工程热力学课后作业答案第五版.docx
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工程热力学课后作业答案第五版
2-2.已知
的M＝28，求
（1）
的气体常数；
（2）标准状态下
的比容和密度；（3）
，
℃时的摩尔容积
。
解：
（1）
的气体常数
＝296.9
（2）标准状态下
的比容和密度
＝0.8
＝1.25
（3）
，
℃时的摩尔容积
＝
＝64.27
2-3．把CO2压送到容积3m3的储气罐里，起始表压力
kPa，终了表压力
Mpa，温度由t1＝45℃增加到t2＝70℃。
试求被压入的CO2的质量。
当地大气压B＝101.325kPa。
解：
热力系：
储气罐。
应用理想气体状态方程。
压送前储气罐中CO2的质量
压送后储气罐中CO2的质量
根据题意
容积体积不变；R＝188.9
（1）
（2）
（3）
（4）
压入的CO2的质量
（5）
将
（1）、
（2）、（3）、（4）代入（5）式得
m=12.02kg
2-5当外界为标准状态时，一鼓风机每小时可送300m3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300m3，问鼓风机送风量的质量改变多少？
解：
同上题
＝41.97kg
2-6空气压缩机每分钟自外界吸入温度为15℃、压力为0.1MPa的空气3m3，充入容积8.5m3的储气罐内。
设开始时罐内的温度和压力与外界相同，问在多长时间内空气压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的空气质量
kg
压缩机每分钟充入空气量
kg
所需时间
19.83min
第二种解法
将空气充入储气罐中，实际上就是等温情况下把初压为0.1MPa一定量的空气压缩为0.7MPa的空气；或者说0.7MPa、8.5m3的空气在0.1MPa下占体积为多少的问题。
根据等温状态方程
0.7MPa、8.5m3的空气在0.1MPa下占体积为
m3
压缩机每分钟可以压缩0.1MPa的空气3m3
，则要压缩59.5m3的空气需要的时间
19.83min
2－8在一直径为400mm的活塞上置有质量为3000kg的物体，气缸中空气的温度为18℃，质量为2.12kg。
加热后其容积增大为原来的两倍。
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
582K
（2）空气的初容积
p=3000×9.8/（πr2）+101000=335.7kPa
0.527m3
空气的终态比容
＝0.5m3/kg
或者
0.5m3/kg
（3）初态密度
＝4kg/m3
2kg/m3
2-9
解：
（1）氮气质量
＝7.69kg
（2）熔化温度
＝361K
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
，
。
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
＝28.86
气体常数
＝288
容积成分
＝20.9％
1－20.9％＝79.1％
标准状态下的比容和密度
＝1.288kg/m3
＝0.776m3/kg
2-15已知天然气的容积成分
，
，
，
，
，
。
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
＝16.48
（2）各组成气体在标准状态下分压力
因为：
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/h，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。
闭口系统
根据闭口系统能量方程
因为没有作功故W=0；热量来源于人体散热；内能的增加等于人体散热。
＝2.67×105kJ
（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
因为没有作功故W=0；对整个礼堂的空气和人来说没有外来热量，
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。
3－5，有一闭口系统，从状态1经a变化到状态2，如图，又从状态2经b回到状态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W（kJ）
1-a-2
10
x1
2-b-1
-7
-4
1-c-2
x2
2
解：
闭口系统。
使用闭口系统能量方程
（1）对1-a-2和2-b-1组成一个闭口循环，有
即10＋（－7）＝x1+（－4）
x1=7kJ
（2）对1-c-2和2-b-1也组成一个闭口循环
x2＋（－7）＝2+（－4）
x2=5kJ
（3）对过程2-b-1，根据
－3kJ
3-6一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）
ΔE（kJ）
1～2
1100
0
1100
2～3
0
100
-100
3～4
-950
0
-950
4～5
0
50
-50
解：
同上题
3-7解：
热力系：
1.5kg质量气体
闭口系统，状态方程：
＝90kJ
由状态方程得
1000＝a*0.2+b
200=a*1.2+b
解上两式得：
a=-800
b=1160
则功量为
＝900kJ
过程中传热量
＝990kJ
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
绝热
自由膨胀W＝0
因此ΔU=0
对空气可以看作理想气体，其内能是温度的单值函数，得
根据理想气体状态方程
＝100kPa
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500kPa，25℃。
充气开始时，罐内空气参数为100kPa，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。
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
mcv2ucv2-mcv1ucv1=m0h0
（1）
h0=cpT0
ucv2=cvT2
ucv1=cvT1
mcv1=
mcv2=
代入上式
（1）整理得
=398.3K
3－10供暖用风机连同加热器，把温度为
℃的冷空气加热到温度为
℃，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
（1）风机入口为0℃则出口为
1.78℃
℃
空气在加热器中的吸热量
＝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
，p2减小故吸热减小。
3－11一只0.06m3的罐，与温度为27℃、压力为7MPa的压缩空气干管相连接，当阀门打开，空气流进罐内，压力达到5MPa时，把阀门关闭。
这一过程进行很迅速，可认为绝热。
储罐的阀门关闭后放置较长时间，最后罐内温度回复到室温。
问储罐内最后压力是多少？
解：
热力系：
充入罐内的气体
由于对真空罐充气时，是焓变内能的过程
罐内温度回复到室温过程是定容过程
＝3.57MPa
3－12压力为1MPa和温度为200℃的空气在一主管道中稳定流动。
现以一绝热容器用带阀门的管道与它相连，慢慢开启阀门使空气从主管道流入容器。
设
（1）容器开始时是真空的；
（2）容器装有一个用弹簧控制的活塞，活塞的位移与施加在活塞上的压力成正比，而活塞上面的空间是真空，假定弹簧的最初长度是自由长度；（3）容器装在一个活塞，其上有重物，需要1MPa的压力举起它。
求每种情况下容器内空气的最终温度？
解:
（1）同上题
662K=389℃
（2）
h=cpT0
L=kp
T=
552K=279℃
同
（2）只是W不同
T=
473K＝200℃
3－13解：
对理想气体
3－14解：
（1）理想气体状态方程
＝586K
（2）吸热：
＝2500kJ
3-15解：
烟气放热等于空气吸热
1m3空气吸取1.09m3的烟气的热
＝267kJ
＝205℃
t2=10+205=215℃
3-16解：
代入得：
＝582K
＝309℃
3－17解：
等容过程
1.4
＝37.5kJ
3-18解：
定压过程
T1=
=216.2K
T2=432.4K
内能变化：
＝156.3kJ
焓变化：
218.8kJ
功量交换：
＝62.05kJ
热量交换：
=218.35kJ
7-1当水的温度t=80℃，压力分别为0.01、0.05、0.1、0.5及1MPa时，各处于什么状态并求出该状态下的焓值。
解：
查表知道t=80℃时饱和压力为0.047359MPa。
因此在0.01、0.05、0.1、0.5及1MPa时状态分别为过热、未饱和、未饱和，未饱和、未饱和。
焓值分别为2649.3kJ/kg，334.9kJ/kg，335kJ/kg，335.3kJ/kg，335.7kJ/kg。
7－2已知湿蒸汽的压力p=1MPa干度x=0.9。
试分别用水蒸气表和h-s图求出hx，vx，ux，sx。
解：
查表得：
h``＝2777kJ/kgh`=762.6kJ/kg
v``＝0.1943m3/kgv`＝0.0011274m3/kg
u``=h``－pv``=2582.7kJ/kgu`＝h`－pv`=761.47kJ/kg
s``=6.5847kJ/（kg.K）s`＝2.1382kJ/（kg.K）
hx＝xh``+（1-x）h`=2575.6kJ/kg
vx＝xv``+（1-x）v`=0.1749m3/kg
ux＝xu``+（1-x）u`=2400kJ/kg
sx＝xs``+（1-x）s`=6.14kJ/（kg.K）
7-3在V＝60L的容器中装有湿饱和蒸汽，经测定其温度t＝210℃，干饱和蒸汽的含量mv=0.57kg，试求此湿蒸汽的干度、比容及焓值。
解：
t＝210℃的饱和汽和饱和水的比容分别为：
v``＝0.10422m3/kgv`＝0.0011726m3/kg
h``＝2796.4kJ
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