2022年工程热力学课后习题答案.docx

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1、精选学习资料 - - - - - - - - - 优秀学习资料 工程热力学（第五版欢迎下载）课后习题答案2-2.已知N2的 M 28,求（ 1）N2的气体常数；T 1t 1273（3）101 . 3251000T2t2273（4）（ 2 ） 标 准 状 态 下N2的 比 容 和 密 度 ；（ 3 ）压入的 CO 2 的质量mm 1m 2vp2p 1 T 1（5）p0 .1 MPa,t500时的摩尔容积 Mv ；RT2将（ 1）、2、3、 4代入（ 5）式得解：（1）N2的气体常数m=12.02kg RR 08314296.9J/kgK2-5 当外界为标准状态时, 一鼓风机每小时可送300 m3

2、 的空气,如外界的温度增高到27,大气压降M28低到99.3kPa,而鼓风机每小时的送风量仍为300 （2）标准状态下N2的比容和密度m3,问鼓风机送风量的质量转变多少？解：同上题vRT2969.273 0.83 m /kgmm 1m 2vp2p 1 T 130099 . 3RT2287300273p101325 41.97kg 1 1.25kg/ m32-6 空气压缩机每分钟自外界吸入温度为15、压v力为 0.1MPa 的空气 3 m3,充入容积8.5 m3的储气（3）p01. MPa,t500时的摩尔容积罐内；设开头时罐内的温度和压力与外界相同,问Mv在多长时间内空气压缩机才能将气罐的表压

3、力提MvR0 T 64.27m / 3kmol高到 0.7MPa？设充气过程中气罐内温度不变；解：热力系：储气罐；p使用抱负气体状态方程；第一种解法：名师归纳总结 2-3把 CO2压送到容积3m3的储气罐里,起始表第一求终态时需要充入的空气质量第 1 页,共 26 页压力pg130kPa,终了表压力pg20 .3Mpa,m 2p2v271058 .5kg 温度由t1 45增加到t2 70；试求被压入的RT2287288CO2的质量；当地大气压B 101.325 kPa；压缩机每分钟充入空气量解：热力系：储气罐；mpv11053kg 应用抱负气体状态方程；RT287288压送前储气罐中CO 2

4、的质量所需时间tm 219.83min m 1p 1 v 1RT 1m压送后储气罐中CO 2 的质量其次种解法将空气充入储气罐中,实际上就是等温情形下把初m2p2 v2RT2压为 0.1MPa 肯定量的空气压缩为0.7MPa 的空气；依据题意或者说 0.7MPa、 8.5 m3的空气在 0.1MPa 下占体积容积体积不变； R 188.9 为多少的问题；p 1pg1B（ 1）依据等温状态方程pvconstp 2pg 2B（ 2）0.7MPa、8.5 m3 的空气在 0.1MPa 下占体积为- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 优秀学习资料欢迎下载16.51

5、060.05 361K V1p2 V20 7.8 559 . 5m3Tpv mRP 10 1.7. 692968.压缩机每分钟可以压缩0.1MPa 的空气 3 m3,就要压缩 59.5 m3的空气需要的时间2 14 假如忽视空气中的稀有气体,就可以认为%；59.519.83min 其质量成分为go2232.%,gN2768.3试求空气的折合分子量、气体常数、容积成分及在名师归纳总结 2 8 在始终径为400mm 的活塞上置有质量为标准状态下的比容和密度；440 . 185803000kg 的物体,气缸中空气的温度为18,质量解：折合分子量为 2.12kg ；加热后其容积增大为原先的两倍；大气M

6、1i0.23210 .768 28.86 压力 B101kPa,问：（ 1）气缸中空气的终温是多g少？（ 2）终态的比容是多少？（3）初态和终态的Mi3228密度各是多少？解：热力系：气缸和活塞构成的区间；气体常数使用抱负气体状态方程；RR 08314288J/kgK（1）空气终态温度M28. 86T2V2T 1582K V1容积成分（2）空气的初容积ro 2go2M/Mo2 20.9p=3000 9.8/ r2+101000=335.7kPa V1mRT10.527 m3 rN21 20.9 79.1p标准状态下的比容和密度空气的终态比容M28 . 861.288 kg /m3 v2V22

7、V1 0.5 m 3/kg 22 . 422 .4mmv10.776 m3/kg 或者v2RT20.5 m 3/kg 2-15 已 知 天 然 气 的 容 积 成 分rCH497%,p（3）初态密度1m2 .124 kg /m3Cr 2H60 . 6 %,Cr3H80 . 18 %,V10.527212 kg /m3rC4H100. 18%,rCO20.2%,v22-9 rN21.83%；试求：解：（1）氮气质量（ 1）自然气在标准状态下的密度；mpv13.71060. 05 7.69kg （ 2）各组成气体在标准状态下的分压力；解：（ 1）密度RT2968.300Mr iMi 9716.0

8、6300 . 18（2）熔化温度第 2 页,共 26 页- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 16.48 优秀学习资料欢迎下载些值已知,如表,试确定未知量；0M16 .48.0 736 kg/m322 4.22 4.（2）各组成气体在标准状态下分压力由于：pirip98.285kPa 过程热量 Q（kJ）膨p CH497%*101. 325同理其他成分分压力分别为：（略）3 1 寂静状 态下的 人对 环 境的散 热量 大约为1-a-2 10 x1 400KJ/h,假设能容纳2000 人的大礼堂的通风系统2-b-1 -7 -4 坏了：（ 1）在通风系统显现故

9、障后的最初20min 内1-c-2 x2 2礼堂中的空气内能增加多少？（2）把礼堂空气和解：闭口系统；全部的人考虑为一个系统,假设对外界没有传热,使用闭口系统能量方程系统内能变化多少？如何说明空气温度的上升；1对 1-a-2 和 2-b-1 组成一个闭口循环,有解：（1）热力系：礼堂中的空气；内能QW闭口系统依据闭口系统能量方程即 10（ 7） x1+（ 4）QUWx1=7 kJ 2对 1-c-2 和 2-b-1 也组成一个闭口循环由于没有作功故W=0；热量来源于人体散热；x2（ 7） 2+（ 4）的增加等于人体散热；x2=5 kJ Q200040020/602.67 105kJ 3对过程 2

10、-b-1,依据QUW（1）热力系：礼堂中的空气和人；UQW74 3 kJ 闭口系统依据闭口系统能量方程QUW3-6 一闭口系统经受了一个由四个过程组成的循W（ kJ）环,试填充表中所缺数据；由于没有作功故W=0；对整个礼堂的空气和人来说过程Q（ kJ）没有外来热量,12 1100 0 所以内能的增加为0；23 0 100 空气温度的上升是人体的散热量由空气吸取,导致34 -950 0 的空气内能增加；45 0 50 解：同上题名师归纳总结 3 5,有一闭口系统, 从状态 1 经 a 变化到状态2,3-7 解：热力系： 1.5kg 质量气体b5p 1 v 185第 3 页,共 26 页闭口系统,

11、状态方程：pav如图,又从状态2 经 b 回到状态 1；再从状态1 经U1.5 1 .5p 2v285 1 .过 c 变化到状态2；在这个过程中,热量和功的某- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 90kJ 优秀学习资料欢迎下载解：开口系统由状态方程得 1000a*0.2+b 200=a*1.2+b 解上两式得：a=-800 b=1160 就功量为特点：绝热充气过程 工质：空气（抱负气体）依据开口系统能量方程,忽视动能和未能,同时没 有轴功,没有热量传递；0m 2h 2m 0 h 0dE没有流出工质m2=0 dE=dU=mucv2-mucv1W1 5.2pd

12、v.151800 v21160 v1 . 2 0 . 2终态工质为流入的工质和原有工质和m0= mcv2-mcv11mcv2 ucv2- mcv1ucv1=m0h0 1 2h0=cpT0 ucv2=c vT2 ucv1=cvT1 900kJ 过程中传热量QUW 990 kJ mcv1=p 1 VRT 13 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,空气快速膨胀布满整个 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mcv2 =p2 VRT2代入上式 1整理得T2T1kT1 T2

13、p 1=398.3K kT0T 1 p2系统：整个容器为闭口系统名师归纳总结 过程特点：绝热,自由膨胀310 供 暖 用 风 机 连 同 加 热 器 , 把 温 度 为103依据闭口系统能量方程t10的冷空气加热到温度为t2250,然QUW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；绝热Q0试运算：（1）风机出口处空气温度； （ 2）空气在加热器中的吸热量； （3）如加热器中有阻力,空气通自由膨胀 W0 过它时产生不行逆的摩擦扰动并带来压力降,以上因此 U=0 运算结果是否正确？对空气可以看作抱负气体,其内能是温度的单值函解：开口稳态稳

14、流系统数,得（ 1）风机入口为0就出口为mcvT2T10T2T1300Km CpTQTQ0. 561000依据抱负气体状态方程m Cp1.006p 2RT2p 1 V11p 1 100kPa 1.78V2V26t2t 1t1 . 78第 4 页,共 26 页空气在加热器中的吸热量3-9 一个储气罐从压缩空气总管充气,总管内压缩Qm CpT0.561. 0062501. 78空气参数恒定,为500 kPa , 25；充气开头时, 138.84kW 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3如加热有阻力, 结果 1 仍正确； 但在加热器中的的；

15、吸热量减少；加热器中- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - Qh2h 1u2P 2v2u 1优秀学习资料欢迎下载T0T0473K 200P 1 v 1 ,T=c vcpRp2 减小故吸热减小；3 11 一只 0.06m3 的罐, 与温度为 27、压力313 解：WpTh为 7MPa 的压缩空气干管相连接,当阀门打开,空对抱负气体hc气流进罐内,压力达到5MPa 时,把阀门关闭；这一过程进行很快速,可认为绝热；储罐的阀门关闭ucvT后放置较长时间,最终罐内温度回复到室温；问储罐内最终压力是多少？解：热力系：充入罐内的气体1314 解：（ 1）抱负气体状态方程4

16、73由于对真空罐充气时,是焓变内能的过程T2T1p22*293 586K mhmup 1TcpT0kT0.14300420 K（ 2）吸热：c vQmc vTp 1 VkR1T 2500kJ 罐内温度回复到室温过程是定容过程RT 1p 2T2P 130053.57MPa T4203-15 解：烟气放热等于空气吸热1m 3 空气吸取 1.09 m3 的烟气的热3 12 压力为 1MPa 和温度为200的空气在Q1 . 09245 267kJ 一主管道中稳固流淌；现以一绝热容器用带阀门的管道与它相连,渐渐开启阀门使空气从主管道流入tQ2671. 01205容器；设（ 1）容器开头时是真空的；（ 2

17、）容器装vc1 . 2931有一个用弹簧掌握的活塞,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t2=10+205=215 定弹簧的最初长度是自由长度；（ 3）容器装在一个3-16 解：m 1 h 1m2h2m 1m2h3活塞,其上有重物,需要1MPa 的压力举起它；求每种情形下容器内空气的最终温度？解:（1）同上题hcpTTkT01 . 4473662K=389 （2）huw代入得：h=cpT0 Tm 1 cT1m2cT2120*773210L=kp m 1m 2c330wpAdLpAkdp1kpAp1pVRT 582K 222 309名师归纳总结 T=c vcpT055

18、2K=279 317 解：等容过程RT 1p2 vp 1 v第 5 页,共 26 页0 . 5 RkccpR1.4 同（ 2）只是 W 不同wpdVpVRTpQmc vTmRT 2k1k1- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 37.5kJ 优秀学习资料欢迎下载lnp2/p 1 ln1/80.9 n3-18 解：定压过程lnv 1/v2 ln1/10由于T1=p 1 VmR2068.41030 .03=212.qcnT内能变化为1287cv5R717.5J/kgK6.2K 2cp7R7cvT2=432.4K 25内能变化：1004.5J/kgKcnc vnk

19、5 c vUmc vt1 1. 010 .287216n13587.5J/kgK156.3kJ .1 4156 . 3218.8 kJ ucvTqcv/cn 8 103J 焓变化：膨胀功：wqu 32 103J HkU轴功：wsnw28.8 103J 功量交换：V22 V10.06m3焓变：hcpTku 1.4 8 11.2 103J WpdVp V2.V12068 4.0 . 03熵变：scplnv 2cvlnp2 0.82v 1p 162.05kJ热量交换：103J/kgK空气、 初始 状态为QUW156362. 05=218.35 42 有1kgkJ p 105.MPa,t1150,进行

20、以下过程：名师归纳总结 p73 （ 1）可逆绝热膨胀到p2p0 .1 MPa；第 6 页,共 26 页4-1 1kg 空气在可逆多变过程中吸热40kJ,其容 积 增 大 为v210 v 1, 压 力 降 低 为（ 2）不行逆绝热膨胀到p2201.MPa,p 2p 1/8,设比热为定值,求过程中内能T2300 K；0 .1 MPa；的变化、膨胀功、轴功以及焓和熵的变化；（ 3）可逆等温膨胀到解：热力系是1kg 空气过程特点：多变过程（ 4）可逆多变膨胀到p20.1 MPa,多变- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 优秀学习资料欢迎下载lnV2.1293*22

21、 . 4*287*373*ln10指数n2；wmRTV11试求上述各过程中的膨胀功及熵的变化,并将各过 程 的 相 对 位 置 画 在 同 一张pv图 和7140kJ 名师归纳总结 Ts图上smR lnV219.14kJ/K 286 解：热力系 1kg 空气V1（1）膨胀功：2 自由膨胀作功为0 wRT 1 k 11p2kk1111.9 103J smR lnV219.14kJ/K V1p 1熵变为 0 44 质量为 5kg 的氧气,在 30温度下定温（ 2 ）wucv T1T2 88.3 压缩, 容积由 3m 3 变成 0.6m3,问该过程中工质吸取或放出多少热量？输入或输出多少功10 3J

22、 量？内能、焓、熵变化各为多少？scplnT2Rlnp2解：qmRTlnV25*259 8.*300*ln0 6.T1p 1V 13116.8J/kgK 627.2kJ 放热 627.2kJ （3）wRT 1lnp 1195.4由于定温,内能变化为0,所以wqp2内能、焓变化均为0 3 10J/kgK熵变：smR lnV2 2.1 kJ/K sRlnp 10.462 103J/kgKV1p245 为了试验容器的强度,必需使容器壁受（4）wRT 11p2nn1 67.1 103J 到比大气压力高0.1MPa 的压力；为此把压力等于大气压力； 温度为 13的空气充入受试验n1p 1的容器内,然后关

23、闭进气阀并把空气加热；已T2T 1 p2nn1 189.2K 知大气压力B101.3kPa ,试问应将空气的温度加热到多少度？空气的内能、焓和熵的变化p 1为多少？scplnT2Rlnp2解：（ 1）定容过程T1p 1T2T1p2286*100101.3568346.4J/kgKp 1101.3.3K 4-3 具有 1kmol 空气的闭口系统,其初始容积（ 2）内能变化：ucvT2T1 5*287*568 . 3为 1m 3,终态容积为10 m 3,起初态和终态温度2均 100时,试运算该闭口系统对外所作的功202.6kJ/kg 第 7 页,共 26 页及熵的变化；该过程为：（ 1）可逆定温膨

24、胀；hcp T2T 1 7*287* 568 3.286 （2）向真空自由膨胀；2解：（1）定温膨胀功283.6 kJ/kg - - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - scvlnp20.49 kJ/kg.K 优秀学习资料欢迎下载lnp2/p 1 ln0. 12/06.np 1lnv 1/v2 ln0.236/0 .8151.30 4-6 6kg 空气由初态p1 0.3MPa,1 千克气体所作的功p2 v 2 11*.06*0 . 2360 . 12*.0t1=30 ,经过以下不同的过程膨胀到同一终wn11p 1 v 1压 p20.1MPa：（1）定温过程；（2

25、）定熵过程；.1 3（3）指数为 n 1.2 的多变过程；试比较不同146kJ/kg 过程中空气对外所作的功,所进行的热量交换吸取的热量和终态温度；解：（1）定温过程名师归纳总结 WmRTlnp 16*287*303*ln0.3qcn T2T 1 nkkR1 T2T 1 nkk11p201.n1n1573.2 kJ =QWT2=T1=30（2）定熵过程303*11 . 31 . 411.0 12*0 . 8250 6.*0 . 236 WmkR1T1 1p2k16*287*36.5 kJ/kg .1 .0 3 1 1 .114.0 3.14k4p 1.141内能：351.4 kJ uqw146

26、-36.5 109.5 kJ/kg Q 0 T2T 1 p2k1221.4K 焓：khcp T2T 1 kk1p2 v2p 1 v 1p 1（3）多变过程 153.3 kJ/kg T2T 1 p2nn1 252.3K 熵：p 1scplnv2c vlnp210045.*ln0. 8157174.*ln0. 12v 1p 10. 2360 .6WmnR1 T1T26*287*303 90J/kg.k 252 . 3.121436.5 kJ 4-8 1kg 抱负气体由初态按可逆多变过程Qmc n T2T16*c vnk*252 . 3从 400降到 100,压力降为 303 p 21p 1,已知n

27、16218.3 kJ 该过程的膨胀功为200kJ ,吸热量为40 kJ ,设比4 7 已知空气的初态为p10.6MPa,热为定值,求该气体的cp和cvv1=0.236m3/kg ；经过一个多变过程后终态变化为 p20.12MPa,v2=0.815m 3/kg ；试求该过程解：的多变指数,以及每千克气体所作的功、所吸ucvT2T1 qw160kJ 收的热量以及内能、焓和熵的变化；解：（1）求多变指数c 533J/kg.k 第 8 页,共 26 页- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - wnR1T 1T2 RT 1 n 11优秀学习资料欢迎下载2T 1 145.

28、4 kJ/kg p2nn1=wR Tp 1定熵膨胀名师归纳总结 200 kJ ucvT3T2505 kJ/kg *ln0.101325解得： n1.49 R=327 J/kg.k wkR 1T2T3 u-505 kJ/kg代入解得：cp533+327=860 J/kg.k = -505 kJ/kg w或者：其 q=0,4-9 将空气从初态1,t1=20 , 定熵压缩4-11 1 标准 m 3的空气从初态1 p1 到它开头时容积的1/3 ,然后定温膨胀,经过两个0.6MPa,t1=300 定熵膨胀到状态2,且 v2=3v1；过程,空气的容积和开头时的容积相等；求1kg 空空气由状态2 连续被定温

29、压缩,直到比容的值和开气所作的功；始时相等, v3=v1 ,求 1、2、3 点的参数（ P,T,V ）解：和气体所作的总功；w 1RT 1 1p 2k1RT 1 k 11v 1k1解：287 1 4. v * 1 293 1 RT p 1 1 1.1 3287 4 16 *5730.274 m3/kg k105k1p 1v2-116 kJ/kg p2p 1 v 1 v 2k0 6.*11.4 0.129 MPa 3T2T1v 1k1 454.7K T 2 T 1 v 1 kv 23V2=3V1=0.822 m1573*1 30.4369K v2w 2RT2lnv3287*454 . 7*ln

30、1/3 v2T3=T2=369K 143.4 kJ/kg V3=V1=0.274 m3w=w1+w2=27.4 kJ/kg p 3p2 v 2.0 129*3 v 10.387 MPa 4-10 1kg 氮气从初态 1 定压膨胀到终态2,v 3v 1然后定熵膨胀到终态3；设已知以下各参数：412 压气机抽吸大气中的空气,并将其定温压缩t1=500 , v2=0.25m3/kg ,p3 0.1MPa,至 p25MPa；如压缩 150 标准 m 3空气,试求用水冷v3=1.73m3/kg ；求（ 1）1、2、3 三点的温度、比容却压气机气缸所必需带走的热量；设大气处于标准和压力的值；（2）在定压膨

31、胀和定熵膨胀过程中内状态；能的变化和所作的功；解：解： 1p2p 3 v 3k.01 *.1 73 1.0 254.QWp 1 V1lnp 10. 101325*106*150v2p 251.5 MPa -59260kJ T2P2v21 .5*0.25*1061263K 4-13 活塞式压气机吸入温度t1=20 和压R296.8力 p10.1MPa 的空气,压缩到p20.8MPa,压气p1=p2=1.5 MPa 机每小时吸气量为600 标准 m 3；如压缩按定温过程v1=T 1 v 2T 2=0.15 m3/kg 进行,问压气机所需的理论功率为多少千瓦？如压缩按定熵过程进行,就所需的理论功率又

32、为多少千瓦？T3P3v 30 .1 *1. 73*106=583 K 解：定温：R296.8mpV100000*6000.215kg/s 2 定压膨胀RT287*2733600第 9 页,共 26 页ucv T2T1 364 kJ/kg - - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 优秀学习资料 欢迎下载WsmRT1lnp 1 37.8KW p2定熵W1 smkRT 11p 2 p 1kk10 . 215*1 . 4k1 51.3 KW 4 14 某工厂生产上需要每小时供应压力 为 0.6MPa 的压缩空气 600kg；设空气所初始温度为 20,压力为 0.1MPa；求压气机需要的最小理论功p 1 V 1解：（ 1）m =8.04kg/s RT 1ln p 2 / p 1 n =1.13 ln v 1 / v 2 4.1 1* 287 * 293 1 8.0