工程热力学第五版思考题答案.docx

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工程热力学第五版思考题答案

工程热力学第五版思考题答案

【篇一：

工程热力学课后作业答案第五版（全）】

kpa。

（2）标准状n2的气体常数；

态下n2的比容和密度；（3）

p?

0.1mpa，t?

500

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?

p1v1rt1

℃时的摩尔

容积mv。

解：

（1）n2的气体常数

r?

r0m?

831428

＝296.9j/（kg?

k）

压送后储气罐中co2的质量

m2?

p2v2rt2

（2）标准状态下n2的比容和密度

v?

rtp?

296.9?

273101325

根据题意

容积体积不变；r＝188.9

＝0.8m3/kg

p1?

pg1?

bp2?

pg2?

b

（1）

（2）（3）（4）

?

?

1v

＝1.25kg/m3

（3）p?

0.1mpa，t?

500℃时的摩尔容积mv

mv＝

r0tp

t1?

t1?

273t2?

t2?

273

＝64.27m3/kmol

压入的co2的质量

m?

m1?

m2?

vp2p1

（?

）rt2t1

（5）

2-3．把co2压送到容积3m

3

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300m3的

1

的储气罐里，起始表压力

pg1?

30

kpa，终了表压力

pg2?

0.3mpa，温度由t1＝45℃

增加到t2＝70℃。

试求被压入的co2的质量。

当地大气

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300m，问鼓风机送风量的质量改变多少？

解：

同上题

m?

m1?

m2?

3

气质量

m2?

p2v2rt2

?

7?

105?

8.5287?

288

kg

压缩机每分钟充入空气量

m?

pvrt

?

1?

105?

3287?

288

kg

所需时间

vp2p130099.3101.325m2

19.83min?

1000（?

）?

（?

?

rt2t1287300273m

＝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

2

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

pv?

const

0.7mpa、8.5m3的空气在0.1mpa下占体积为

v1?

p2v2p1

?

0.7?

8.50.1

?

59.5

m3

压缩机每分钟可以压缩0.1mpa的空气3m3，压缩59.5m3的空气需要的

时间

?

?

59.53

?

19.83min

空气的终态比容

v2?

v2m?

2v1m

＝0.5m3/kg

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

t2?

v2v1

t1?

582k

或者

v2?

rt2p

?

0.5m

3

/kg

（3）初态密度

?

1?

?

2?

mv1

1v2?

2.120.527

＝4kg/m3

3

?

2kg/m

2-9

解：

（1）氮气质量

m?

pvrt

?

13.7?

106?

0.05296.8?

300

＝7.69kg

（2）熔化温度

t?

pvmr

?

16.5?

106?

0.057.69?

296.8

＝361k

go2?

23.2%

（2）空气的初容积p=3000

2

，

gn2?

76.8%。

试求空气的折合

r）+101000=335.7kpa

v1?

分子量、气体常数、容积成分及在标准状态下的比容和密度。

3

mrt1p

?

0.527m

3

解：

折合分子量

m?

11

?

gi0.2320.768

?

?

m

3228i

解：

（1）密度＝

m?

?

rimi?

（97?

16?

0.6?

30?

0.18?

44?

0.18?

58?

0.

＝16.48

?

0?

m22.4

?

16.4822.4

?

0.736kg/m3

28.86气体常数

r?

r0m?

831428.86

＝288j/（kg?

k）

（2）各组成气体在标准状态下分压力因为：

pi

?

rip

容积成分

ro2?

go2m/mo2＝20.9％rn2?

1－20.9％＝79.1％

pch4?

97%*101.325?

98.285kpa

标准状态下的比容和密度

?

?

v?

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

4

m22.41

?

28.8622.4

＝1.288kg/m

3

?

＝0.776m3/kg

2-15已知天然气的容积成分

rch4?

97%

，

rc2h6?

0.6%

，，

rc3h8?

0.18%

，

rc4h10?

0.18%

rco2?

0.2%，rn2?

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。

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

q?

?

u?

w

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。

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。

q?

2000?

400?

20/60

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

q?

?

u?

w

5

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。

【篇二：

工程热力学（第五版）课后习题答案（全章节）廉乐明谭羽非等编】

txt>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n2的m＝28，求

（1）n2的气体常数；np?

0.1mpa，

（2）标准状态下2的比容和密度；（3）t?

500℃时的摩尔容积mv。

解：

（1）n2的气体常数

r?

r0

m?

8314

28＝296.9j/（kg?

k）

（2）标准状态下n2的比容和密度

v?

rt

p?

296.9?

273

101325＝0.8m/kg3

?

?

1

v＝1.25kg/m

p?

0.1mpa，t?

500℃时的摩尔容积mv

r0t3（3）

3mv＝p＝64.27m/kmol

2-3．把co2压送到容积3m3的储气罐里，起始表压力pg1?

30kpa，终了表压力pg2?

0.3mpa，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

m1?

p1v1

rt1

p2v2

rt2压送后储气罐中co2的质量m2?

根据题意

容积体积不变；r＝188.9

p1?

pg1?

b

p2?

pg2?

b

（1）

（2）（3）（4）t1?

t1?

273t2?

t2?

273

压入的co2的质量

m?

m1?

m2?

v

rt2（p2?

）t1（5）p1

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

m?

m1?

m2?

vrt2（p2?

p1t1）?

300287（99.3300?

101.325273）?

1000＝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

m2?

p2v2

rt2?

7?

10?

8.5

287?

288kg5

压缩机每分钟充入空气量

m?

pv

rt?

1?

10?

3

287?

288kg5

所需时间

t?

m2

m?

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pv?

const

v1?

p2v2

p1?

0.7?

8.5

0.1?

59.5

m3

，则59.5m3的空气需要的时间压缩机每分钟可以压缩0.1mpa的空气3m3

?

?

59.53?

19.83min

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

t2?

v2

v1t1?

582k

（2）空气的初容积

v1?

mrt1

p?

0.527m3

空气的终态比容

v2?

或者v2m?

2v1m＝0.5m3/kg

v2?

rt2

p?

0.5m3/kg

（3）初态密度

?

1?

m

v1

1

v2?

2.120.527＝4kg/m3?

2?

2-9?

2kg/m3

m?

pv

rt?

13.7?

10?

0.05

296.8?

300＝7.69kg6

（2）熔化温度

t?

pvmr?

16.5?

10?

0.057.69?

296.8＝361k6

2－14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%，gn2?

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

?

气体常数gimi?

10.23232?

0.76828＝28.86

r?

r0

m?

8314

28.86＝288j/（kg?

k）

容积成分

ro2?

go2m/mo2

rn2?

＝20.9％1－20.9％＝79.1％

标准状态下的比容和密度

?

?

m

22.4

1?

28.8622.4＝1.288kg/m3v?

?

＝0.776m3/kg

2-15已知天然气的容积成分rch4?

97%，rc2h6?

0.6%，rc3h8?

0.18%，rc4h10?

0.18%，rco2?

0.2%，rn2?

1.83%。

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

m?

?

rmii?

（97?

16?

0.6?

30?

0.18?

44?

0.18?

58?

0.2?

44?

1.83?

28）/100＝16.48

?

0?

m22.4?

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?

rip

98.285kpapch4?

97%*101.325?

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

q?

?

u?

w

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。

（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

q?

?

u?

w

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。

【篇三：

工程热力学（第五版）课后习题答案（全章节）】

txt>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p?

0.1mpa，n2的m＝28，求

（1）n2的气体常数；n

（2）标准状态下2的比容和密度；（3）

t?

500℃时的摩尔容积mv。

解：

（1）n2的气体常数

r?

r08314?

m28＝296.9j/（kg?

k）

（2）标准状态下n2的比容和密度

v?

rt296.9?

273?

p101325＝0.8m3/kg

1

3v＝1.25kg/m?

?

（3）p?

0.1mpa，t?

500℃时的摩尔容积mv

r0t

mv＝p3m/kmol＝64.27

2-3．把co2压送到容积3m3的储气罐里，起始表压力pg1?

30kpa，终了表压力pg2?

0.3mpa，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

m1?

p1v1

rt1

p2v2

rt2压送后储气罐中co2的质量m2?

根据题意

容积体积不变；r＝188.9

p1?

pg1?

b

（1）

（2）p2?

pg2?

b

t1?

t1?

273

t2?

t2?

273

压入的co2的质量（3）（4）

m?

m1?

m2?

vp2p1（?

）rt2t1（5）

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

m?

m1?

m2?

vp2p130099.3101.325（?

）?

（?

）?

1000rt2t1287300273＝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

p2v27?

105?

8.5m2?

?

rt2287?

288kg

压缩机每分钟充入空气量

pv1?

105?

3m?

?

rt287?

288kg

所需时间

t?

m2?

m19.83min

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

pv?

const

0.7mpa、8.5m3的空气在0.1mpa下占体积为

v1?

p2v20.7?

8.5?

?

59.5p10.1m3

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

?

?

59.5?

319.83min

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

t2?

v2t1?

v1582k

（2）空气的初容积

v1?

mrt1?

p0.527m3

v22v1?

mm＝0.5m3/kg空气的终态比容v2?

或者

v2?

rt2?

p0.5m3/kg

m2.12?

v10.527＝4kg/m3

1?

v22kg/m3（3）初态密度?

1?

?

2?

2-9

解：

（1）氮气质量

pv13.7?

106?

0.05m?

?

rt296.8?

300＝7.69kg

（2）熔化温度

pv16.5?

106?

0.05t?

?

mr7.69?

296.8＝361k

2－14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%，gn2?

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?

11?

gi0.2320.768?

?

m3228i＝28.86

r08314?

m28.86＝288j/（kg?

k）气体常数r?

容积成分

ro2?

go2m/mo2

rn2?

＝20.9％1－20.9％＝79.1％

标准状态下的比容和密度

?

?

m28.86?

22.422.4＝1.288kg/m3

v?

1?

＝0.776m3/kg

2-15已知天然气的容积成分rch4?

97%，rc2h6?

0.6%，rc3h8?

0.18%，rc4h10?

0.18%，rco2?

0.2%，rn2?

1.83%。

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

m?

?

rimi?

（97?

16?

0.6?

30?

0.18?

44?

0.18?

58?

0.2?

44?

1.83?

28）/100＝16.48

?

0?

m16.48?

?

0.736kg/m3

22.422.4

（2）各组成气体在标准状态下分压力

因为：

pi?

rip

pch4?

97%*101.325?

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

q?

?

u?

w

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。

（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

q?

?

u?

w

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。

解：

闭口系统。

使用闭口系统能量方程