工程热力学课后习题及答案第六版(完整版)

工程热力学课后习题及第六版(完整版)PAGEPAGE1更多相关资料资料下载服务http://shop63722862.taobao.com/专业资料网http://www.taohua.com/shop/shop_home-11044.htm2-2.已知的M＝28，求（1）的气体常数；（2）标准状态下的比容和密度；（3），℃时的摩尔容积。解：（1）的气体常数＝296.9（2）标准状态下的比容和密度＝0.8＝1.25（3），℃时的摩尔容积＝＝64.272-3．把CO2压送到容积3m3的储气罐里，起始压力kPa，终了表压力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＝101.325kPa。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的质量压送后储气罐中CO2的质量根据题意容积体积不变；R＝188.9（1）（2）（3）（4）压入的CO2的质量（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300m3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300m3，问鼓风机送风量的质量改变多少？解：同上题＝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3m3，充入容积8.5m3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kg压缩机每分钟充入空气量kg所需时间19.83min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、8.5m3的空气在0.1MPa下占体积为多少的问题。根据等温状态方程0.7MPa、8.5m3的空气在0.1MPa下占体积为m3压缩机每分钟可以压缩0.1MPa的空气3m3，则要压缩59.5m3的空气需要的时间19.83min2－8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582K（2）空气的初容积p=3000×9.8/(πr2)+101000=335.7kPa0.527m3空气的终态比容＝0.5m3/kg或者0.5m3/kg（3）初态密度＝4kg/m32kg/m32-9解：（1）氮气质量＝7.69kg（2）熔化温度＝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，。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＝28.86气体常数＝288容积成分＝20.9％1－20.9％＝79.1％标准状态下的比容和密度＝1.288kg/m3＝0.776m3/kg2-15已知天然气的容积成分，，，，，。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＝16.48（2）各组成气体在标准状态下分压力因为：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。＝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-210x12-b-1-7-41-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，有即10＋（－7）＝x1+（－4）x1=7kJ(2)对1-c-2和2-b-1也组成一个闭口循环x2＋（－7）＝2+（－4）x2=5kJ(3)对过程2-b-1，根据－3kJ3-6一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）1～21100011002～30100-1003～4-9500-9504～5050-50解：同上题3-7解：热力系：1.5kg质量气体闭口系统，状态方程：＝90kJ由状态方程得1000＝a*0.2+b200=a*1.2+b解上两式得：a=-800b=1160则功量为＝900kJ过程中传热量＝990kJ3－8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绝热自由膨胀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，得根据理想气体状态方程＝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500kPa，25℃。充气开始时，罐内空气参数为100kPa，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。没有流出工质m2=0dE=dU=(mu)cv2-(mu)cv1终态工质为流入的工质和原有工质和m0=mcv2-mcv1mcv2ucv2-mcv1ucv1=m0h0(1)h0=cpT0ucv2=cvT2ucv1=cvT1mcv1=mcv2=代入上式(1)整理得=398.3K3－10供暖用风机连同加热器，把温度为℃的冷空气加热到温度为℃，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1.78℃℃空气在加热器中的吸热量＝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，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。这一过程进行很迅速，可认为绝热。储罐的阀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，是焓变内能的过程罐内温度回复到室温过程是定容过程＝3.57MPa3－12压力为1MPa和温度为200℃的空气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1MPa的压力举起它。求每种情况下容器内空气的最终温度？解:（1）同上题662K=389℃（2）h=cpT0L=kpT=552K=279℃同（2）只是W不同T=473K＝200℃3－13解：对理想气体3－14解：（1）理想气体状态方程＝586K（2）吸热：＝2500kJ3-15解：烟气放热等于空气吸热1m3空气吸取1.09m3的烟气的热＝267kJ＝205℃t2=10+205=215℃3-16解：代入得：＝582K＝309℃3－17解：等容过程1.4＝37.5kJ3-18解：定压过程T1==216.2KT2=432.4K内能变化：＝156.3kJ焓变化：218.8kJ功量交换：＝62.05kJ热量交换：=218.35kJp734-11kg空气在可逆多变过程中吸热40kJ，其容积增大为，压力降低为，设比热为定值，求过程中内能的变化、膨胀功、轴功以及焓和熵的变化。解：热力系是1kg空气过程特征：多变过程＝0.9因为内能变化为＝717.5＝1004.5＝3587.5＝8×103J膨胀功：＝32×103J轴功：28.8×103J焓变：＝1.4×8＝11.2×103J熵变：＝0.82×1034－2有1kg空气、初始状态为，℃，进行下列过程：（1）可逆绝热膨胀到；（2）不可逆绝热膨胀到，；（3）可逆等温膨胀到；（4）可逆多变膨胀到，多变指数；试求上述各过程中的膨胀功及熵的变化，并将各过程的相对位置画在同一张图和图上解：热力系1kg空气膨胀功：＝111.9×103J熵变为0（2）＝88.3×103J＝116.8（3）＝195.4×103＝0.462×103（4）＝67.1×103J＝189.2K＝－346.44-3具有1kmol空气的闭口系统，其初始容积为1m3，终态容积为10m3，当初态和终态温度均100℃时，试计算该闭口系统对外所作的功及熵的变化。该过程为：（1）可逆定温膨胀；（2）向真空自由膨胀。解：（1）定温膨胀功7140kJ19.14kJ/K(2)自由膨胀作功为019.14kJ/K4－4质量为5kg的氧气，在30℃温度下定温压缩，容积由3m3变成0.6m3，问该过程中工质吸收或放出多少热量？输入或输出多少功量？内能、焓、熵变化各为多少？解：－627.2kJ放热627.2kJ因为定温，内能变化为0，所以内能、焓变化均为0熵变：－2.1kJ/K4－5为了试验容器的强度，必须使容器壁受到比大气压力高0.1MPa的压力。为此把压力等于大气压力。温度为13℃的空气充入受试验的容器内，然后关闭进气阀并把空气加热。已知大气压力B＝101.3kPa，试问应将空气的温度加热到多少度？空气的内能、焓和熵的变化为多少？解：（1）定容过程568.3K内能变化：202.6kJ/kg283.6kJ/kg0.49kJ/(kg.K)4-66kg空气由初态p1＝0.3MPa，t1=30℃，经过下列不同的过程膨胀到同一终压p2＝0.1MPa：（1）定温过程；（2）定熵过程；（3）指数为n＝1.2的多变过程。试比较不同过程中空气对外所作的功，所进行的热量交换和终态温度。解：（1）定温过程573.2kJT2=T1=30℃（2）定熵过程351.4kJQ＝0221.4K（3）多变过程＝252.3K436.5kJ218.3kJ4－7已知空气的初态为p1＝0.6MPa，v1=0.236m3/kg。经过一个多变过程后终态变化为p2＝0.12MPa，v2=0.815m3/kg。试求该过程的多变指数，以及每千克气体所作的功、所吸收的热量以及内能、焓和熵的变化。解：（1）求多变指数＝1.301千克气体所作的功146kJ/kg吸收的热量=36.5kJ/kg内能：146-36.5＝－109.5kJ/kg焓：－153.3kJ/kg熵：＝90J/(kg.k)4-81kg理想气体由初态按可逆多变过程从400℃降到100℃，压力降为，已知该过程的膨胀功为200kJ，吸热量为40kJ，设比热为定值，求该气体的和解：kJ＝533J/(kg.k)=200kJ解得：n＝1.49R=327J/(kg.k)代入解得：＝533+327=860J/(kg.k)4-9将空气从初态1，t1=20℃,定熵压缩到它开始时容积的1/3，然后定温膨胀，经过两个过程，空气的容积和开始时的容积相等。求1kg空气所作的功。解：＝-116kJ/kg＝454.7K＝143.4kJ/kgw=w1+w2=27.4kJ/kg4-101kg氮气从初态1定压膨胀到终态2，然后定熵膨胀到终态3。设已知以下各参数：t1=500℃，v2=0.25m3/kg，p3＝0.1MPa，v3=1.73m3/kg。求（1）1、2、3三点的温度、比容和压力的值。（2）在定压膨胀和定熵膨胀过程中内能的变化和所作的功。解：(1)＝1.5MPa＝1263Kp1=p2=1.5MPav1==0.15m3/kg=583K(2)定压膨胀364kJ/kg145.4kJ/kg定熵膨胀505kJ/kg-505kJ/kg或者：其q=0,=-505kJ/kg4-111标准m3的空气从初态1p1＝0.6MPa，t1=300℃定熵膨胀到状态2，且v2=3v1。空气由状态2继续被定温压缩，直到比容的值和开始时相等，v3=v1，求1、2、3点的参数（P,T,V）和气体所作的总功。解：0.274m3/kg0.129MPa369KV2=3V1=0.822m3T3=T2=369KV3=V1=0.274m30.387MPa4－12压气机抽吸大气中的空气，并将其定温压缩至p2＝5MPa。如压缩150标准m3空气，试求用水冷却压气机气缸所必须带走的热量。设大气处于标准状态。解：-59260kJ4-13活塞式压气机吸入温度t1=20℃和压力p1＝0.1MPa的空气，压缩到p2＝0.8MPa，压气机每小时吸气量为600标准m3。如压缩按定温过程进行，问压气机所需的理论功率为多少千瓦？若压缩按定熵过程进行，则所需的理论功率又为多少千瓦？解：定温：0.215kg/s－37.8KW定熵＝－51.3KW4－14某工厂生产上需要每小时供应压力为0.6MPa的压缩空气600kg；设空气所初始温度为20℃，压力为0.1MPa。求压气机需要的最小理论功率和最大理论功率。若按n＝1.22的多变过程压缩，需要的理论功率为多少？解：最小功率是定温过程m=600/3600=1/6kg/s＝－25.1KW最大功率是定熵过程－32.8KW多变过程的功率－29.6KW4－15实验室需要压力为6MPa的压缩空气，应采用一级压缩还是二级压缩？若采用二级压缩，最佳中间压力应等于多少？设大气压力为0.1，大气温度为20，压缩过程多变指数n=1.25，采用中间冷却器能将压缩气体冷却到初温。试计算压缩终了空气的温度。解：压缩比为60，故应采用二级压缩。中间压力：0.775MPa=441K4-16有一离心式压气机，每分钟吸入p1＝0.1MPa，t1=16℃的空气400m3，排出时p2＝0.5MPa，t2=75℃。设过程可逆，试求：(1)此压气机所需功率为多少千瓦？(2)该压气机每分钟放出的热量为多少千焦？解：（1）=8.04kg/s=1.131183KW（2）=-712.3kJ/s4－17三台空气压缩机的余隙容积均为6％，进气状态均为0.1MPa、27℃，出口压力均为0.5MPa，但压缩过程的指数不同，分别为：n1=1.4，n2=1.25，n3=1。试求各压气机的容积效率（假设膨胀过程的指数和压缩过程的指数相同）。解：n=1.4:0.87n=1.25：=0.84n=1：=0.767-1当水的温度t=80℃，压力分别为0.01、0.05、0.1、0.5及1MPa时，各处于什么状态并求出该状态下的焓值。解：查表知道t=80℃时饱和压力为0.047359MPa。因此在0.01、0.05、0.1、0.5及1MPa时状态分别为过热、未饱和、未饱和，未饱和、未饱和。焓值分别为2649.3kJ/kg，334.9kJ/kg，335kJ/kg，335.3kJ/kg，335.7kJ/kg。7－2已知湿蒸汽的压力p=1MPa干度x=0.9。试分别用水蒸气表和h-s图求出hx，vx，ux，sx。解：查表得：h``＝2777kJ/kgh`=762.6kJ/kgv``＝0.1943m3/kgv`＝0.0011274m3/kgu``=h``－pv``=2582.7kJ/kgu`＝h`－pv`=761.47kJ/kgs``=6.5847kJ/(kg.K)s`＝2.1382kJ/(kg.K)hx＝xh``+(1-x)h`=2575.6kJ/kgvx＝xv``+(1-x)v`=0.1749m3/kgux＝xu``+(1-x)u`=2400kJ/kgsx＝xs``+(1-x)s`=6.14kJ/(kg.K)7-3在V＝60L的容器中装有湿饱和蒸汽，经测定其温度t＝210℃，干饱和蒸汽的含量mv=0.57kg，试求此湿蒸汽的干度、比容及焓值。解：t＝210℃的饱和汽和饱和水的比容分别为：v``＝0.10422m3/kgv`＝0.0011726m3/kgh``＝2796.4kJ/kgh`=897.8kJ/kg湿饱和蒸汽的质量：解之得：x=0.53比容：vx＝xv``+(1-x)v`=0.0558m3/kg焓：hx＝xh``+(1-x)h`=1904kJ/kg7－4将2kg水盛于容积为0.2m3的抽空了的密闭刚性容器中，然后加热至200℃试求容器中（1）压力；（2）焓；（3）蒸汽的质量和体积。解：（1）查200℃的饱和参数h``＝2791.4kJ/kgh`=852.4kJ/kgv``＝0.12714m3/kgv`＝0.0011565m3/kg饱和压力1.5551MPa。刚性容器中水的比容：＝0.1m3/kg公式

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