工程热力学习题3

练习三 第 1 页 共 5 页 理想气体混合物 喷管流动理想气体混合物 喷管流动 1 由氧气 O2与氮气 N2组成的空气 其中氧气的质量分数 B 79 21 22 NO A B 22OO 2879 0 3221 0 3221 0 2 O C D 28879 0 28721 0 28721 0 2 O 32 28 21 0 2 O 题解 混合气体质量分数与容积分数间 n i ii ii i M M 1 2 由某种 x 气体与某种气体组成的混合气体 参数为 p V T 已知其中 x 气体的分压力 px 分体积 Vx 混合气体中 x 气体的状态方程 C A B TRmVp gxxxx TmRVp gx C D TRmpV x gxx TRmpV x gx 题解 混合气体中某一种气体状态的描述 若采用时 对应的是状态 若采用时 对应的是 i pTV i V 因此 混合气体中某一种气体状态方程可以有两种方式表示 Tp TRmpVTRmVp gxxxgxxx 3 刚性容器中有某种理想气体 参数 p1 V1 T1 现定温充入另一种 x 气体 使容器中的压力升到 p2 充入的气体质量 B A B 1 2 TR Vp m gx x 1 12 TR Vpp m gx x C D TR Vpp m g x 12 TR Vp TR Vp mmm ggx1 12 12 题解 充入 x 气体后 容器中为混合气体 总压力为 x 气体的分压力 x ppp 1212 pppx 混合气体中 x 气体的状态方程 TRmVp gxxx TR Vpp m gx x 12 4 刚性容器中原有某种理想气体 参数 p1 V1 T1 现定温充入第二种气体 使容器中的压力升到 p2 容器中现贮气体 C A B TR Vp m g2 2 12 2 g pp V m R T C D TR Vp m geq 2 TR Vp TR Vp mmm gg2 2 1 1 21 练习三 第 2 页 共 5 页 题解 混合气体状态方程可以由三种表达 针对混合气体 针对混合气体中某TRmVp geqeqeqeq 种气体 采用分压力概念时 同样针对混合气体中的某种气体 采用分容积概念时TRmVp giieqi 此题采用了 的表达式 TRmVp giiieq 5 由体积分数为 20 氧气 30 氮气 50 二氧化碳组成的混合气体 其定值定压体积热容 C A B 4 22 157 4 7 p c 4 22 157 4 7 3 02 0 4 22 157 4 5 5 0 p c C 4 22 157 4 9 5 0 4 22 157 4 7 3 02 0 p c D 4 22 157 4 7 5 03 02 0 p c 题解 二氧化碳是多原子气体 其定压定值摩尔热容为 9 4 157 而氧气 氮气是双原子气体 7 4 157 mp c 6 由组成的混合气体 其定容体积定值热容 A 1 06 03 0 222 HNO A B 4 22 157 4 5 v c 21 0286 0323 0 157 4 5 v c C D 4 22 157 4 7 v c 21 0286 0323 0 157 4 7 v c 题解 均为双原子气体 定容定值摩尔热容均为 当采用体积计量单位时 体 222 H N O157 4 5 积热容 故正确答案为 4 22 m c c 4 22 157 4 5 v c 7 由组成的混合气体 其定压定值质量热容 A 80 020 0 22 NO A B 9 2968 0 8 2592 0 8314 157 4 7157 4 7 eq p M c 9 2968 0 8 2592 0 8314 157 4 5 p c C D 9 2968 0 8 2592 0 8314 157 4 5 p c 288 0322 0 157 45 p c 题解 混合气体的折合气体常数 则折合摩尔质量 双原子气体定值 gi n i igeq RR 1 geq eq R M 8314 定压摩尔热容应选择kJ kmol K 157 4 7 m c 8 两种不同性质的气体由隔板隔开 隔板两侧体积相等 压力分别为p1 p2 温度相等 T1 T2 抽去隔板 练习三 第 3 页 共 5 页 混合气体的压力 A B 21 ppp 21 21 VV TRmm p geq C D 2 22 1 11 V TRm V TRm p gg 21 21 VV T ppp 题解 此条件下的不是分压力 故 分压力的概念是状态下的某种气体 21 pp 21 ppp eqeq TV 的压力 本题是由混合气体状态方程得到的结果 TRmVp geqeqeqeq 16 气体在管道中可逆流动时 任何截面上的滞止焓 D A B 222 22 2 2 2 1 1 fff c h c h c h 22 2 2 2 2 1 1 ff c h c h C D 均相等 22 2 2 2 2 1 1 ff c h c h 题解 由稳定流动能量方程可知 任何断面上工质的能量均守恒 当 h 则cf 故任何断面上滞止焓均 相等 17 气体在管道中可逆流动时 任何截面上的滞止状态 A A 均相同 B 不相同 C 由各断面的确定 不一定相同 2 2 f c h D 无法比较 题解 绝热可逆流动时 滞止焓在各断面上均相等 能量守恒 滞止状态均相等 2 2 f c hh 18 气体经不可逆流动后 滞止焓相等 滞止状态 B A 也相同 B 不相同 C 无法确定 D 滞止压力相等 滞止温度不等 题解 经不可逆流动后与可逆流动时的滞止焓相等 但因不可逆流动有 故滞止状 2 2 2 f c hh g s 态点与可逆时不一致 19 温度相同的空气 氧气 它们的声速 B A 均相同 B 2OAir cc C D 条件不够 无法确定 2OAir cc 题解 当 259 8 时 TRc g 287 gAir R 2 gO R 2 OAir cc 20 当气体性质一定时 什么时候达到喷管临界状态 A A 取决于喷管的进口状态 B 取决于什么类型的喷管 练习三 第 4 页 共 5 页 C 取决于气体常数 D 取决于喷管出口状态 题解 气体达到临界状态 压力一定为 而 故喷管的临界状态取决于气体进口状态 cr p crcr pp 1 21 喷管临界压力比 B A 取决于气体进 出口压力 B 取决于气体的定熵指数 C 取决于气体常数 D 取决于喷管的类型 题解 当气体的一定时 即为确定的常数 1 1 2 cr cr 22 当喷管内气流达到临界状态时 气流速度 B A 不一定达到声速 B 一定达到声速 C 一定达到临界速度但不一定是声速 D 与气流压力有关 与声速概念无关 题解 喷管的临界状态时 对应着流速达到声速 压力降至临界压力 声速 临界速度为同一概念 23 渐缩型喷管的流速 A A 只能小于 等于声速 B 可以大于声速 只要 p2 pcr C 只能等于声速 D 取决于出口压力 p2的变化 题解 渐缩喷管出口压力只能 不可能 故其流速 2 p cr p 2 p cr p 2f c cr c 24 渐缩型喷管进口压力 1MPa 工质为空气 其出口外部空间为大气 pb 0 1MPa 出口压力 C A p2 0 1MPa B p2 pcr 0 546MPa C p2 pcr 0 528MPa D p2 0 577MPa 题解 渐缩喷管出口压力最低只能达到 工质为空气时 0 528 cr pp 2cr 25 渐缩型喷管进口压力 1MPa 其出口外部空间大气压力 0 1MPa 若将喷管在长度方向上截去一小段 则出口速度与原先比较 2f c 2f c B A D 变为亚声速 2f c 2f c 2f c 2f c 2f c 2f c 2f c 题解 当喷管的外形一定时 出口流速仅与气流压力有关 当出口断面上仍然为时 其流速不变 cr p crff ccc 22 26 缩放型喷管的出口压力 A A B C D 0 546MPa cr pp 2cr pp 2cr pp 22 p 题解 缩放型喷管的出口压力总是低于临界压力 这类喷管用于获取超声速气流 喉部为 出口压力 cr p cr pp 2 27 缩放型喷管的最小截面处压力 A 练习三 第 5 页 共 5 页 A B cr pp 喉2 pp 喉 C D cr pp 喉cr pp 喉 28 缩放型喷管的最小截面处流速 A A ccr B c喉 crf cc 喉 C D 可以大于 ccr 也可以小于 ccr crf cc 喉 c喉 29 渐缩型喷管出口工质达到临界状态 入口处参数不变 若降低喷管出口外空间压力 其出口处 A A 压力不变 流速不变 B 压力降低 流速不变 C 压力降低 流速增大 D 压力不变 流速增大 题解 渐缩喷管若出口达到临界状态 即达到了其最大的膨胀极限 故外部空间压力的变化不影响其出口 状态 30 渐缩喷管 入口工质状态不变 在 B 范围内流量随压力的降低而增大 A p1 p2之间 B p1 pcr之间 C p1 pb之间 D 任意压力 题解 渐缩喷管流速在亚声速 声速之间