工程热力学课后作业答案第五版
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
28
8314
0=
=
M R R ＝296.9)/(K kg J ? （2）标准状态下2N 的比容和密度
101325
2739.296?==
p RT v ＝0.8kg m
/3
v
1=
ρ＝1.253/m kg （3）
MPa p 1.0=，500=t ℃时的摩尔容积Mv
Mv
＝
p
T R 0＝64.27kmol m
/3
2-3．把CO 2压送到容积3m 3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CO 2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CO 2的质量
1
1
11RT v p m =
压送后储气罐中CO 2的质量
2
2
22RT v p m =
根据题意
容积体积不变；R ＝188.9
B p p g +=11
（1） B p p g +=22
（2） 27311+=t T （3） 27322+=t T
（4）
压入的CO 2的质量
)1
122(21T p T p R v m m m -=
-= （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300 m 3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 m 3，问鼓风机送风量的质量改变多少？ 解：同上题
1000)273
325.1013003.99(287300)1122(21?-=-=
-=T p T p R v m m m ＝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3 m 3，充入容积8.5 m 3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
288
2875
.810722225???==RT v p m kg
压缩机每分钟充入空气量
288
28731015???==RT pv m kg
所需时间
==
m
m t 2
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 、8.5 m 3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 m 3的空气在0.1MPa 下占体积为
5.591
.05
.87.01221=?==
P V p V m 3 压缩机每分钟可以压缩0.1MPa 的空气3 m 3，则要压缩59.5 m 3的空气需要的时间
==
3
5
.59τ19.83min
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
==
11
2
2T V V T 582K （2）空气的初容积
p=3000×9.8/(πr 2)+101000=335.7kPa
==
p
mRT V 1
10.527 m 3
空气的终态比容
m
V m V v 1
222=
=
＝0.5 m 3/kg 或者
==
p
RT v 2
20.5 m 3/kg （3）初态密度
527.012
.211=
=
V m ρ＝4 kg /m 3 ==2
12v ρ 2 kg /m 3
2-9
解：（1）氮气质量
300
8.29605.0107.136???==RT pv m ＝7.69kg
（2）熔化温度
8
.29669.705.0105.166???=
=mR pv T ＝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%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
.032232.01
1+==
∑i
i M
g M ＝28.86
气体常数
86
.288314
0==
M R R ＝288)/(K kg J ?
容积成分
2/22Mo M g r o o =＝20.9％ =2N r
1－20.9％＝79.1％
标准状态下的比容和密度
4
.2286
.284.22=
=
M ρ＝1.288 kg /m 3 ρ
1
=
v ＝0.776 m 3/kg
2-15 已知天然气的容积成分%974
=CH r ，%6.062=H C r ，%18.08
3=H C r ，
%18.0104=H C r ，%2.02=CO r ，%83.12=N r 。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。 解：（1）密度
100/)2883.1442.05818.04418.0306.01697(?+?+?+?+?+?==∑i i M r M
＝16.48
30/736.04
.2248
.164.22m kg M ===
ρ （2）各组成气体在标准状态下分压力 因为：
p r p i i =
==325.101*%974CH p 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
W
U 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
W
U 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 x1 2-b-1 -7 -4 1-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
??=W Q δδ
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W
U Q
+?=
=---=-=?)4(7W Q U －3 kJ
3-6 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
1100
解：同上题 3-7
解：热力系：1.5kg 质量气体
闭口系统，状态方程：
b av p +=
)]85115.1()85225.1[(5.1---=?v p v p U ＝90kJ
由状态方程得 1000＝a*0.2+b 200=a*1.2+b 解上两式得： a=-800 b=1160 则功量为
2
.12.022
1
]1160)800(21[5.15.1v v pdv W --==?＝900kJ
过程中传热量
W
U Q +?=＝990 kJ
3－8 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
W
U 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
K T T T T mc v 300120)12(==?=-
根据理想气体状态方程
16
1
211222p V V p V RT p ===
＝100kPa