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工程热力学(第五版)习题答案

2-3．把CO2压送到容积3m3的储气罐里，起始表压力kPa，终了表压力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

压送后储气罐中CO2的质量

根据题意

容积体积不变；R＝188.9

（1）

（2）

（3）

（4）

压入的CO2的质量

（5）

将（1）、(2)、(3)、(4)代入（5）式得

m=12.02kg

第二章气体的热力性质

2-2.已知的M＝28，求（1）的气体常数；（2）标准状态下的比容和密度；（3），℃时的摩尔容积。

解：（1）的气体常数

＝296.9

（2）标准状态下的比容和密度

＝0.8

＝1.25

（3），℃时的摩尔容积

＝＝64.27

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

＝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

压缩机每分钟充入空气量

所需时间

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

0.7MPa、8.5 m3的空气在0.1MPa下占体积为

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

19.83min

2-9

解：（1）氮气质量

＝7.69kg

（2）熔化温度

＝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，。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

＝28.86

气体常数

＝288

容积成分

＝20.9％

1－20.9％＝79.1％

标准状态下的比容和密度

＝1.288 kg /m3

＝0.776 m3/kg

2-15 已知天然气的容积成分，，，，，。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

＝16.48

（2）各组成气体在标准状态下分压力

因为：

98.285kPa

同理其他成分分压力分别为：（略）

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

582K

（2）空气的初容积

p=3000×9.8/(πr2)+101000=335.7kPa

0.527 m3

空气的终态比容

＝0.5 m3/kg

或者

0.5 m3/kg

（3）初态密度

＝4 kg /m3

2 kg /m3

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-2 10 x1 2-b-1 -7 -4 1-c-2 x2 2 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

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

－3 kJ

3-6 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。

过程 Q（kJ） W（kJ） ΔE（kJ） 1～2 1100 0 1100 2～3 0 100 -100 3～4 -950 0 -950 4～5 0 50 -50 解：同上题

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

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