工程热力学(第五版_)课后习题答案

第一章 基本概念1-1 华氏温标规定在标准大气压（101325 Pa ）下纯水的冰点是32F ，汽点是212F （F 是华氏温标温度单位的符号）。

试推导华氏温度与摄氏温度的换算关系。

提示和答案：C F {}0{}32212321000t t ︒︒--=--， F C 9{}{}325t t ︒︒=+。

1-2 英制系统中的兰氏温标（兰氏温标与华氏温标的关系相当于热力学温标与摄氏温标的关系），其温度以符号R 表示。

兰氏温度与华氏温度的关系为{T }°R = {t }°F + 459.67。

已知开尔文温标及朗肯温标在纯水冰点的读数分别是273.15K 和491.67R ；汽点的读数分别是373.15K 和671.67R 。

（1）导出兰氏温度和开尔文温度的关系式；（2）开尔文温标上绝对零度在兰氏温标上是多少度？（3）画出摄氏温标、开尔文温标、华氏温标和兰氏温标之间的对应关系。

提示和答案：RK {}491.67671.67491.67373.15273.15{}273.15T T ︒--=--。

R K {} 1.8{}T T ︒=； R {}0R T ︒=︒；略 1-3 设一新的温标，用符号N 表示温度单位，它的绝对温标用Q 表示温度单位。

规定纯水的冰点和汽点分别是100N 和1000N ，试求：（1）该新温标和摄氏温标的关系；（2）若该温标的绝对温度零度与热力学温标零度相同，则该温标读数为0N 时，其绝对温标读数是多少Q ？提示和答案：（1）N C {}100{}010001001000t t ︒︒--=--；N C {}9{}100t t ︒︒=+（2）Q N C {}{}9{}100T t t ︒︒︒=+=++常数常数，{T } K = 0 K 时， {Q}0Q T ︒=︒ 解得式中常数，代回原式。

；Q N {}{}2358.35T t ︒︒=+， Q {}2358.385N T ︒=︒1-4 直径为1m 的球形刚性容器，抽气后真空度为752.5mmHg ，（1）求容器内绝对压力为多少Pa ；（２）若当地大气压力为0.101MPa ，求容器表面受力多少Ｎ? 提示和答案：b v 691.75Pa p p p =-=；600.31510N F A p =∆=⨯。

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/kgp1?pg1?b p2?pg2?b（1）（2）（3）（4）??1v＝1.25kg/m3（3）p?0.1mpa，t?500℃时的摩尔容积mvmv ＝r0tpt1?t1?273 t2?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3m3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300 m3的1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，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?288kg压缩机每分钟充入空气量m?pvrt?1?105?3287?288kg所需时间vp2p130099.3101.325m219.83min ?1000(?)?(??rt2t1287300273m＝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3 m3，充入容积8.5 m3的储气罐内。

工程热力学课后习题作业及答案解析（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2883140==M R R ＝296.9)/(K kg J ∙（2）标准状态下2N 的比容和密度1013252739.296⨯==p RT v ＝0.8kg m /3v1=ρ＝1.253/m kg （3）MPa p 1.0=，500=t ℃时的摩尔容积MvMv ＝pT R 0＝64.27kmol m /32-3．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 ＝101.325kPa 。

解：热力系：储气罐。

应用理想气体状态方程。

压送前储气罐中CO 2的质量1111RT v p m =压送后储气罐中CO 2的质量2222RT v p m =根据题意容积体积不变；R ＝188.9Bp 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)1122(21T p T p R v m m m -=-=（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300m 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300m 3，问鼓风机送风量的质量改变多少？解：同上题1000)273325.1013003.99(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3m 3，充入容积8.5m 3的储气罐内。

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 p1.0=，500=t ℃时的摩尔容积Mv 。

解：（1）2N 的气体常数2883140==M R R ＝296.9)/(K kg J • （2）标准状态下2N 的比容和密度1013252739.296⨯==p RT v ＝0.8kg m/3v1=ρ＝1.253/m kg （3）MPa p 1.0=，500=t ℃时的摩尔容积MvMv ＝pT R 0＝64.27kmol m/32-3．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1111RT v p m =压送后储气罐中CO 2的质量2222RT v p m =根据题意容积体积不变；R ＝188.9B 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)1122(21T p T p R v m m m -=-= （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)273325.1013003.99(287300)1122(21⨯-=-=-=T p T p R v m m m ＝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3 m 3，充入容积8.5 m 3的储气罐。

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（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/kgp1?pg1?b p2?pg2?b（1）（2）（3）（4）??1v＝1.25kg/m3（3）p?0.1mpa，t?500℃时的摩尔容积mvmv ＝r0tpt1?t1?273 t2?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3m3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300 m3的1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，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?288kg压缩机每分钟充入空气量m?pvrt?1?105?3287?288kg所需时间vp2p130099.3101.325m219.83min ?1000(?)?(??rt2t1287300273m＝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3 m3，充入容积8.5 m3的储气罐内。

第四章4-11kg 空气在可逆多变过程中吸热40kJ ，其容积增大为1102v v =，压力降低为8/12p p =，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)10/1ln()8/1ln()2/1ln()1/2ln(==v v p p n ＝0.9 因为T c q n ∆=内能变化为R c v 25=＝717.5)/(K kg J ∙ v p c R c 5727==＝1004.5)/(K kg J ∙=n c ==--v vc n kn c 51＝3587.5)/(K kg J ∙ n v v c qc T c u /=∆=∆＝8×103J膨胀功：u q w ∆-=＝32 ×103J 轴功：==nw w s 28.8 ×103J焓变：u k T c h p ∆=∆=∆＝1.4×8＝11.2 ×103J熵变：12ln 12ln p p c v v c s v p +=∆＝0.82×103)/(K kg J ∙ 4－2有1kg 空气、初始状态为MPa p 5.01=，1501=t ℃，进行下列过程：（1）可逆绝热膨胀到MPa p 1.02=；（2）不可逆绝热膨胀到MPa p 1.02=，K T 3002=； （3）可逆等温膨胀到MPa p 1.02=；（4）可逆多变膨胀到MPa p 1.02=，多变指数2=n ；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v p -图和s T -图上解：热力系1kg 空气（1） 膨胀功：])12(1[111kk p p k RT w ---=＝111.9×103J熵变为0（2）)21(T T c u w v -=∆-=＝88.3×103J12ln12lnp p R T T c s p -=∆＝116.8)/(K kg J ∙ （3）21ln1p p RT w =＝195.4×103)/(K kg J ∙ 21lnp p R s =∆＝0.462×103)/(K kg J ∙ （4）])12(1[111nn p p n RT w ---=＝67.1×103Jnn p p T T 1)12(12-=＝189.2K12ln 12lnp p R T T c s p -=∆＝－346.4)/(K kg J ∙4-3 具有1kmol 空气的闭口系统，其初始容积为1m 3，终态容积为10 m 3，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。

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（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/kgp1?pg1?b p2?pg2?b（1）（2）（3）（4）??1v＝1.25kg/m3（3）p?0.1mpa，t?500℃时的摩尔容积mvmv ＝r0tpt1?t1?273 t2?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3m3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300 m3的1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，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?288kg压缩机每分钟充入空气量m?pvrt?1?105?3287?288kg所需时间vp2p130099.3101.325m219.83min ?1000(?)?(??rt2t1287300273m＝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3 m3，充入容积8.5 m3的储气罐内。

工程热力学第五版习题答案第四章4-1 1kg空气在可逆多变过程中吸热40kJ，其容积增大为v2 10v1，压力降低为p2 p1/8，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n ln( p2/p1)ln(1/8)=0.9In (v1/v2) In (1/10)因为q C n T内能变化为C v5R=717.5 J /(kg ?K)C p —R — c v= 1004.5 J/(kg?K)2 5n k C n C v 5C v = 3587.5 J /(kg?K)n 13u c v T qc v /c n= 8x 10 J膨胀功：w q u = 32 x 103J轴功：w s nw 28.8 x 10 J3焓变：h c p T k u = 1.4 x 8= 11.2 x 10 J熵变: .v2 s c p In - pv1,p2 c v ln =0.82p13x 10 J /(kg?K)4-2有1kg空气、初始状态为p10.5MPa , t1 150C,进行下列过程(1) 可逆绝热膨胀到p20.1MPa ；(2) 不可逆绝热膨胀到p20.1MPa,T2 300K ;(3) 可逆等温膨胀到p20.1MPa ;(4) 可逆多变膨胀到p20.1MPa , 多变指数n 2;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p v图和T s图上解：热力系1kg空气(1) 膨胀功：RT^ p2、〒’ 3w[1( ) k ] = 111.9 x 10 J k 1 p1熵变为0(2) w u C v (T1 T2) = 88.3 x 10 J,T2 f p2s C p In Rin = 116.8 J/(kg ?K) T1 p1 (3)w RT1In 卫=195.4 x 103 J /(kg?K)p2以=0.462 x 103J /(kg ?K) p2W ■RT1[1 (史)n ] = 67.1 x 103J n 1 p1 n 1p2 —T1( ) n = 189.2K p1C p I 门咚 Ri 门以=-346.4 J/(kg ?K) T1 p14-3具有1kmol 空气的闭口系统，其初始容积为1mf ,终态容积为10 m 3，当初态和终态温度均100 C 时，试计算该闭口系统对外所作的功及熵的变化。

⼯程热⼒学第五版课后习题答案全解m2.0⼯程热⼒学作业题2-2.已知N 2的M = 28,求（1） N 2的⽓体常数；（2）标准状态下N 2的⽐容和密度；（3） p t500 'C 时的摩尔容积Mv 。

解：（1） N 2的⽓体常数R8314= 296.9J/(kg ?K)M 28（2）标准状态下 N 2的⽐容和密度RT 296.9 2733vT=0.8m/kg3-=1.25 kg / mv(3) p 0.1MPa , t 500 C 时的摩尔容积Mv2-3.把CO 2压送到容积3m 3的储⽓罐⾥，起始表压⼒P g1 30 kPa ,终了表压⼒p g2度由t1 = 45C 增加到t2= 70C 。

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。

p2v2 RT2压送前储⽓罐中 CO 2的质量m1p1v 1 RT1 压送后储⽓罐中CO 2的质量0.1MPa ,MvR 0T3=64.27m / kmol0.3 Mpa ，温m2t19.83min根据题意容积体积不变；R = 188.9p1 P g1 B (1)p2 P g2B(2)T1 t1 273 (3) T2 t2 273(4)压⼊的C02的质量将（ 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300 m 3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 m 3，问⿎风机送风量的质量改变多少？2-6空⽓压缩机每分钟⾃外界吸⼊温度为15C 、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。

8-1 温度=t 20℃，压力=p 0.1MPa ，相对湿度=ϕ70％的湿空气2.5m 3。

求该湿空气的含湿量、水蒸气分压力、露点、水蒸气密度、干空气质量、湿空气气体常数。

如该湿空气在压力不变的情况下，被冷却为10℃的饱和空气，求析出的水量。

解：（1）水蒸气分压力：根据=t 20℃，查水蒸气表得对应的饱和压力为0023368.0=s p MPa=⨯==0023368.07.0s v p p ϕ0.00163576 MPa 含湿量：ss v v p B p p B p d ϕϕ-=-=622622＝10.34)(/a kg g 露点：查水蒸气表，当=v p 0.00163576 MPa 时，饱和温度即露点=t 14.35℃03.81=v kg m /3 水蒸气密度：01234.01==vρ3/m kg 干空气质量：=⨯⨯-==2932875.2)76.163510(5T R V p m a a a 2.92㎏ 求湿空气质量=+=)001.01(d m m a 2.95㎏ 湿空气气体常数：=-=510378.01287vp R 288.8)/(K kg J ∙查在=t 10℃，查水蒸气表得对应的饱和压力为=s p 1.228 kPas v p p = 含湿量：vv p B p d -=6222＝7.73)(/a kg g 析出水量：)2(d d m m a w -=＝7.62g8-2 温度=t 25℃，压力=p 0.1MPa ，相对湿度=ϕ50％的湿空气10000kg 。

求该湿空气的露点、绝对湿度、含湿量、湿空气密度、干空气密度、湿空气容积。

解：水蒸气分压力：根据=t 25℃，查水蒸气表得对应的饱和压力为=s p 3.169kPa==s v p p ϕ0.5×3.169=1.58kPa露点：查水蒸气表，当=v p 1.58kPa 时，饱和温度即露点=t 13.8℃=t 25℃,''s v ＝43.36kg m /3绝对湿度：''/s s v v ϕϕρρ==＝0.01153/m kg 含湿量：ss v v p B p p B p d ϕϕ-=-=622622＝9.985)(/a kg g 湿空气密度：)985.9001606.01(10298287)001606.01(5⨯+⨯=+=d p T R v a ＝0.867kg m /3=+=vd 001.01ρ 1.163/m kg 干空气密度：===vv a a 11ρ 1.153/m kg 湿空气容积：=+==v d m v m V a 001.018600 m 38-3查表题8－4 压力B 为101325Pa 的湿空气，在温度t 1＝5℃，相对湿度ϕ1＝60％的状态下进入加热器，在t 2＝20℃离开加热器。

工程热力学课后答案 2-2.解：（1）2N 的气体常数2883140==M R R ＝296.9)/(K kg J ∙（2）标准状态下2N 的比容和密度1013252739.296⨯==p RT v ＝0.8kg m /3v1=ρ＝1.253/m kg （3）MPa p 1.0=，500=t ℃时的摩尔容积MvMv ＝pT R 0＝64.27kmol m/32-3．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1111RT v p m =压送后储气罐中CO 2的质量2222RT v p m =根据题意容积体积不变；R ＝188.9B 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)1122(21T p T p R v m m m -=-= （5）将（1）、(2)、(3)、(4)代入（5）式得m=12.02kg2-5解：同上题10)273325.1013003.99(287300)1122(21⨯-=-=-=T p T p R v m m m ＝41.97kg2-6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2882875.810722225⨯⨯⨯==RT v p m kg压缩机每分钟充入空气量28828731015⨯⨯⨯==RT pv m kg所需时间==mm t 219.83min 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constpv =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==35.59τ19.83min 2－8解：热力系：气缸和活塞构成的区间。