工程热力学-课后习题答案

工程热力学-课后习题答案

工程热力学(第五版)习题答案

工程热力学（第五版）廉乐明 谭羽非等编 中国建筑工业出版社

第二章 气体的热力性质

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

288314

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CO2压送到容积3m3的储气罐里，起始表压力

30

1=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CO2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CO2的质量

1111RT v p m =

压送后储气罐中CO2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CO2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 m3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 m3，问鼓风机送风量的质量改变多少？ 解：同上题

1000)273325

.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 m3，充入容积8.5 m3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

2882875.810722225⨯⨯⨯=

=RT v p m kg

压缩机每分钟充入空气量

28828731015⨯⨯⨯=

=RT pv m kg

所需时间

=

=

m m t 2

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

const pv =

0.7MPa 、8.5 m3的空气在0.1MPa 下占体积为

5.591.05

.87.01221=⨯==

P V p V

m3

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

==

35

.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

==

1122T V V T 582K

（2）空气的初容积

p=3000×9.8/(πr2)+101000=335.7kPa

==

p mRT V 1

10.527 m3

空气的终态比容

m V m V v 1222==

＝0.5 m3/kg

或者

==

p RT v 2

20.5 m3/kg

（3）初态密度

527.012.211=

=

V m ρ＝4 kg /m3 =

=

212v ρ 2 kg /m3

2-9

解：（1）氮气质量

3008.29605.0107.136⨯⨯⨯=

=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