工程热力学课后作业答案第五版

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1、2-2.已知N,的M=28,求（1） N3的气体常数:（2 ）标准状态下N?的比容和密度；（3）p = O.IMPa , t = 500 °C时的摩尔容积Mv。解：（1） N,的气体常数M8314= 296.9 J/(kg K)（2）标准状态下Nr的比容和密度RT=2969X273 =0.8 m3/kgP101325p = =1.25 kg / m3V(3) p = O.IMPa , t = 500 *C时的摩尔容积MvMv =64.27 m3 /kinolP2-3.把CO?压送到容积3m的储气罐里，起始表压力pgl = 30 kPa.终了表圧力= 0.3Mpa, 温度由tl=45-

2、C增加到t2=70°Co试求被床入的CO?的质量。当地大气= 101.325 kPa0 解：热力系：储气罐。应用理想气体状态方程。斥送前储气罐中CO?的质量,_ plvl1111 =RT1圧送后储气罐中co?的质量 述=輕RT2根据题意容积体积不变：R = 188.9pl = p61 + B(1)p2 = pg2 + B(2)Tl = tl + 273(3)T2 = t2 + 273(4)压入的CO?的质最m = nil -1«2 = ( - )(5 )R T2 T1将(1)、(2)、(3)、(4)代入(5)式得 m=l 2.02ke 2-5当外界为标准状态时，一鼓风机每小

3、时可送300 nF的空气，如外界的温度增高到27C, 大气压降低到99.3kPa,而鼓风机每小时的送风量仍为300 m3,问鼓风机送风量的质量改变多 少？解：同上题工（虬更）R T2 T1300 99.3287 300101.325273）x1000 =41.97kg2-6空气压缩机每分钟自外界吸入温度为15°C.压力为O.IMPa的空气3m3,充入容积&5 m3 的储气罐内。设开始时罐内的温度和床力与外界相同，问在多长时间内空气床缩机才能将气罐 的表压力提高到0.7MPa?设充气过程中气罐内温度不变。解：热力系：储气罐。使用理想气体状态方程。第一种解法：首先求终态时需要充入

4、的空气质皐、p2v2 7xl0x85,m2 = =kgRT2 287x288圧缩机每分钟充入空气量pv lxio5 x3 fill =kgRT 287x288所需时间t = 19.83niin111第二种解法将空气充入储气罐屮，实际上就是等温情况下把初压为O.IMPa 一定星的空气压缩为0.7MPa 的空气；或者说0.7MPa、8.5 m3的空气在O.IMPa下占体积为多少的问题。根据等温状态方程pv = const0.7MPa、8.5 m3的空气在O.IMPa下占体积为“ p2V2 07x8.53VI = = 59.5 mP1 0.1压缩机每分钟可以压缩O.IMPa的空气3 in3 ,则要压

5、缩59.5 m3的空气需要的时间59.5r = 19.83min3 2-8在一直径为400nmi的活塞上置有质量为3000kg的物体，气缸中空气的温度为18°C,质 量为2.12kg。加热后其容积增大为原來的两倍。大气压力B = 101kPa,问：(1)气缸中空气的 终温是多少？ (2)终态的比容是多少？ (3)初态和终态的密度各是多少？解：热力系：气缸和活塞构成的区间。使用理想气体状态方程。（1）空气终态温度V2T2 = T1=582KVI（2）空气的初容积p=3000 X9 8/（ h r）+101000=335.7kPaVI =niRTl= 0.527 m3空气的终态比容v2

6、= V2 = 2Vl=05m3/kgm m或者v2 = ? = 0.5 m3/kgp（3）初态密度ill 2.12pl =VI 0.527=4 kg /m32-9解:（1）氮气质最pv 13.7 xlO6 x0.05in =RT 296.8x300=7.69kg（2）熔化温度T_ pv _ 16.5 xlO6 x0.05"mR" 7.69296.8=361K2 14如果忽略空气中的稀有气体，则可以认为其质量成分为go? =23.2%, g 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= 76.8% °10.2320.7683

7、228气体常数=2&86R=s=255J/(kg-K)容积成分乜=gM/Mo. =20.9%rNj =1一20.9 % =79.1 %标准状态下的比容和密度= =1.288 kg/n?22.422.4 v= =0.776 m3/keP 2-15 已知天然气的容积成分 rCH4 =97%, rCjH6 =°-6%» rCjHs =0.18%, rC4H10 = 0.18% , rC02 =0.2%, 02=1.83%。试求：（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M =工枫=（97x16 + 0.6x30 + 0.18x44

8、 + 0.18x58 + 0.2x44 + 1.83x28）/100= 16.48M必=22.4 =22.4 =°.736kgZ（2）各组成气体在标准状态下分压力 因为：px = r2 ppCH4 =97%*101.325 =98.285kPa同理其他成分分压力分别为：（略）3-1安静状态下的人对环境的散热量大约为400KJ/1）,假设能容纳2000人的大礼堂的通风系 统坏了：（1）在通风系统出现故障后的最初20min内礼堂中的空气内能增加多少？ （2）把礼 堂空气和所有的人考虑为一个系统，假设对外界没有传热，系统内能变化多少？如何解释空气 温度的升高。解：（1）热力系：礼堂中的空气

9、。闭口系统根据闭口系统能量方程Q = AU+W因为没有作功故w=0：热帚:来源于人体散热：内能的增加等于人体散热。Q = 2000 x400 x 20/60 =2.67 X 105kJ(1) 热力系：礼堂中的空气和人。闭口系统根据闭口系统能量方程Q = AU+W因为没有作功故w=0；对整个礼堂的空气和人來说没有外來热暈， 所以内能的增加为0。空气温度的升高是人体的散热量由空气吸收，导致的空气内能增加。35,有一闭口系统，从状态1经a变化到状态2,如图，乂从状态2经b|Hl到状态1；再从 状态1经过c变化到状态2。在这个过程中，热量和功的某些值已知，如表，试确定未知量。过程热量Q (kJ)膨胀功

10、W (kJ)l-a-210xl2-b-l74l-c-2x22解：闭口系统。使用闭口系统能量方程对la2和241组成一个闭口循环，有即 10+ (-7) =xl+ (-4)xl=7kJ(2) 对lc2和2b-l也组成一个闭口循环 x2 + (-7) =2+ (-4)x2=5 kJ(3) 对过程2-b-l,根据Q = AU+WAU = Q-W = -7 - (-4) = 一3 kJ3-6 一闭口系统经历了一个由四个过程组成的循环，试填充表中所缺数据。过程Q (kJ)W (kJ)AE (kJ)1211000110023010010034-9500-95045050-50解：同上题3-7解：热力系:1

11、.5kg质量气体 闭口系统，状态方程：p=av+bAU =1.5(1.5 p2v2 - 85) - (1.5 plvl - 85) =90kJ由状态方程得1000 = a*0.2+b200=a*1.24b解上两式得：a=-800b=1160则功量为2W = 1.5 I* pdv = 1.5 (-800)v2 一 1160v誌=900kJ12过程中传热量Q = AU+W=990 kJ3-8容积由隔板分成两部分，左边盛有压力为600kPa,温度为27°C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。试求容器内最终圧力和温度。设 膨胀是在绝热下进行的。解：热