工程热力学第二章

工程热力学(第五版)习题答案

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）MPap1.0，500t℃时的摩尔容积Mv。

解：（1）2N的气体常数

2883140MRR＝296.9)/(KkgJ•

（2）标准状态下2N的比容和密度

1013252739.296pRTv＝0.8kgm/3

v1＝1.253/mkg

（3）MPap1.0，500t℃时的摩尔容积Mv

Mv ＝pTR0＝64.27kmolm/3

2-3．把CO2压送到容积3m3的储气罐里，起始表压力301gpkPa，终了表压力3.02gpMpa，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＝101.325 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CO2的质量

1111RTvpm

压送后储气罐中CO2的质量

2222RTvpm

根据题意

容积体积不变；R＝188.9 Bppg11 （1）

Bppg22 （2）

27311tT （3）

27322tT （4）

压入的CO2的质量

)1122(21TpTpRvmmm （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 m3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 m3，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TpTpRvmmm＝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 m3，充入容积8.5 m3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。

第二章 工程热力学基础理论

目前已为人们发现的自然界中可被利用的能源中，除风能和水能是以机械能的形式提供给人们外，其余各种能源往往直接以热能的形式，或通过相应的设备进行能量转换将它们转变为热能提供给人们。热能利用方式，一为直接利用，即将热能直接用来加热物体，如烘干、蒸煮、采暖、熔化等。另一为间接利用，即将热能转换为机械能或电能加以利用，如热力发电厂。工程热力学主要研究热能与机械能转换的客观规律，即热力学的基本定律，分析工程上借以实现热能和机械能相互转换过程的媒介物质(如水和蒸汽)的基本热力性质，以及应用热力学基本定律分析计算工作物质在热力设备中所经历的变化过程。

第一节 工质及状态参数

一、工质和热机

能实现热能转变为机械能的设备，称为热机，如内燃机、蒸汽机和汽轮机等均为热机。在热机里要使热能不断地转换为机械能，必须借助于一种工作物质，工作物质经过吸热、膨胀而完成作功，如汽轮机和蒸汽机的工作需要蒸汽；内燃机的工作需要燃气。

这种实现热能和机械能相互转化的工作物质叫做工质。由于工质在热力设备中要连续不断地流动并膨胀作功，因此，工质应有良好的流动性与膨胀性。同时，工质还要价廉、易得、热力性能稳定、不腐蚀设备、无毒等。在物质的三态中，气态物质受热膨胀的能力最大，流动性也最好，显然，气态物质最适宜作工质。而水蒸汽具有价廉易得，无毒，不腐蚀设备等优点，所以火力发电厂主要以水蒸汽为工质。

热能动力装置的工作过程，概括起来就是工质从高温热源吸取热能，将其中一部分转化为机械能，并把余下的一部分传给低温热源的过程，如图2-1所示。在工程热力学中，高温热源就是指能不断地供给热能的物体，简称热源。低温热源指接受工质排出剩余热能的物体，简称冷源。

二、状态参数

用来描述和说明工质状态的一些物理量(如压力、温度等)则称为工质的状态参数。状态参数值只取决于工质的状态，因而，任何物理量，只要它的变化量等于初始、终止两态下该物理量的差值，而与工质的状态变化途径无关，都可以作为状态参数。热力学中采用的状态参数有：温度，压力，比容、内能、焓、熵等。

工程热力学(第五版)习题答案

工程热力学（第五版）廉乐明 谭羽非等编

第二章 气体的热力性质

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）MPap1.0，500t℃时的摩尔容积Mv。

解：（1）2N的气体常数

2883140MRR＝296.9)/(KkgJ

（2）标准状态下2N的比容和密度

1013252739.296pRTv＝0.8kgm/3

v1＝1.253/mkg

（3）MPap1.0，500t℃时的摩尔容积Mv

Mv ＝pTR0＝64.27kmolm/3

2-3．把CO2压送到容积3m3的储气罐里，起始表压力301gpkPa，终了表压力3.02gpMpa，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＝101.325 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CO2的质量

1111RTvpm

压送后储气罐中CO2的质量

2222RTvpm

根据题意

容积体积不变；R＝188.9 Bppg11 （1）

Bppg22 （2）

27311tT （3）

27322tT （4）

压入的CO2的质量

)1122(21TpTpRvmmm （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 m3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 m3，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TpTpRvmmm＝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 m3，充入容积8.5 m3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。

工程热力学

Engineering Thermodynamics 教案

第二章 能量与热力学第一定律（4+1学时）

1. 教学目标及基本要求

深刻认识热力学第一定律的实质——能量守恒；

认识功和热——通过热力系统边界的能量交换（定义、特性、计算）；

掌握热力学第一定律基本表达式、稳定流动能量方程的应用；

了解建立和应用热力学第一定律和能量方程的基本方法；

理解概念：热力学能，焓

2. 各节教学内容及学时分配

2-1 热力学第一定律的实质（0.5学时）

2-2，2-3 热力系与外界的能量交换——功和热（0.5学时）

2-4，2-5 循环过程热力学第一定律表达式，状态参数热力学能（0.5学时）

2-6 热力系与外界的质量交换，伴随质量交换的能量交换（0.5学时）

2-7 热力学第一定律的表达式（1学时）

2-8 能量方程应用（0.5学时）

2-9 非稳定流动能量方程（0.5学时）

★习题课：能量方程应用（1学时）

3. 重点难点

第一定律的实质；功和热的异同；热力学能和焓的概念；热力学第一定律应用

（闭系能量方程，稳定流动能量方程）。

4. 教学内容的深化和拓宽

概念讨论与理解：比较状态公理可能带来疑问——简单可压系准静功n=1，但

本章出现了这么多“功”（W、Wnet、Wt和Wf），怎样理解？

5. 教学方式

讲授，讨论，.ppt，习题课

6. 教学过程中应注意的问题

过程量和状态量概念的深化；针对实际问题应用第一定律的方法（取适当系统，

建立and/or应用能量方程）。

7. 思考题和习题

思考题：教材的课后自检题（部分在课堂上讨论）

习题：教材习题1，3，4，7~11（可变）

8. 师生互动设计 工程热力学 Engineering Thermodynamics

教案

讲授中提问并启发讨论：

󰂅 知道人类用能历史上“永动机”的例子吗？

󰂅 一杯20℃的水和一杯40的水，谁的热量更多？两大杯20℃的水和一