工程热力学课后作业答案(第二章)第五版

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

2883140==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

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 ＝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

)1122(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

，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

22T V V T 582K （2）空气的初容积

p=3000×9.8/(πr 2)+101000=335.7kPa

==p

mRT V 110.527 m 3

空气的终态比容

m

V m V v 1222==

＝0.5 m 3/kg 或者 ==

p RT v 220.5 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

28768.032232.011+==∑i i M g M ＝28.86

气体常数

86

.2883140==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 ρ1=

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）