=1/6 kg/s
p2?p1p3?0.775MPa
n?1n
p3T3?T2()p2=441K
p1Ws?mRT1ln?＝－25.1 KW
p2最大功率是定熵过程
4-16 有一离心式压气机，每分钟吸入p1＝
0.1MPa，t1=16℃的空气400 m3，排出时p2＝0.5MPa，t2=75℃。设过程可逆，试求： (1)此压气机所需功率为多少千瓦？ (2)该压气机每分钟放出的热量为多少千焦？
W1s?mkRT1p2[1?()k?1p1k?1k]?－32.8 KW
解：（1）
多变过程的功率
nRT1p2W1s?m[1?()n?1p1
n?1n]?－29.6 KW
14
15