【正文】 工程熱力學(xué)(第五版)習(xí)題答案工程熱力學(xué)（第五版）廉樂明 譚羽非等編中國建筑工業(yè)出版社第二章 氣體的熱力性質(zhì)＝28，求（1）的氣體常數(shù)；（2）標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的比容和密度；（3），℃時的摩爾容積。解：（1）的氣體常數(shù)＝（2）標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的比容和密度＝＝（3），℃時的摩爾容積 ＝＝23．把CO2壓送到容積3m3的儲氣罐里，起始表壓力kPa，終了表壓力Mpa，溫度由t1＝45℃增加到t2＝70℃。試求被壓入的CO2的質(zhì)量。當(dāng)?shù)卮髿鈮築＝ kPa。解：熱力系：儲氣罐。應(yīng)用理想氣體狀態(tài)方程。壓送前儲氣罐中CO2的質(zhì)量壓送后儲氣罐中CO2的質(zhì)量根據(jù)題意容積體積不變；R＝ （1） （2） （3） （4）壓入的CO2的質(zhì)量 （5）將（1）、(2)、(3)、(4)代入（5）式得m=25當(dāng)外界為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)時，一鼓風(fēng)機每小時可送300 m3的空氣，如外界的溫度增高到27℃，而鼓風(fēng)機每小時的送風(fēng)量仍為300 m3，問鼓風(fēng)機送風(fēng)量的質(zhì)量改變多少？解：同上題＝26 空氣壓縮機每分鐘自外界吸入溫度為15℃、 m3， m3的儲氣罐內(nèi)。設(shè)開始時罐內(nèi)的溫度和壓力與外界相同，？設(shè)充氣過程中氣罐內(nèi)溫度不變。解：熱力系：儲氣罐。使用理想氣體狀態(tài)方程。第一種解法：首先求終態(tài)時需要充入的空氣質(zhì)量kg壓縮機每分鐘充入空氣量kg所需時間第二種解法將空氣充入儲氣罐中，；、 。根據(jù)等溫狀態(tài)方程、 m3 m3， m3的空氣需要的時間2－8 在一直徑為400mm的活塞上置有質(zhì)量為3000kg的物體，氣缸中空氣的溫度為18℃。加熱后其容積增大為原來的兩倍。大氣壓力B＝101kPa，問：（1）氣缸中空氣的終溫是多少？（2）終態(tài)的比容是多少？（3）初態(tài)和終態(tài)的密度各是多少？解：熱力系：氣缸和活塞構(gòu)成的區(qū)間。使用理想氣體狀態(tài)方程。（1）空氣終態(tài)溫度582K（2）空氣的初容積p=3000(πr2)+101000= m3空氣的終態(tài)比容＝ m3/kg或者 m3/kg（3）初態(tài)密度＝4 kg /m32 kg /m329 解：（1）氮氣質(zhì)量＝（2）熔化溫度＝361K2－14 如果忽略空氣中的稀有氣體，則可以認(rèn)為其質(zhì)量成分為。試求空氣的折合分子量、氣體常數(shù)、容積成分及在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的比容和密度。解：折合分子量＝氣體常數(shù)＝288容積成分＝％ 1－％＝％標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的比容和密度＝ kg /m3＝ m3/kg215 已知天然氣的容積成分，，。試求：天然氣在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的密度；各組成氣體在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的分壓力。解：（1）密度＝（2）各組成氣體在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下分壓力因為：同理其他成分分壓力分別為：（略）第三章 熱力學(xué)第一定律3－1 安靜狀態(tài)下的人對環(huán)境的散熱量大約為400KJ/h，假設(shè)能容納2000人的大禮堂的通風(fēng)系統(tǒng)壞了：（1）在通風(fēng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障后的最初20min內(nèi)禮堂中的空氣內(nèi)能增加多少？（2）把禮堂空氣和所有的人考慮為一個系統(tǒng)，假設(shè)對外界沒有傳熱，系統(tǒng)內(nèi)能變化多少？如何解釋空氣溫度的升高。解：（1）熱力系：禮堂中的空氣。閉口系統(tǒng)根據(jù)閉口系統(tǒng)能量方程因為沒有作功故W=0；熱量來源于人體散熱；內(nèi)能的增加等于人體散熱。＝105kJ（1）熱力系：禮堂中的空氣和人。閉口系統(tǒng)根據(jù)閉口系統(tǒng)能量方程因為沒有作功故W=0；對整個禮堂的空氣和人來說沒有外來熱量，所以內(nèi)能的增加為0。空氣溫度的升高是人體的散熱量由空氣吸收，導(dǎo)致的空氣內(nèi)能增加。3－5，有一閉口系統(tǒng)，從狀態(tài)1經(jīng)a變化到狀態(tài)2，如圖，又從狀態(tài)2經(jīng)b回到狀態(tài)1；再從狀態(tài)1經(jīng)過c變化到狀態(tài)2。在這個過程中，熱量和功的某些值已知，如表，試確定未知量。過程熱量Q（kJ）膨脹功W（kJ）1a210x12b1741c2x22解：閉口系統(tǒng)。使用閉口系統(tǒng)能量方程(1)對1a2和2b1組成一個閉口循環(huán)，有即10＋（－7）＝x1+（－4）x1=7 kJ(2)對1c2和2b1也組成一個閉口循環(huán)x2＋（－7）＝2+（－4）x2=5 kJ(3)對過程2b1，根據(jù)－3 kJ36 一閉口系統(tǒng)經(jīng)歷了一個由四個過程組成的循環(huán)，試填充表中所缺數(shù)據(jù)。過程Q（kJ）W（kJ）ΔE（kJ）1～21100011002～301001003～495009504～505050解：同上題37 解：熱力系：閉口系統(tǒng)，狀態(tài)方程：＝90kJ由狀態(tài)方程得1000＝a*+b200=a*+b解上兩式得：/a=800b=1160則功量為＝900kJ過程中傳熱量＝990 kJ3－8 容積由隔板分成兩部分，左邊盛有壓力為600kPa，溫度為27℃的空氣，右邊為真空，容積為左邊5倍。將隔板抽出后，空氣迅速膨脹充滿整個容器。試求容器內(nèi)最終壓力和溫度。設(shè)膨脹是在絕熱下進行的。解：熱力系：左邊的空氣系統(tǒng)：整個容器為閉口系統(tǒng)過程特征：絕熱，自由膨脹根據(jù)閉口系統(tǒng)能量方程絕熱自由膨脹W＝0因此ΔU=0對空氣可以看作理想氣體，其內(nèi)能是溫度的單值函數(shù)，得根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程＝100kPa39 一個儲氣罐從壓縮空氣總管充氣，總管內(nèi)壓縮空氣參數(shù)恒定，為500 kPa，25℃。充氣開始時，罐內(nèi)空氣參數(shù)為100 kPa，25℃。求充氣終了時罐內(nèi)空氣的溫度。設(shè)充氣過程是在絕熱條件下進行的。解：開口系統(tǒng)特征：絕熱充氣過程工質(zhì)：空氣（理想氣體）根據(jù)開口系統(tǒng)能量方程，忽略動能和未能，同時沒有軸功，沒有熱量傳遞。沒有流出工質(zhì)m2=0dE=dU=(mu)cv2(mu)cv1終態(tài)工質(zhì)為流入的工質(zhì)和原有工質(zhì)和m0= mcv2mcv1mcv2 ucv2 mcv1ucv1=m0h0 (1)h0=cpT0ucv2=cvT2ucv1=cvT1mcv1=mcv2 =代入上式(1)整理得=3－10 供暖用風(fēng)機連同加熱器，把溫度為℃的冷空氣加熱到溫度為℃，然后送入建筑物的風(fēng)道內(nèi)，風(fēng)機軸上的輸入功率為1kW，設(shè)整個裝置與外界絕熱。試計算：（1）風(fēng)機出口處空氣溫度；（2）空氣在加熱器中的吸熱量；（3）若加熱器中有阻力，空氣通過它時產(chǎn)生不可逆的摩擦擾動并帶來壓力降，以上計算結(jié)果是否正確？解：開口穩(wěn)態(tài)穩(wěn)流系統(tǒng)（1）風(fēng)機入口為0℃℃℃空氣在加熱器中的吸熱量＝(3)若加熱有阻力，結(jié)果1仍正確；但在加熱器中的吸熱量減少。加熱器中，p2減小故吸熱減小。3－11 ，與溫度為27℃、壓力為7MPa的壓縮空氣干管相連接，當(dāng)閥門打開，空氣流進罐內(nèi)，壓力達到5MPa時，把閥門關(guān)閉。這一過程進行很迅速，可認(rèn)為絕熱。儲罐的閥門關(guān)閉后放置較長時間，最后罐內(nèi)溫度回復(fù)到室溫。問儲罐內(nèi)最后壓力是多少？解：熱力系：充入罐內(nèi)的氣體由于對真空罐充氣時，是焓變內(nèi)能的過程罐內(nèi)溫度回復(fù)到室溫過程是定容過程＝3－12 壓力為1MPa和溫度為200℃的空氣在一主管道中穩(wěn)定流動。現(xiàn)以一絕熱容器用帶閥門的管道與它相連，慢慢開啟閥門使空氣從主管道流入容器。設(shè)（1）容器開始時是真空的；（2）容器裝有一個用彈簧控制的活塞，活塞的位移與施加在活塞上的壓力成正比，而活塞上面的空間是真空，假定彈簧的最初長度是自由長度；（3）容器裝在一個活塞，其上有重物，需要1MPa的壓力舉起它。求每種情況下容器內(nèi)空氣的最終溫度？解:（1）同上題662K=389℃（2）h=cpT0L=kpT=552K=279℃同（2）只是W不同T=473K＝200℃3－13 解：對理想氣體3－14 解：（1）理想氣體狀態(tài)方程＝586K（2）吸熱：＝2500kJ315 解：煙氣放熱等于空氣吸熱 m3的煙氣的熱＝267kJ＝205℃t2=10+205=215℃317 解： 代入得：＝582K＝309℃3－18 解：等容過程＝319 解：定壓過程 T1== T2=內(nèi)能變化：＝焓變化： kJ功量交換： ＝熱量交換： = kJ第四章 理想氣體的熱力過程及氣體壓縮41 1kg空氣在可逆多變過程中吸熱40kJ，其容積增大為，壓力降低為，設(shè)比熱為定值，求過程中內(nèi)能的變化、膨脹功、軸功以及焓和熵的變化。解：熱力系是1kg空氣過程特征：多變過程＝因為內(nèi)能變化為＝ ＝ ＝＝8103J膨脹功：＝32 103J軸功： 103J焓變：＝8＝ 103J熵變：＝1034－2 有1kg空氣、初始狀態(tài)為，℃，進行下列過程：（1）可逆絕熱膨脹到；（2）不可逆絕熱膨脹到，；（3）可逆等溫膨脹到；（4）可逆多變膨脹到，多變指數(shù)；試求上述各過程中的膨脹功及熵的變化，并將各過程的相對位置畫在同一張圖和圖上解：熱力系1kg空氣膨脹功：＝103J熵變?yōu)?（2）＝103J＝（3）＝103＝103（4）＝103J＝＝－43 具有1kmol空氣的閉口系統(tǒng)，其初始容積為1m3，終態(tài)容積為10 m3，當(dāng)初態(tài)和終態(tài)溫度均100℃時，試計算該閉口系統(tǒng)對外所作的功及熵的變化。該過程為：（1）可逆定溫膨脹；（2）向真空自由膨脹。解：（1）定溫膨脹功7140kJ(2)自由膨脹作功為04－4 質(zhì)量為5kg的氧氣，在30℃溫度下定溫壓縮，問該過程中工質(zhì)吸收或放