参考答案

先进行参数分析，确定稳定气源及充气终了的蒸汽状态。
根据p_i=0.5MPa，T_i=300℃＞151.867℃=T_s，由附表12可查得
v_i=0.52255 m³/kg，h_i=3063.6kJ/kg，s_i=7.4588kJ/(kg·K)
根据p₂=0.5MPa，T₂=280℃＞151.867℃=T_s，由附表12可查得
v₂=0.50336m³/kg，h₂=3022.2kJ/kg，s₂=7.3853kJ/(kg·K)
u₂=h₂-p₂v₂=3022.2-500×0.50336=2770.5kJ/kg
充气量为 m_i=m₂=V/v₂=10/0.50336=19.87kg
再用能量方程来计算功量，根据ΔE=(△E)_Q+(ΔE)_W+(ΔE)_M
按题意有(ΔE)_Q=0，m_i=0，m₂=m_i，因此有
W_s=m₂(h_i-u₂)=19.87(3063.6-2770.5)=5823.5kJ
上述过程是否可能，终温是否正确，尚需用熵方程加以证明。根据熵方程
ΔS=(ΔS)_Q+(ΔS)_W+(ΔS)_M+S_Pin
按题意有(ΔS)_Q=0，(ΔS)_W=0，m₁=0，m₂=m_i，因此有
S_Pin=m₂(s₂-s_i)=19.87(7.3853-7.4588)=-1.4604＜0
验证结果表明上述过程是不可能的，并说明终温低于T_i(会导致s₂小于s_i)也是不可能的。
请读者证明在完全可逆的条件下，T₂=T_i，输出的功量最大；当T₂＞T_i时，过程不可逆，输出的功量减少；T₂＜T_i是不可能的。