工程热力学(第五版_)课后习题答案

工程热力学(第五版_)课后

习题答案

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2-2.已知2N 的M ＝28，求（1）2N 的气体常数；（2）标准状态下2N 的比容和密度；（3）MPa p 1.0=，500=t ℃时的摩尔容积Mv 。

解：（1）2N 的气体常数

28

83140==M R R ＝)/(K kg J • （2）标准状态下2N 的比容和密度

1013252739.296⨯==p RT v ＝kg m /3

v 1=

ρ＝3/m kg （3）MPa p 1.0=，500=t ℃时的摩尔容积Mv

Mv ＝p T R 0＝kmol m /3

2-3．把CO 2压送到容积3m 3的储气罐里，起始表压力301=g p kPa ，终了表压力3.02=g p Mpa ，温度由t1＝45℃增加到t2＝70℃。试求被压入的CO 2的质量。当地大气压B ＝ 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CO 2的质量

1

111RT v p m = 压送后储气罐中CO 2的质量 2222RT v p m =

根据题意

容积体积不变；R ＝

B p p g +=11 （1）

B p p g +=22 （2）

27311+=t T （3）

27322+=t T

（4） 压入的CO 2的质量

)1122(21T p T p R v m m m -=

-= （5） 将（1）、(2)、(3)、(4)代入（5）式得

m=

2-5当外界为标准状态时，一鼓风机每小时可送300 m 3的空气，如外界的温度增高到27℃，大气压降低到，而鼓风机每小时的送风量仍为300 m 3，问鼓风机送风量的质量改变多少

解：同上题

1000)273

325.1013003.99(287300)1122(21⨯-=-=

-=T p T p R v m m m ＝ 2-6 空气压缩机每分钟自外界吸入温度为15℃、压力为的空气3 m 3，充入容积 m 3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

288

2875.810722225⨯⨯⨯==RT v p m kg 压缩机每分钟充入空气量

288

28731015⨯⨯⨯==RT pv m kg 所需时间

==m

m t 2 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一定量的空气压缩为的空气；或者说、 m 3的空气在下占体积为多少的问题。

根据等温状态方程

const pv =

、 m 3的空气在下占体积为

5.591

.05.87.01221=⨯==P V p V m 3 压缩机每分钟可以压缩的空气3 m 3，则要压缩 m 3的空气需要的时间

==

3

5.59τ 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。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

==11

22T V V T 582K （2）空气的初容积

p=3000×(πr 2)+101000=

==p

mRT V 11 m 3

空气的终态比容

m

V m V v 1222==

＝ m 3/kg 或者 ==

p RT v 22 m 3/kg （3）初态密度

527

.012.211==

V m ρ＝4 kg /m 3 ==212v ρ 2 kg /m 3

2-9

解：（1）氮气质量

300

8.29605.0107.136⨯⨯⨯==RT pv m ＝ （2）熔化温度

8

.29669.705.0105.166⨯⨯⨯==mR pv T ＝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%2.232=go ，%8.762=N g 。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

28768.032232.011+==∑i i M g M ＝

气体常数

86

.2883140==M R R ＝288)/(K kg J • 容积成分

2/22Mo M g r o o =＝％

=2N r 1－％＝％

标准状态下的比容和密度

4.2286.284.22==

M ρ＝ kg /m 3 ρ1=

v ＝ m 3/kg

2-15 已知天然气的容积成分%974=CH r ，%6.062=H C r ，%18.08

3=H C r ，%18.0104=H C r ，%2.02=CO r ，%83.12=N r 。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

100/)2883.1442.05818.04418.0306.01697(⨯+⨯+⨯+⨯+⨯+⨯==∑i i M r M ＝

30/736.04

.2248.164.22m kg M ===ρ （2）各组成气体在标准状态下分压力 因为：

p r p i i = ==325.101*%974CH p

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