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 ＝296.9)/(K kg J •（2）标准状态下2N 的比容和密度1013252739.296⨯==p RT v ＝0.8kg m /3v 1=ρ＝1.253/m kg（3）MPa p 1.0=，500=t ℃时的摩尔容积MvMv ＝pT R 0＝64.27kmol 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 ＝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 ＝188.9Bp 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 219.83min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const pv =0.7MPa 、8.5 m3的空气在0.1MPa 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0.1MPa 的空气3 m3，则要压缩59.5 m3的空气需要的时间==35.59τ19.83min2－8 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=3000×9.8/(πr2)+101000=335.7kPa==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 ＝28.86气体常数86.2883140==M R R ＝288)/(K kg J •容积成分2/22Mo M g r o o =＝20.9％=2N r1－20.9％＝79.1％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＝16.4830/736.04.2248.164.22m kg M ===ρ（2）各组成气体在标准状态下分压力 因为：pr p i i ===325.101*%974CH p 98.285kPa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WU Q +∆=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。
60/204002000⨯⨯=Q ＝2.67×105kJ（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WU Q +∆=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-2 10 x12-b-1 -7 -41-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⎰⎰=WQδδ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WUQ+∆==---=-=∆)4(7WQU－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。
过程Q（kJ）W（kJ）ΔE（kJ）1～2 1100 0 11002～3 0 100 -1003～4 -950 0 -9504～5 0 50 -50解：同上题3-7 解：热力系：1.5kg质量气体闭口系统，状态方程：bavp+=)]85115.1()85225.1[(5.1---=∆vpvpU＝90kJ 由状态方程得1000＝a*0.2+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=cpT0ucv1=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 -+==398.3K3－10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 m1.78℃ 78.112=∆+=t t t ℃空气在加热器中的吸热量)78.1250(006.156.0-⨯⨯=∆=T Cp mQ ＝138.84kW (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。
