工程热力学课后作业答案第五版

工程热力学课后答案 m?m1?m2?vp2p130099.3101.325(?)?(?)?102-2.解：（1）N2的气体常数

R?R08314M?28＝296.9J/(kg?K)

（2）标准状态下N2的比容和密度

v?RTp?296.9?273101325＝0.8m3/kg

??1v＝1.25kg/m3 （3）

p?0.1MPa，t?500℃时的摩尔容积MvMv ＝R0Tp＝64.27m3/kmol

2-3．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

m1?p1v1RT1 压送后储气罐中CO2的质量

m2?p2v2RT2 根据题意

容积体积不变；R＝188.9

p1?pg1?B （1） p2?pg2?B

（2） T1?t1?273

（3） T2?t2?273

（4）

压入的CO2的质量

m?m1?m2?vp2p1R(T2?T1) （5）

将（1）、(2)、(3)、(4)代入（5）式得

m=12.02kg

2-5解：同上题

RT2T1287300273＝41.97kg

2-6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

m2?p2v27?105?8.5RT2?287?288kg

压缩机每分钟充入空气量

m?pv1?105?3RT?287?288kg

所需时间

t?m2m?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

pv?const

0.7MPa、8.5 m3

的空气在0.1MPa下占体积为

V1?p2V2?0.7?8.5?59.5 m3

P10.1 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

??59.53?19.83min 2－8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

T2?V2V1T1?582K （2）空气的初容积

p=3000×9.8/(πr2

)+101000=335.7kPa

V1?mRT1?0.527 m3

p空气的终态比容

1

v2?V22V1?＝0.5 m/kg 3

M??riMi?(97?16?0.6?30?0.18?44?0.18?58?0mm或者

v2?RT23

p?0.5 m/kg

（3）初态密度 ?1?m2.123

V1?0.527＝4 kg /m ?2?1?2 kg /m3

v2

2-9

解：（1）氮气质量

m?pvRT?13.7?106?0.05296.8?300＝7.69kg

（2）熔化温度

T?pvmR?16.5?106?0.057.69?296.8＝361K

2－14解：折合分子量

M?11?g?232＝28.86 i0.M?0.768i3228气体常数

R?R0M?831428.86＝288J/(kg?K) 容积成分

ro2?go2M/Mo2＝20.9％ rN2?

1－20.9％＝79.1％

标准状态下的比容和密度

??M3

22.4?28.8622.4＝1.288 kg /mv?1?＝0.776 m3

/kg

2-15解：（1）密度

＝16.48

?0?M22.4?16.4822.4?0.736kg/m3 （2）各组成气体在标准状态下分压力

因为：

pi?rip

pCH4?97%*101.325?98.285kPa

同理其他成分分压力分别为：（略）

3－1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

Q??U?W

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。

Q?2000?400?20/60＝2.67×105

kJ

（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??U?W

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。

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 3－5

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

2

根据闭口系统能量方程

??Q???Wx1=7 kJ

即10＋（－7）＝x1+（－4）

(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QQ??U?W绝热Q

?0

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

??U?W

mcv(T2?T1)?0?T2?T1?300K

?U?Q?W??7?(?4)?－3 kJ

3-6 过程 1～2 2～3 3～4 4～5 解：同上题

3-7 解：热力系：1.5kg质量气体 闭口系统，状态方程：

Q（kJ） 1100 0 -950 0 根据理想气体状态方程

p2?W（kJ） 0 100 0 50 RT2p1V11??p1＝100kPa V2V26ΔE（kJ） 3-9解：开口系统 1100 特征：绝热充气过程 -100 工质：空气（理想气体） -950 根据开口系统能量方程，忽略动能和未能，同时没有轴功，-50 没有热量传递。 0?m2h2?m0h0?dE

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 mcv2 ucv2- mcv1ucv1=m0h0

＝

h0=cpT0 ucv2=cvT2 ucv1=cvT1 mcv1=mcv2

(1)

p?av?b

?U?1.5[(1.5p2v2?85)?(1.5p1v1?85)]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

p1V RT1p2V = RT2代入上式(1)整理得

1.2W?1.5?pdv?1.5[(?800)v2?1160v]10.221900kJ 过程中传热量

2T2?＝

kT1T2p1T1?(kT0?T1)p2=398.3K

3－10解：开口稳态稳流系统 （1）风机入口为0℃则出口为

＝990 kJ

Q??U?W

?Cp?T?Q??T?m3－8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

Q1000??1.78℃ 3?Cp0.56?1.006?10mt2?t1??t?1.78℃

空气在加热器中的吸热量

3

3－14

解：（1）理想气体状态方程

?Cp?T?0.56?1.006?(250?1.78)Q?m138.84kW

＝

T2?。

加

热

器

中

(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

T1p2?2*293＝586K p1p1VR?T＝2500kJ

RT1k?1（2）吸热：

Q?h2?h1?u2?P2v2?(u1?P1v1)，p2减小故

吸热减小。

3－11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

Q?mcv?T?

3-15 解：烟气放热等于空气吸热 1m空气吸取1.09 m的烟气的热

3

3

mh?mu

Q?1.09?245＝267kJ

T?cpcvT0?kT0?1.4?300?420K ?t?Q267?＝205℃ ?vc1.293?1?1.01罐内温度回复到室温过程是定容过程 t2=10+205=215℃

3-16 解：m1h1?m2h2p2?

T2300P1??5＝3.57MPa T420?(m1?m2)h3

3－12解:（1）同上题

T?kT0?1.4?473?662K=389℃

（2）h?u?w

h=cpT0 L=kp

h?cpT

代入得：

T?111kpAp?pV?RT222582K

m1cT1?m2cT2120*773＋210?473?＝

(m1?m2)c330w??pAdL??pAkdp? T=

＝309℃ 3－17

解：等容过程

cpcv?0.5RT0?552K=279℃

k?

cpcp?R?1.4

RT2?RT1p2v?p1v?k?1k?1＝

同（2）只是W不同

w??pdV?pV?RTT= 3－13

解：WQ?mcv?T?m37.5kJ

3-18 解：定压过程

cpcv?RT0?T0?473K＝200℃

???h

T1=

对理想气体h?cp?T

p1V2068.4?103?0.03?=216.2K mR1?287 T2=432.4K

u?cv?T

内能变化：

4