工程热力学(第五版)课后习题答案(全)VIP

1、工程热力学（第五版）习题答案工程热力学（第五版）廉乐明谭羽非等编第二章气体的热力性质2-2.TJ2 873313%C = 丁 = f = 64.14%t,C7171-T2873873-313=64.14%的 M=28,求（1）Wo = rji cQi = 0.6414 x 100 = 64.14/cUZ293-273293=14.65时的摩尔容积Qi 20 X 1000= 9.77X3600 = 0455klyP=9.77x360020 x1000=0.455左 WT2 _ (7/2)X1200P- =3600p71-T27236001-T2)x12002 = 20t2二20= 64. 277

2、 = 313K = 40=313K=402-3.把C02压送到容积3m3的储气罐里，起始表压力Q =小= 0,3 X 5 x 10000 = 15000/c/h。二Q1二0.3x5x10000=15000口kPa,终了表压力Q2 = Q1(l小)=10000 x (10.3) = 7000kJ/hQ2二Q10000 x(1-0.3)二7000kJ/hMpa,温度由tl=45增加到t2 = 70。试求被压入的C02 的质量。当地大气压B=101.325 kPao解：热力系：储气罐。应用理想气体状态方程。压送前储气罐中C02的质量Q = QQ2 = 15000 7000 = 22000kJ/h Q

3、 总=QQ 2=150007000=22000/压送后储气罐中C02的质量t2根据题意容积体积不变；R=188.9K11.4172 = T看尸=300 X 谓产=410.6T=Ti)KK=300 x(0.：0.：)1.41.4-1=410.6Q = AUW = OQ=UW=OQ = AUW = OQ=AUwf二0w =1.1Ww=1AW压入的C02的质量AU =1.1AUAU，= 1.1AU将(1)、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27C,大气压降低到99.3kPa,而鼓风 机每小时的送风量仍为300 m3,

4、问鼓风机送风量的质量改变多 少？解：同上题机c/Tz*) = Llmc/RTi)=Amc-T= 41. 97kg2-6空气压缩机每分钟自外界吸入温度为15、压力为0. IMPa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T，= T 1,1(7271) = 300 1.1 X (410.6300) = 421.7 2T2 ，=T11.1(72-T1)=3001.1x(410.6

5、-300421.7kg压缩机每分钟充入空气量=0.1 x (1.01/n0.287S=m(T， 口/S = Tn(c In -Rln-) “1=0.1 x (1.01/n0.287S=m(ciInRin)=0.1x( l.Olln300421/-0.2871no.:0;)kg所需时间7.37722587.37lfC = 7f = 293258l,c71-T272293-258258=7.3719.83min第二种解法=0.6414xl00=64.14W的气体常数；(2)标准状态下Q? = (l%,c)Qi = (10.6414) x 100 = 35.86/cWQ二(1 一)e=(1-0.64

6、14)x 100=35.86W)x 100=35.86W的比容和密度;)x 100=35.86W的比容和密度;(3)x 100=35.86W的比容和密度;(3)TJ2 1000400%C = 7 = 1000 = 60%0. IMPa一定量的空气压缩为o.7MPa的空气；或者说0. 7MPa、8.5 m3的空气在0. IMPa下占体积为多少的问题。根据等温状态方程Q1 125700P =豆=7.37 x 3600 = 4.74/cVKP=7.37x3600125700=4.74ZW0. 7MPa、8. 5 m3的空气在0. IMPa下占体积为Q1 =。2 0=125700 4.74 X 360

7、0 = 142756/九Q=Q2P= 1257004.74x3600= 142756mm3压缩机每分钟可以压缩0. IMPa的空气3 m3 Q1 142756, ZJm =可证=万荻7 = 4867.2kgmch2oAre14.19x7142756二4867.2依，那么要压缩59. 5 m3的空气需要的时间% = Q14U1 = 10030 = 7001=QAU=10030=7019.83min2-8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

8、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Q2 =0.026） = 100 600 x 0.026 = 115.60Q 2=7（0.026100600 x0.026=115.6AJ582K(2)空气的初容积p=3000X 9. 8/(冗r2) 101000=335. 7kPaHZ = Q2U2 = 115.6(30) = 85.6 灯W=Q2-AU2=115.6(-30)=-85.6U0. 527 m3空气的终态比容p21As = Rin 歹=0.287 x =0.66kJ/kg - KAs=Rn

9、ppr /=0.287xln0.1=-0.66kJ/kg-K=0. 5 m3/kg或者w = RT = 0.287 x 400 x bi-j = 264k)/kgw=RTp rp=0.287x400 xln10.1=-26AkJ/kg0. 5 m3/kg(3)初态密度w = 1.25w = 1.25 x (264) = 330kJ/kgw= 1.25 忻 125x(264)=-330kJ/kg=4 kg /m3q =ww = 330(264) = 66k/kgq9，-w=-330(264)=-66kJ/kg2 kg /m32-9解：(1)氮气质量(766,As = As f = 0.66 77

10、777 = 0A4kJ/kg - K1 nO U V) 。As91Q 9=0.66 30066=-bA4kJlkgK=7. 69kg(2)熔化温度Qi =讨 271)qi-cV(72-T i)= 361K2-14如果忽略空气中的稀有气体，那么可以认为其质量成分为Q2 =。口(7371)q2-C-T)W 12)(73，1)T 3 J%/%1片q=1-Q=1-T3-T1)= K12IT1113IT1-1= K pIp1V3lv11O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q1 = RT1lnqi=RT1InPrp1-T10001000-400=60%小0

11、 = %(Qi = 0.6 x 1000 = 6000 700kJw0二t,CQ1=0.6x 1000=600制rnaxW0 = 700660 = 4。kJ3W=WO.max-wo=700-660V=40V400 X 0.1ml = RT = 0.287 X 313 = 0.445RI iPiVi0.287x313400 x0.1=0.445依P2V2 200 X 0.10.238kg0.238kg0.238kgm2 = RT = 0.287 X 293 m20.238kgR72P / /V20.287x293200 x0.1=0.238依AU = mic/TTi) m2cl；(7，2)U=m

12、icv(T-li2Cv(T-l2)二0miTim2T2 0.445 X 313 0.238 X 293306KT -；1 m1 m20.445 0.238306KT=mimr /miT1mr /T2二306Ko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0% i)RT (0.445 0.238) x 0.287 X 306P = v1v2 = oToj = 0.3MPap=V1V2(n)RT(0.4450.23)x0.287x306=0.3MPa= 16. 484sT pT p=m1As1 m2As2 =7?Zn) nCp) 不?切工)=0.445(,306,

13、 0.3, 306, 0.3、,1.01 - Zn0.287 仇57) 0,238(1.01 仇疯0.287 仇建)=00093kJ/KA5=m-Ti1.01x( 1000-300)二701 kJIkg o解：(1)rp K1.4P3P373 300 q2 = RT3ln- = RT3ln = RT3lnK1 = 0,287 x 300 x 仇(脸)加=3628k)gq2=RT3InP 1P J=RT3Inpsm2s2-miInRinInRin)=0.445(1.01-In31-30(-0.287-ln0/0 二)0.238(l.Olln29：30(-0.2874no.:o.:)=0.0093

14、/K(2)各组成气体在标准状态下分压力因为：T2 =喧=400 x 2.5 = 1000KT2=T1P1Pr 2二400 x2.5=1000Kqi = c/RTi) = 0.723 x (1000400) = 433.8kJ/kgq-c2-Ti）=0.723x（1000-400）=433.8R/依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

15、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% 1t/2 = RT31n = 0.287 x 400必元=2643k)/kgq2二RT3Inv3=0.287x400111101=264.3口/依因为没有作功故归0；热量来源于人体散热；内能的增加等于 人体散热。w = c/jt/2 = 433,8264.3 = 169.5 kJ/kgw=q1一q2=433.8264.3=169.5。依=2. 67X 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%264.3r/ = 1=143l8 = 39-0%=

16、-QIQ2=1一433.8264.3=39.0%因为没有作功故W二0；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，如表，试确定未知量。过程热量Q (kJ)膨胀功W (kJ)l-a-210 xl2-b-l-7-4l-c-2x22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，有二二T二TmKR20g)=29820(1.41)0.5 X 二TmK

17、R20g)=29820(1.41)0.5 X 1.4 X 0.287= 258.2K20(K-=29820(1.4-1=258.2K即 10+ (-7) =xl (-4)xl=7 kJ(2)对l-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-bT,根据 p 2111T2 = Ti() * = 298 X 0.414 = 2294K=Ti)KK=298x0.41.41.4-1=229.4KR(T2) nc id 0.287 X (298229.4)HZ = mKW = tyik- = 0,5 x 1.4 x= 34.5/cVKJK L1 .t,

18、 1ws=mKW=mKK-1R(-T=0.5x1,4x1.4-10.287x(298229.4)=34.5 左 W-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) E (kJ)12110001100230100-10034-9500-95045050-50解：同上题3-7解：热力系：1.5kg质量气体pk 4=RT3ln()KK=0.287x300 xln(100(300)1.4-11.4闭口系统，状态方程：nl1.3172 = 71(/尸=303 X (言)笆=515.5KT2二 T1)n二二303x(二303x(n-二303x(

19、11.3-1=515.5KTLK rri rp1.31.4 0.287 广 LCCC、 i .q =而，(7271) =义行 x (515.5303) = 50.8kJ/kgq=n-ln-K72-T1)=1.3-11.4x10.287x(515.5-303=-50.SkJ/kg= 90kJ由状态方程得1000 = a*0. 2 b200=a* 1. 2 b解上两式得：a二-800b=1160那么功量为q 50.8一 八/Is1=广= 0A7SkJ/kg KAsi7q29050.8=0.175 口/依K= 900kJ过程中传热量72 P2As? = cdn乙 r 1 i Pis2=CPIn7i7

20、2RinP1p= 990 kJ3 8容积由隔板分成两局部，左边盛有压力为600kPa,温度 为27c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.515.51=1.005 x ln-0.287ln = 0.127k/kg - K=1.005xln303515.5-0.2871n0.11=0A27kJ/kg-K绝热dSjs。= /Si /S2 = 0.1750.127 = 0.048kJ/kg Ksisos2=0.1750

21、.127=0.048&/&gK自由膨胀w=o因止匕AU=0对空气可以看作理想气体，其内能是温度的单值函数，得K11.4172 = 7看尸= 800 X （竽产=5O5,1KT2=TK二800 x(io.:)1.41.4-1=505.IK根据理想气体状态方程218.8kJ/kg218.8kJ/kg218.8kJ/kg0.2968 X (800505.1)218.8kJ/kgW =L41w=K1R(11-T2)1.4-10.2968x(800-505.1)=218.8 灯/炊= 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, 25o充气开始时，罐内空

22、气参数为100 kPa, 25O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。exulexu2F F RT2RT.=2Po(”2%)To(S2S。=%(7172州0() = 218.8100 x 0.2968 x (505.1 800、, ZI200 iooo)= 167.6kJ/kgex uexu2二u-u2-p()2-v1)T0(5r NF1)=c-TR：RI)=218.8-100 x0.2968x(200505/100(800=362.8口/依的气体常数

23、w = q1 q2 = 707362.8 = 344.2kJ/kgw=q=707362.8=344.2/依= 296.9w 344.2= 48.68%n707344.2=48.68% (2)标准状态下TrT2 1000300%c = 1 = 1000 = 70%)=167 6kJ/kg没有流出工质m2=0dE=dU=(mu)cv2-(mu) cvl终态工质为流入的工质和原有工质和mO= mcv2-mcvlmcv2 ucv2- mcvlucvl=mOhO (1)hO=cpTOucv2=cvT2ucvl=cvTlmcvl= nl02T2 = T1:尸=800 X (竽产=611.8KT2=Tn-二

24、800 x(10.：)1.21.2-1=611.8Kmcv2 =2793k) g2793k) g2793k) gR(T/2)0.2968 X (800611.8)W = =L212793k) gw=n-lR(-T)1.2-10.2968x(800-611)=279.3口/炊代入上式整理得0.237 m3/kgRT1 0.2968 X 800V1 = 770.237 m3/kgV1P1R7110000.2968x800=0.237/71I kg=398. 3K3 10供暖用风机连同加热器，把温度为 收2 0.2968 X 611.8?八功=L -而一=0.908巾 /kgVR1200=0.908

25、m3/kg。的冷空气加热到温度为1721P2 KR1 T2 p2 1.4 X 0.2968, 611.8, 0.2= 0.20kJ/kg- KAs = cAn7frRlnT- = rlnRln-=6Ln Qnn 0.2968/717p 1 /CL 1 1什 JLOUUU. JL= 0.20kJ/kg- KNs=cInInRnp1K-1kRIn7i72RinP11.4-1In 800611.8-0.29681n 0.10.2二420kJ/kg，K,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IkW,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

26、加热器中的吸热量；（3）假设加 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0.2968/ Y Y C-x (800611.8)100(1)风机入口为0那么出口为 ex0.2968/ Y Y C-x (800611.8)100=2Po(w力) To。2s1) = 1(7/2九0U2%) TqAs = x (0.9080.237) 300 x 0.2 = 132.5/c/exuexu2-U1-u2-p0(V2-v1)T0(5r2-51)K-T2)-p02-v1)T0As1.4-10.2968x(800-611.8)-100 x()300

27、 x0.2=132.5kJ/kg1. 78 P/i 200 X 10171 = RI=0,287 X 500 = 13.94/Cm=RI1p1V10.287x500200 x10= 13.94 依空气在加热器中的吸热量Q = 13.94 x 1.005 x (600500) = 1400.7Q=mcp(72-T13.94x1.005x( 600-500)=1400.7V= 138. 84kW(3)假设加热有阻力，结果1仍正确；但在加热器中的吸热量减 少。加热器中As = cpln = L005 X m翳=0.1832k/ - Ks=cpIn772=1.005xln500600二61832kJl

28、kg.K,p2减小故吸热减小。3 11只0.06m3的罐，与温度为27、压力为7MPa的压 缩空气干管相连接，当阀门翻开，空气流进罐内，压力到达5MPa 时，把阀门关闭。这一过程进行很迅速，可认为绝热。储罐的阀7i-T210001000-300=70%的比容和密度w = q= 0.7 x 707 = /kgq1=0.7x707=495/依=0. 8T2 263,Q?心Qi =x 100000 = 89765kJ/hQ2门关闭后放置较长时间，最后罐内温度回复到室温。问储罐内最 后压力是多少？解：热力系：充入罐内的气体由于对真空罐充气时，是熔变内能的过程EXq = QTom -As = 1400.

29、7300 x 13.94 x 0.1832 = 634.60Exq=Q-T0根 As= 1400.7-300 x 13.94x0.1832=634.6/Anq = Tom -As = 300 x 13.94 x 0.1832 = 766.1kJAnq=T0m-A5=300 x 13.94x0.1832=766.1 kJ罐内温度回复到室温过程是定容过程KRgiG) 1.4 X 0.287 X (500320)也=-TT- =f4i= 180.74gWK-1kR(i-T2)1.4-11.4x0287x(500-32(= 180.74口/依=3. 57MPa3-12压力为IMPa和温度为200的空气

30、在一主管道中稳定 流动。现以一绝热容器用带阀门的管道与它相连，慢慢开启阀门 使空气从主管道流入容器。设（1）容器开始时是真空的；（2） 容器装有一个用弹簧控制的活塞，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，假定弹簧的最初长度是 自由长度；（3）容器装在一个活塞，其上有重物，需要IMPa的 压力举起它。求每种情况下容器内空气的最终温度？解：同上题T2 p23200.1As = Cp/n广R= 1.005 x /n0.287 x m丽=0.0134kJ/kg Ks=cIn7i72RinP1= 1.005xln500320-0.287xln0.50.1=0.0134口/依K6

31、62K=389(2)eXhieXhz=hrh2 T0(25i) =Cp(T/2)T0As= 1.005 x (500320) 300 x 0,0134 =18492 kJ/kgexh-exh2=h1-h2)=c7iT)ToAs=1.005x(500-320)300 x0.0134= 184.92口/依h=cpT0L 二 kp97.7%97.7%97.7%也 180.7497.7%Dex - exhlexh2 - 184.92exexh-ex历ws184.92180.74 =97.7%T=300 20100020=67.3%t2T1 = 1 = 1 300 20100020=67.3%=一7r=

32、1一1000-2030020=67.3% 552K =279同（2）只是W不同Tq 300%=1互=1iooo = 70%t=171000300=70%T=L = Q(再)=1000 x (0.70.673) = 27kJL=Q4t一)=1000 x()二27。473K = 2003 13 解：Q2 = Q1(1)= 1000 x (10.673) = 3270Q=Q一)=1000 x(1-0.673)二327kJ对理想气体1 1 1 1 1 1 1 14s = 1000(98oiooo)327(而= 0.09kJ/KAS=Q1)e2)=1000(98(1100(1)327(30(132(）=

33、0.09kJ/KL = T0ASiso = 300 x 0.09 = 27kJL=T0NSiso二300 x0.09=27/3 14解：（1）理想气体状态方程72 = = 2*293= 586K(2)吸热:Q = me A T =plV R -RT k-= 2500kJ 3-15解：烟气放热等于空气吸热 lm3空气吸取1. 09 m3的烟气的热 2=1.09x245 =267kJNt =Nt =Nt =Q 267pvc 1,293 x 1 x LOINt =Q1293263x 100000=89765。/。9.7729322,c = 77 = 2932639.772,c71-T271293-2

34、63293=205 t2=10 205=2153-16 解：mh + m2h2 = (ml + m 2)63h = CpT代入得：了=血。71 + 皿2。72 = 120*773+210 x 473(nA + m2)c330= 582K= 3093 17解：等容过程k= Cp =cp-R 1.4_ RT2 一 RT p2 v- pi vQ= m cAT = m=l k-k-= 37. 5kJ3-18解:定压过程T1 二plU _ 2068.4x1()3 x0.03mR lx287=216. 2KT2=432. 4K内能变化：NU = mcvM = lx(1.01-0.287)x216.2= 1

35、56. 3kJ焰变化：必二幺。= 1.4x156.3 =218.8 kJ功量交换： V2= 2 0 = 0.064W = pdV =p(V2 - H) = 2068.4 x 0.03= 62. 05kJ热量交换：Q= AZ7+ IF= 1563+62.05=218.35 kJ第四章理想气体的热力过程及气体压缩4-1 1kg空气在可逆多变过程中吸热40kJ,其容积增大为v2 =10vlv2=10vl,压力降低为p2 = pl/8p2=pl/8,设比热为定值，求过程中内能的变化、膨胀功、轴功以及 熔和增的变化。解：热力系是1kg空气过程特征：多变过程_ Zn(p2/pl) _ 伍(1/8)71 = /n(vl/v2) = /n(l/10)n=/w(vl/v2)ln(p2/p 1)加(1/10)历(1/8)=0. 9因为q = cnATq=cAT内能变化为5Cv= 225R= 717. 5(如 K)