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2883140==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 /3v 1=ρ＝3/m kg（3）MPa p 1.0=，500=t ℃时的摩尔容积MvMv ＝p T R 0＝kmol m/32-3．把CO2压送到容积3m3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CO2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 ＝Bp p g +=11 （1） Bp 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=12.02kg2-5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，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 ＝41.97kg2-6 空气压缩机每分钟自外界吸入温度为15℃、压力为的空气3 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、 m3的空气在下占体积为多少的问题。

根据等温状态方程const pv =、8.5 m3的空气在下占体积为5.591.05.87.01221=⨯==P V p V m3压缩机每分钟可以压缩的空气3 m3，则要压缩 m3的空气需要的时间==35.59τ2－8 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×(πr2)+101000===p mRT V 110.527 m3空气的终态比容m V m V v 1222==＝0.5 m3/kg或者==p RT v 220.5 m3/kg（3）初态密度527.012.211==V m ρ＝4 kg /m3 ==212v ρ 2 kg /m32-9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 ＝361K2－14 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+==∑ii Mg 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 r1－％＝％标准状态下的比容和密度4.2286.284.22==M ρ＝1.288 kg /m3 ρ1=v ＝0.776 m3/kg2-15 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：天然气在标准状态下的密度； 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：pr p i i =%=p*97=325.101CH4同理其他成分分压力分别为：（略）第三章热力学第一定律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∆=Q+WU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。

⨯=2000⨯Q60/20400＝×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Q+=∆WU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，所以内能的增加为0。

空气温度的升高是人体的散热量由空气吸收，导致的空气内能增加。

3－5，有一闭口系统，从状态1经a变化到状态2，如图，又从状态2经b回到状态1；再从状态1经过c 变化到状态2。

在这个过程中，热量和功的某些值已知，如表，试确定未知量。

过程热量Q（kJ）膨胀功W（kJ）1-a-210x12-b-1-7-4解：闭口系统。

使用闭口系统能量方程(1)对1-a-2和2-b-1组成一个闭口循环，有⎰⎰=W Q δδ即10＋（－7）＝x1+（－4） x1=7 kJ(2)对1-c-2和2-b-1也组成一个闭口循环 x2＋（－7）＝2+（－4） x2=5 kJ(3)对过程2-b-1，根据WU Q +∆==---=-=∆)4(7W Q U －3 kJ3-6 一闭口系统经历了一个由四个过程组成的循环，试填充表中所缺数据。

解：同上题3-7 解：热力系：1.5kg 质量气体 闭口系统，状态方程：b av p +=)]85115.1()85225.1[(5.1---=∆v p v p U ＝90kJ由状态方程得 1000＝a*+b 200=a*+b 解上两式得： a=-800 b=1160 则功量为2.12.0221]1160)800(21[5.15.1v v pdv W --==⎰＝900kJ过程中传热量WU Q +∆=＝990 kJ3－8 容积由隔板分成两部分，左边盛有压力为600kPa ，温度为27℃的空气，右边为真空，容积为左边5倍。

将隔板抽出后，空气迅速膨胀充满整个容器。

试求容器内最终压力和温度。

设膨胀是在绝热下进行的。

解：热力系：左边的空气 系统：整个容器为闭口系统 过程特征：绝热，自由膨胀 根据闭口系统能量方程WU Q +∆=绝热0=Q自由膨胀W ＝0 因此ΔU=0对空气可以看作理想气体，其内能是温度的单值函数，得KT T T T mc v 300120)12(==⇒=-根据理想气体状态方程161211222p V V p V RT p ===＝100kPa3-9 一个储气罐从压缩空气总管充气，总管内压缩空气参数恒定，为500 kPa ，25℃。

充气开始时，罐内空气参数为100 kPa ，25℃。

求充气终了时罐内空气的温度。

设充气过程是在绝热条件下进行的。

解：开口系统 特征：绝热充气过程 工质：空气（理想气体）根据开口系统能量方程，忽略动能和未能，同时没有轴功，没有热量传递。

dE h m h m +-=00220没有流出工质m2=0 dE=dU=(mu)cv2-(mu)cv1终态工质为流入的工质和原有工质和m0= mcv2-mcv1 mcv2 ucv2- mcv1ucv1=m0h0(1)h0=cpT0 ucv2=cvT2 ucv1=cvT1mcv1=11RT V p mcv2 =22RT V p代入上式(1)整理得21)10(1212p p T kT T T kT T -+==3－10供暖用风机连同加热器，把温度为01=t ℃的冷空气加热到温度为2502=t ℃，然后送入建筑物的风道内，送风量为0.56kg/s ，风机轴上的输入功率为1kW ，设整个装置与外界绝热。

试计算：（1）风机出口处空气温度；（2）空气在加热器中的吸热量；（3）若加热器中有阻力，空气通过它时产生不可逆的摩擦扰动并带来压力降，以上计算结果是否正确 解：开口稳态稳流系统（1）风机入口为0℃则出口为=⨯⨯==∆⇒=∆310006.156.01000Cp mQ T Q T Cp m℃ 78.112=∆+=t t t ℃空气在加热器中的吸热量)78.1250(006.156.0-⨯⨯=∆=T Cp mQ ＝ (3)若加热有阻力，结果1仍正确；但在加热器中的吸热量减少。

加热器中)111(22212v P u v P u h h Q +-+=-=，p2减小故吸热减小。

3－11一只0.06m3的罐，与温度为27℃、压力为7MPa 的压缩空气干管相连接，当阀门打开，空气流进罐内，压力达到5MPa 时，把阀门关闭。

这一过程进行很迅速，可认为绝热。

储罐的阀门关闭后放置较长时间，最后罐内温度回复到室温。

问储罐内最后压力是多少 解：热力系：充入罐内的气体由于对真空罐充气时，是焓变内能的过程mu mh =KkT T c c T vp 4203004.100=⨯===罐内温度回复到室温过程是定容过程5420300122⨯==P T T p ＝3－12压力为1MPa 和温度为200℃的空气在一主管道中稳定流动。

现以一绝热容器用带阀门的管道与它相连，慢慢开启阀门使空气从主管道流入容器。

设（1）容器开始时是真空的；（2）容器装有一个用弹簧控制的活塞，活塞的位移与施加在活塞上的压力成正比，而活塞上面的空间是真空，假定弹簧的最初长度是自由长度；（3）容器装在一个活塞，其上有重物，需要1MPa 的压力举起它。