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习 题1 试写出仅适用于理想气体的闭口系的能量方程。
2 把CO2压送到体积为0.6m3的储气罐内。
压送前储气罐上的压力表读数为4kPa，温度为20℃；压送终了时压力表读数为30kPa，温度为50℃。
试求压送到罐内的C02的质量。
设大气压力p b=0.lMPa。
3 体积为0.03m3的某刚性储气瓶内盛有700kPa、20℃的氮气。
瓶上装有一排气阀，压力达到880kPa时阀门开启，压力降到850kPa时关闭。
若由于外界加热的原因造成阀门开启，问：(1)阀开启时瓶内气体温度为多少？(2)因加热，阀门开闭一次期间瓶内气体失去多少？设瓶内氮气温度在排气过程中保持不变。
4 氧气瓶的容积V=0.36m3，瓶中氧气的表压力p gl=1.4MPa，温度t1=30℃。
问瓶中盛有多少氧气？若气焊时用去一半氧气，温度降为t2=20℃，试问此时氧气瓶的表压力为多少？(当地大气压力p b=0. 098MPa)5 某锅炉每小时燃煤需要的空气量折合成标准状况时为66000m3/h。
鼓风机实际送入的热空气温度为250℃，表压力为20.0kPa，当大气压p b=0.lMPa时，求实际送风量(m3/h)。
6 某理想气体等熵指数k=1.4，定压比热容c p=1.042kJ/(kg.K)，求该气体的摩尔质量M。
7 在容积为0.3m3的封闭容器内装有氧气，其压力为300kPa，温度为15℃，问应加人多少热量可使氧气温度上升到800℃?(1) 按定值比热容计算；(2) 按平均比热容（表）计算。
8 摩尔质量为0.03kg/mol的某理想气体，在定容下由275℃加热到845 ℃，若比热力学能变化为400kJ/kg，问焓变化了多少？9 将1kg氮气由t1=30℃定压加热到t2 =415℃，分别用定值比热容，平均比热容（表）计算其热力学能和焓的变化。
10 3kg的CO2、由p1=800kPa、t l=900℃，膨胀到p2 =120kPa，t2 =600℃，试利用定值比热求其热力学能、焓和熵的变化。
工程热力学与传热学第三章 理想气体的性质与热力过程 典型问题分析一. 基本概念分析1 c p ，c v ，c p -c v ，c p /c v 与物质的种类是否有关，与状态是否有关。
2 分析此式各步的适用条件:3将满足下列要求的理想气体多变过程表示在p-v 图和T-s 图上。
（1） 工质又膨胀，又升温，又吸热的过程。
（2） 工质又膨胀，又降温，又放热的过程。
4 试分析多变指数在 1<n<k 范围内的膨胀过程特点。
二. 计算题分析理想气体状态方程式的应用 1某蒸汽锅炉燃煤需要的标准状况下，空气量为 q V =66000m 3/h ，若鼓风炉送入的热空气温度为t 1=250°C ，表压力 p g1=20.0kPa 。
当时当地的大气压力 p b =101.325kPa 。
求实际的送风量为多少？理想气体的比热容 2在燃气轮机动力装置的回热器中，将空气从150ºC 定压加热到350ºC ，试按下列比热容值计算对每公斤空气所加入的热量。
01 按真实比热容计算；02 按平均比热容表计算（附表2，3）； 03 按定值比热容计算；04 按空气的热力性质表计算（附表4）； 3已知某理想气体的比定容热容c v =a+bt ， 其中a ，b 为常数，试导出其热力学能，焓和熵变的计算式。
理想气体的热力过程 4一容积为 0.15m 3 的储气罐，内装氧气，其初始压力 p 1=0.55MPa ，温度 t 1=38ºC 。
若对氧气加热，其温度，压力都升高。
储气罐上装有压力控制阀，当压力超过 0.7MPa 时，阀门便自动打开，dTm c dHpV U d pV d dU pdV dU WdU Q P ==+=+=+=+=)()(δδ典 型 问 题放走部分氧气，即储气罐中维持的最大压力为 0.7MPa 。
问当罐中氧气温度为 285ºC 时，对罐中氧气共加入了多少热量？设氧气的比热容为定值。
习 题
1 试写出仅适用于理想气体的闭口系的能量方程。
2 把CO2压送到体积为0.6m3的储气罐内。
压送前储气罐上的压力表读数为4kPa，温度为20℃；压送终了时压力表读数为30kPa，温度为50℃。
试求压送到罐内的C02的质量。
设大气压力p b=0.lMPa。
3 体积为0.03m3的某刚性储气瓶内盛有700kPa、20℃的氮气。
瓶上装有一排气阀，压力达到880kPa时阀门开启，压力降到850kPa时关闭。
若由于外界加热的原因造成阀门开启，问：
(1)阀开启时瓶内气体温度为多少？
(2)因加热，阀门开闭一次期间瓶内气体失去多少？设瓶内氮气温度在排气过程中保持不变。
4 氧气瓶的容积V=0.36m3，瓶中氧气的表压力p gl=1.4MPa，温度t1=30℃。
问瓶中盛有多少氧气？若气焊时用去一半氧气，温度降为t2=20℃，试问此时氧气瓶的表压力为多少？(当地大气压力p b=0. 098MPa)
5 某锅炉每小时燃煤需要的空气量折合成标准状况时为66000m3/h。
鼓风机实际送入的热空气温度为250℃，表压力为20.0kPa，当大气压p b=0.lMPa时，求实际送风量(m3/h)。
6 某理想气体等熵指数k=1.4，定压比热容c p=1.042kJ/(kg.K)，求该气体的摩尔质量M。
7 在容积为0.3m3的封闭容器内装有氧气，其压力为300kPa，温度为15℃，问应加人多少热量可使氧气温度上升到800℃?
(1) 按定值比热容计算；
(2) 按平均比热容（表）计算。
8 摩尔质量为0.03kg/mol的某理想气体，在定容下由275℃加热到845 ℃，若比热力学能变化为400kJ/kg，问焓变化了多少？
9 将1kg氮气由t1=30℃定压加热到t2 =415℃，分别用定值比热容，平均比热容（表）计算其热力学能和焓的变化。
10 3kg的CO2、由p1=800kPa、t l=900℃，膨胀到p2 =120kPa，t2 =600℃，试利用定值比热求其热力学能、焓和熵的变化。
11 在体积V=1.5m3的刚性容器内装有氮气。
初态表压力p gl=2.0MPa，温度t=230℃，问应加入多少热量才可使氮气的温度上升到750℃？其焓值变化是多少？大气压力为0.1MPa。
(1)按定值比热容计算；
(2) 按平均比热容的直线关系式计算；
(3)按平均比热容表计算；
(4) 按真实比热容的多项式表达式计算。
12某氢冷却发电机的氢气人口参数为p gl=0.2MPa、t1=40℃，出口参数为p g2=0.19MPa、t2=66℃。
若入口处体积流量为1.5m3/min，试求每分钟氢气经过发电机后的热力学能增量、焓增量和熵增量。
设大气压力p b=0.lMPa。
(l)按定值比热容计算；
(2)按平均比热容的直线关系式计算。
13 利用内燃机排气加热水的余热加热器中，进入加热器的排气（按空气处理）温度为285℃，出口温度为80℃。
不计流经加热器的排气压力变化，试求排气经过加热器的比热力学能变化、比焓变化和比熵的变化。
(l)按定值比热容计算；
(2)按平均比热容表计算。
14 进入气轮机的空气状态为600kPa 、900℃，绝热膨胀到100kPa 、460℃，略去动能、
位能变化，并设大气温度t 0=27℃，试求：
(1) 每千克空气通过气轮机输出的轴功；
(2) 过程的熵产及有效能损失，并表示在T -s 图上；
(3) 过程可逆绝热膨胀到100kPa 输出的轴功。
15 由氧气、氮气和二氧化碳组成的混合气体，各组元的摩尔数为
2O 0.08mol n =，2N 0.65mol n =，2CO 0.3mol
n =试求混合气体的体积分数，质量分数和在p = 400kPa 、t =27℃时的比体积。
16试证明理想气体混合物质量分数w i 和摩尔分数x i 间有关系式： ∑=)
/(/i i i i i M w M w x 4-17 试证明：对于理想气体的绝热过程，若比热容为定值，则无论过程是否可逆，恒有： 12()
1g R w T T k =--式中，T 1和T 2分别为过程初、末态的温度。
18 试证明：对于理想气体的定温过程，无论过程是否可逆，恒有：
t
w w q ==19 某理想气体初温T 1=470K ，质量为2.5kg ，经可逆定容过程，其热力学能变化为△U =295. 4kJ ，求过程功、过程热量以及熵的变化。
设该气体R g =0.4 kJ/( k g．K)，k =1.35，并假定比热容为定值。
20 一氧化碳的初态为p 1=4.5MPa ，T 1=493K ，定压冷却到T 2 =293K 。
试计算1kmol 的一氧化碳在冷却过程中的热力学能和焓的变化量，以及对外放出的热量。
比热容取定值。
21 氧气由t 1=30℃、p 1=0.lMPa ，定温压缩至p 2=0.3MPa 。
(1)试计算压缩单位质量氧气所消耗的技术功；
(2)若按绝热过程压缩，初态和终压与上述相同，试计算压缩单位质量氧气所消耗的技术功；
(3)将它们表示在同一幅p -v 图和T -s 图上，并在图上比较两者的耗功。
22 2kg 氮气由t 1=27℃、p 1=0.l5MPa ，被压缩至v 2 /v 1=1/4。
若一次压缩为定温压缩，另一次压缩为多变指数n =1.28的多变压缩过程。
试求两次压缩过程的终态基本状态参数，过程体积变化功，热量和热力学能变化。
并将两次压缩过程表示在p -v 图和T -s 图上。
23试将满足以下要求的理想气体多变过程在p -v 图和T -s 图上表示出来（先画出四个基本热力过程）：
(1) 气体受压缩，升温和放热；
(2) 气体的多变指数n =0.8，膨胀；
(3) 气体受压缩，降温又降压；
(4) 气体的多变指数n =1.2，放热；
(5) 气体膨胀，降压且放热。
24 柴油机气缸吸入温度t 1=60℃的空气2.5×103m 3，经可逆绝热压缩，空气的温度等于燃料的着火温度。
若燃料的着火点为720℃，问空气应被压缩到多大的体积？
25 有1kg 空气．初态为p 1=0.6MPa 、t l =27℃，分别经下列三种可逆过程膨胀到p 2=0.lMPa 。
试
将各过程画在p-v图和T-s图上，并求各过程末态温度，做功量和熵的变化量。
(1) 定温过程；
(2) n=1.25的多变过程；
(3) 定熵过程。
设比热容为定值。
26 一容积为0.2m3的贮气罐，内装氮气，其初压力p1=0. 5MPa，温度t1=37C。
若对氮气加热，其压力、温度都升高。
贮气罐上装有压力控制阀，当压力超过0. 8MPa时，阀门便自动打开，放走部分氮气，即罐中维持最大压力为0. 8MPa。
问：当贮气罐中氮气温度为287℃时，对罐内氮气共加人多少热量？设氮气比热容为定值。
27 容积V=0.6m3的空气瓶内装有压力p1=10MPa、温度T1=300K的压缩空气，打开压缩空气瓶上阀门用以启动柴油机。
假定留在瓶中的空气进行的是绝热膨胀。
设空气的比热容为定值，R g =0. 287kJ/( k g．K)。
问：
(l) 瓶中压力降低到p2 =7MPa时，用去了多少千克空气，这时瓶中空气的温度是多少度？假定空气瓶的容积不因压力和温度而改变；
(2) 过了一段时间后，瓶中空气从室内空气吸热，温度又逐渐升高，最后重新达到与室温相等，即又恢复到300K，这时空气瓶中压缩空气的压力p3多大？
28 压力为160kPa的1kg空气，从450K定容冷却到300K，空气放出的热量全部被温度为280K的大气环境所吸收。
求空气所放出热量的有效能和传热过程的有效能损失，并将有效能损失表示在T-s图上。
29二氧化碳进行可逆压缩的多变过程，多变指数n=1.3，耗技术功量为67. 8kJ，求热量和热力学能变化。
30 空气经空气预热器温度从t1=28℃定压吸热到t2=180℃，空气的进口流量为每小时3.6m3，进口表压力p g1=0.04MPa。
若环境大气压力为p b=0.1MPa，试求：
(l) 每小时空气吸热量及比焓和比熵的变化；
⑵ 若烟气定压放热，温度从320℃降至160℃，烟气与空气间不等温传热引起的能量损失为多少？（烟气性质按空气处理）
31一氧化碳（CO）在膨胀过程中经历三点的参数为t1=450℃、v1=0.0365m3/kg，p2 =3MPa、t2=367℃，p3=0.3MPa、v3=0.427m3/kg。
问此过程是不是一个多变过程？如果是多变
过程，多变指数是多少？
32初态t1=500℃、p1=1.0MPa的1kg空气，在气缸中可逆定容放热到p2 =0.5MPa，然后经可逆绝热压缩到t3=500℃，最后经定温过程回到初态。
试求各过程的功量，热量，比焓和比熵的变化。
33 燃气经燃气轮机从1200K、800kPa绝热膨胀到700K、100kPa，不计进、出口动能和位能变化。
若环境温度为300K：
(l)试问过程是否可逆？为什么？
⑵ 试求实际过程的轴功；
⑶ 试求实际过程的有效能损失？。
