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1、工程热力学工程热力学(第五版第五版)习题答案习题答案倾力打造免费文库，杜绝收费！工程热力学（第五版）廉乐明 谭羽非等编中国建筑工业出版社第二章第二章 气体的热力性质气体的热力性质2-2.已知的 M28，求（1）的气体常数；（2）标准状态下的比容和密度；（3）2N2N2N，时的摩尔容积。MPap1 . 0500tMv解：（1）的气体常数2N296.92883140MRR)/(KkgJ（2）标准状态下的比容和密度2N0.81013252739 .296pRTvkgm /31.25v13/mkg（3），时的摩尔容积MPap1 . 0500tMv64.27MvpTR0kmolm /32-3把 CO2
2、压送到容积 3m3 的储气罐里，起始表压力kPa，终了表压力Mpa，温301gp3 . 02gp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1111RTvpm 压送后储气罐中 CO2 的质量2222RTvpm 根据题意容积体积不变；R188.9（1）Bppg11（2）Bppg22（3）27311 tT（4）27322 tT压入的 CO2 的质量（5）)11 22(21Tp Tp Rvmmm将（1） 、(2)、(3)、(4)代入（5）式得m=12.02kg2-5 当外界
3、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41.97kg1000)273325.101 3003 .99(287300)11 22(21Tp Tp Rvmmm2-6 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
4、。第一种解法：首先求终态时需要充入的空气质量kg2882875 . 810722225RTvpm压缩机每分钟充入空气量kg28828731015RTpvm所需时间19.83minmmt2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constpv 0.7MPa、8.5 m3 的空气在 0.1MPa 下占体积为m35 .591 . 0 5 . 87 . 01221PVpV压缩机每分钟可以压缩 0.1MPa 的空气 3 m3，则要压
5、缩 59.5 m3 的空气需要的时间19.83min35 .5928 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？（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582K1122TVVT（2）空气的初容积p=30009.8/(r2)+101000=335.7kPa0.527 m3pmRTV11空气的终态比容0.5 m3/kgmV mVv1222或者0.5 m
6、3/kgpRTv22（3）初态密度4 kg /m3527. 012. 211Vm2 kg /m3212v2-9 解：（1）氮气质量7.69kg3008 .29605. 0107 .136RTpvm（2）熔化温度361K8 .29669. 705. 0105 .166mRpvT214 如果忽略空气中的稀有气体，则可以认为其质量成分为，。试%2 .232go%8 .762Ng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28.8628768. 032232. 011 ii MgM气体常数28886.2883140MRR)/(KkgJ容积成分20.92/ 22MoM
7、groo120.979.1 2Nr标准状态下的比容和密度1.288 kg /m34 .2286.284 .22M0.776 m3/kg1v2-15 已知天然气的容积成分，%974CHr，。试求：%6 . 062HCr%18. 083HCr%18. 0104HCr%2 . 02COr%83. 12Nr天然气在标准状态下的密度；各组成气体在标准状态下的分压力。解：（1）密度100/ )2883. 1442 . 05818. 04418. 0306 . 01697(iiMrM16.483 0/736. 04 .2248.164 .22mkgM（2）各组成气体在标准状态下分压力因为：prpii98.2
8、85kPa325.101*%974CHp同理其他成分分压力分别为：（略）第三章第三章 热力学第一定律热力学第一定律31 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WUQ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。60/204002000Q2.67105kJ（1）热力系：礼堂中的空
9、气和人。闭口系统根据闭口系统能量方程WUQ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-1 组成一个闭口循环，有WQ即 10（7）x1+（4）x1=7
10、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WUQ)4(7WQU3 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：bavp)85115 . 1 ()85225 . 1(5 . 1vpvpU90kJ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2 . 12
11、. 0 2211160)800(21 5 . 15 . 1vvpdvW 900kJ过程中传热量WUQ990 kJ38 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WUQ绝热0Q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KTTTTmcv300120) 12(根据理想气体状态方程161 211 222pVVp VRTp 100kP
12、a3-9一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。 dEhmhm00220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=11 RTVpmcv2
13、 =22 RTVp代入上式(1)整理得21) 10(1212ppTkTTTkTT =398.3K310供暖用风机连同加热器，把温度为01t的冷空气加热到温度为2502 t，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310006. 156. 01000 CpmQTQTCpm&1.7878. 112ttt 空气在加热器中的吸热量)78
14、. 1250(006. 156. 0TCpmQ&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) 111(22212vPuvPuhhQ，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 mumh KkTTccTvp4203004 . 100罐内温度回复到室温过程
15、是定容过程5420300122PTTp 3.57MPa312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4734 . 10kTT662K=389（2）wuhh=cpT0L=kpRTpVkpAppAkdppAdLw21 21 21T=05 . 0TRccvp552K=279同（2）只是 W 不同RTpVpdVwT=00TTRccvp473K200313解：hW对理想气体TchpTcuv314解：（1）理想气体状态方程293*21212ppTT586K（2）吸热：TkR RTVpTmcQv1112500kJ3-15 解：烟气放热
