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1、工程热力学作业题p32-332-2.已知的M28,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0.81.25(3),时的摩尔容积64.272-3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t145增加到t270。试求被压入的CO2的质量。当地大气压B101.325 kPa。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;R188.9(1)(2)(3)(4)压入的CO2的质量(5)将(1)、(2)、(3)、(4
2、)代入(5)式得m=12.02kg2-5当外界为标准状态时,一鼓风机每小时可送300 m3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 m3,问鼓风机送风量的质量改变多少?解:同上题41.97kg2-6 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3 m3,充入容积8.5 m3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
3、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、8.5 m3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、8.5 m3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3 m3,则要压缩59.5 m3的空气需要的时间19.83min28 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B101kPa,问:(1)气缸中空气的终温是多少?(2)终态的比容是多少
4、?(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=30009.8/(r2)+101000=335.7kPa0.527 m3空气的终态比容0.5 m3/kg或者0.5 m3/kg(3)初态密度4 kg /m32 kg /m32-9 解:(1)氮气质量7.69kg(2)熔化温度361K214 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20.9120.979.1标准状态下的比容和密度1.28
5、8 kg /m30.776 m3/kg2-15 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)p5131 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
6、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。2.67105kJ(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。35,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-210x12-b-1-7-41-c-2x22解:闭口系统。使用闭口系统能量方程(1)对1-a-2和2-b
7、-1组成一个闭口循环,有即10(7)x1+(4)x1=7 kJ(2)对1-c-2和2-b-1也组成一个闭口循环x2(7)2+(4)x2=5 kJ(3)对过程2-b-1,根据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)E(kJ)12110001100230100-10034-9500-95045050-50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1000a*0.2+b200=a*1.2+b解上两式得:a=-800b=1160则功量为900kJ过程中传热量990 kJ38 容积由隔板分成两部分,
8、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W0因此U=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100kPa3-9一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
9、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=0dE=dU=(mu)cv2-(mu)cv1终态工质为流入的工质和原有工质和m0= mcv2-mcv1mcv2 ucv2- mcv1ucv1=m0h0(1)h0=cpT0ucv2=cvT2ucv1=cvT1mcv1=mcv2 =代入上式(1)整理得=398.3K310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
10、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(2) 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。311一只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.
11、57MPa312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=cpT0L=kpT=552K=279(3) 同(2)只是W不同T=473K200313解:对理想气体314解:(1)理想气体状态方程586K(2)吸热:2500
12、kJ3-15解:烟气放热等于空气吸热1m3空气吸取1.09 m3的烟气的热267kJ205t2=10+205=2153-16解:代入得:582K309317解:等容过程1.437.5kJ3-18解:定压过程T1=216.2KT2=432.4K内能变化:156.3kJ焓变化:218.8 kJ功量交换:62.05kJ热量交换:=218.35 kJp734-11kg空气在可逆多变过程中吸热40kJ,其容积增大为,压力降低为,设比热为定值,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0.9因为内能变化为717.51004.53587.58103J膨胀功:3
13、2 103J轴功:28.8 103J焓变:1.4811.2 103J熵变:0.8210342 有1kg空气、初始状态为,进行下列过程:(1)可逆绝热膨胀到;(2)不可逆绝热膨胀到,;(3)可逆等温膨胀到;(4)可逆多变膨胀到,多变指数;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图和图上解:热力系1kg空气(1) 膨胀功:111.9103J熵变为0(2)88.3103J116.8(3)195.41030.462103(4)67.1103J189.2K346.44-3具有1kmol空气的闭口系统,其初始容积为1m3,终态容积为10 m3,当初态和终态温度均100时,试计算该闭口系统对外所作的功及熵的变化。该过程为:(1)可逆定温膨胀;(2)向真空自由膨胀。解:(1)定温膨胀功7140kJ19.14kJ/K(2)自由膨胀作功为019.14kJ/K44质量为5kg的氧气,在30温度下定温压缩,容积由3m3变成0.6m3,问该过程中工质吸收或放出多少热量?输入或输出多少功量?内能、焓、熵变化各为多少?解:627.2kJ放热627.2kJ因为定温,内能变化为0,所以内能、焓变化均为0熵变:2.1 kJ/K45为了试验容器的强度,必须使容器壁受到比大气压力高0.1MPa的压力。为此把压力等于大气