有两个刚性绝热容器通过阀门可以连通(如图4-13所示)。已知:VA=3m3 pA1=0.8M
问题详情
有两个刚性绝热容器通过阀门可以连通(如图4-13所示)。已知:VA=3m3,pA1=0.8MPa,TA1=17℃,VB=1m3 ,pB1=0。现将阀门打开使空气从A流向B,当两容器压力相等时即将阀门关闭,试计算过程中空气熵的变化及熵产。
参考答案
连通前容器A中的质量:
m=pA1VA/(RTA1)=800×3/(0.2871×290)=28.83kg
根据能量方程(以整体为研究对象)
△E=(△E)Q+(△E)W+(△E)M
按题意有: (△E)Q=0;(△E)W=0;(△E)M=0;
ΔEK=ΔEp=0,△E=ΔU=0
因此有: mcvTA1=mAcvTA2+mBcvTB2
等号左右乘以R/cv,并根据理想气体状态方程可得出:
pA1VA=p2(VA+VB)
p2=VApA1/(VA+VB)=(3/4)pA1=0.6MPa
在连通过程中,容器A的剩余气体经历了一个可逆绝热(定熵)过程,因此有:
TA2=TA1(p2/pA1)(k-1)k=290(0.6/0.8)0.4/1.4=267.1K
mA=p2VA/RTA2=600×3/(0.2871×267.1)=23.47kg
mB=m-mA=28.83-23.47=5.36kg
TB2=p2VB/(mBR)=600×1/(0.2871×5.36)=390 K
对整体(A+B)写出熵方程
△S=(△S)Q+(△S)W+(△S)M+SPin
按题意有:(△S)Q=0;(△S)W=0;(△S)M=0,因此有:
SPin=ΔS=mA[cpln(TA2/TA1)-Rln(pA2/pA1)]+mB[Cpln(TB2/TA1)-Rln(pB2/pA1)]
=5.36[1.004ln(390/290)-0.2871ln(0.6/0.8)]
=5.36×0.38=2.04kJ/K