工程热力学(第五版)课后习题答案.doc

工程热力学(第五版)习题答案工程热力学（第五版）廉乐明 谭羽非等编中国建筑工业出版社第二章 气体的热力性质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 ＝＝64.272-3．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t1＝45℃增加到t2＝70℃试求被压入的CO2的质量当地大气压B＝101.325 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；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=12.02kg2-5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所需时间19.83min2－8 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=335.7kPa0.527 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＝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，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＝1.288 kg /m3＝0.776 m3/kg2-15 已知天然气的容积成分，，，，，。

试求：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＝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）第三章 热力学第一定律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-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）ΔE（kJ）1～21100011002～30100-1003～4-9500-9504～5050-50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+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 kJ3－8 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＝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=398.3K3－10 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＝3.57MPa3－12 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=cpT0L=kpT=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：＝2500kJ3-15 解：烟气放热等于空气吸热1m3空气吸取1.09 m3的烟气的热＝267kJ＝205℃t2=10+205=215℃3-16 解： 代入得：＝582K＝309℃3－17 解：等容过程1.4＝37.5kJ3-18 解：定压过程 T1==216.2K T2=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 kJ第四章 理想气体的热力过程及气体压缩4-1 1kg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＝717.5 ＝1004.5 ＝3587.5＝8×103J膨胀功：＝32 ×103J轴功：28.8 ×103J焓变：＝1.4×8＝11.2 ×103J熵变：＝0.82×1034－2 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空气膨胀功：＝111.9×103J熵变为0（2）＝88.3×103J＝116.8（3）＝195.4×103＝0.462×103（4）＝67.1×103J＝189.2K＝－346.44-3 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/K4－4 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/K4－5 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压力温度为13℃的空气充入受试验的容器内，然后关闭进气阀并把空气加热已知大气压力B＝101.3kPa，试问应将空气的温度加热到多少度？空气的内能、焓和熵的变化为多少？解：（1）定容过程568.3K内能变化：202.6kJ/kg283.6 kJ/kg0.49 kJ/(kg.K。