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

2

N 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 ＝296.9)/(K kg J • （2）标准状态下2N 的比容和密度

101325

2739.296⨯=

=p RT v ＝0.8kg m

/3

v

1=

ρ＝1.253

/m kg （3）

MPa p 1.0=，500=t ℃时的摩尔容积

Mv

Mv ＝

p

T

R 0＝64.27kmol 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 ＝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CO 2的质量

1

1

11RT v p m =

压送后储气罐中CO 2的质量

2

222RT v p m =

根据题意

容积体积不变；R ＝188.9

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99.3kPa ，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0.1MPa 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 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 219.83min

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 m 3的空气在0.1MPa 下占体积为多少的问题。 根据等温状态方程

const pv =

0.7MPa 、8.5 m 3的空气在0.1MPa 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0.1MPa 的空气3 m 3，则要压缩59.5 m 3的空气需要的时间

==

3

5

.59τ19.83min

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=3000×9.8/(πr 2)+101000=335.7kPa

==

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 ＝28.86

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 =＝20.9％ =2N r

1－20.9％＝79.1％

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

100

/)2883.1442.05818.04418.0306.01697(⨯+⨯+⨯+⨯+⨯+⨯==∑i i M r M ＝16.48

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 98.285kPa

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

根据闭口系统能量方程

W

U Q +∆=

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。

60/204002000⨯⨯=Q ＝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

W U Q +∆= 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，