工程热力学课后习题及答案第六版完整版

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

8314

0=

=

M R R ＝)/(K kg J • （2）标准状态下2N 的比容和密度

101325

273

9.296⨯==

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 压送后储气罐中CO 2的质量 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

)1

1

22(21T p T p R v m m m -=

-= （5）

将（1）、(2)、(3)、(4)代入（5）式得

m=12.02kg

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 ＝41.97kg

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8.5 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

、8.5 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

==

11

2

2T V V T 582K （2）空气的初容积 p=3000×(πr 2

)+101000=

==

p

mRT V 1

10.527 m 3

空气的终态比容

m V m V v 1

222==

＝0.5 m 3

/kg 或者

==

p

RT v 2

20.5 m 3

/kg （3）初态密度

527.012.211==

V m ρ＝4 kg /m 3

==2

12v ρ 2 kg /m 3

2-9

解：（1）氮气质量

300

8.29605

.0107.136

⨯⨯⨯==

RT pv m ＝7.69kg （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

.032232.01

1+==

∑i

i M

g M ＝

气体常数

86

.288314

0==

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＝1.288 kg /m 3

ρ

1

=

v ＝0.776 m 3

/kg

2-15 已知天然气的容积成分

%

974=CH r ，%

6.062=H C r ，

%

18.083=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 ＝

（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