最新热工学课后作业答案

2－17 如果忽略空气中的稀有气体，则可以认为
其质量成分为 go2 23.2% ，g N 2 76.8% 。
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
M
1 gi
1
＝28.86
0.232 0.768
Mi
32
28
气体常数
R R0 8314 ＝288 J /(kg K ) M 28.86
解：（1）热力系：礼堂中的空气。 闭口系统
Q W
根据闭口系统能量方程
即 10＋（－7）＝x1+（－4）
ห้องสมุดไป่ตู้
Q U W
x1=7 kJ (2)对 1-c-2 和 2-b-1 也组成一个闭口循环
M 28 （2）标准状态下 N 2 的比容和密度 v RT 296.9 273 ＝0.8 m3 / kg
p 101325 1 ＝1.25 kg / m3
v （3） p 0.1MPa ， t 500 ℃时的摩尔容积 Mv
Mv ＝ R0T ＝64.27 m3 / kmol p
2-3．把 CO2 压送到容积 3m3 的储气罐里，起始表
rC 4H 10 0.18% ， rCO 2 0.2% ，
rN 2 1.83% 。试求：
（1） 天然气在标准状态下的密度； （2） 各组成气体在标准状态下的分压力。 解：（1）密度
M ri M i (97 16 0.6 30 0.18 44 0.18 58 0.
＝16.48
坏了：（1）在通风系统出现故障后的最初 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。
所有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？如何解释空气温度的升高。
(1)对 1-a-2 和 2-b-1 组成一个闭口循环，有
压力 pg1 30 kPa，终了表压力 pg 2 0.3 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
m1 p1v1 RT1
压送后储气罐中 CO2 的质量
m2
p2v2
7 105 8.5
kg
RT 2 287 288
压缩机每分钟充入空气量
m pv 1105 3 kg RT 287 288
所需时间
t m2 19.83min m
V1 p2V 2 0.7 8.5 59.5 m3
P1
0.1
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
容积成分
ro2 g o2 M / Mo2 ＝20.9％
rN2 1－20.9％＝79.1％
标准状态下的比容和密度
M
28.86
＝1.288 kg /m3
22.4 22.4
v
1
＝0.776 m3/kg
2-18 已 知 天 然 气 的 容 积 成 分 rCH 4 97% ，
rC2H 6 0.6% ， rC3H 8 0.18% ，
0
M 22.4
16.48 22.4
0.736kg
/ m3
（2）各组成气体在标准状态下分压力
因为： pi ri p
pCH 4 97% *101.325 98.285kPa
同理其他成分分压力分别为：（略）
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
2-2.已知 N 2 的 M＝28，求（1） N 2 的气体常数； （ 2 ） 标 准 状 态 下 N 2 的 比 容 和 密 度 ；（ 3 ） p 0.1MPa ， t 500 ℃时的摩尔容积 Mv 。
解：（1） N 2 的气体常数 R R0 8314 ＝296.9 J /(kg K )
＝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
mm
或者
v2 RT 2 0.5 m3/kg p
（3）初态密度
1 m 2.12 ＝4 kg /m3 V1 0.527
2 1 2 kg /m3 v2
2-9 解：（1）氮气质量
m pv 13.7 106 0.05 ＝7.69kg RT 296.8 300
（2）熔化温度
T pv 16.5 106 0.05 ＝361K mR 7.69 296.8
m2 p2v2 RT 2
根据题意
容积体积不变；R＝188.9
p1 pg1 B
（1）
p2 pg2 B
（2）
T1 t1 273 T 2 t2 273
（3） （4）
压入的 CO2 的质量
m m1 m2 v ( p2 p1) （5） R T 2 T1
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
m m1 m2 v ( p2 p1) 300 (99.3 101.325) 1000 R T 2 T1 287 300 273
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
T 2 V 2 T1 582K V1
（2）空气的初容积 p=3000×9.8/(πr2)+101000=335.7kPa
V1 mRT1 0.527 m3 p
空气的终态比容
v2
V2
2V1
＝0.5
m3/kg