工程热力学03章习题提示与答案

工程热力学

习题提示与答案

第三章 理想气体热力学能、焓、比热容和熵的计算

3-1 有1 kg氮气，若在定容条件下受热，温度由100 ℃升高到500 ℃，试求过程中氮所吸收的热量。 提示：qV=cV0ΔT，cV0可取定值。 答案：qV =296.4 kJ/kg。

3-2 有1 mol二氧化碳，在定压条件下受热，其温度由800 K升高到 1 000 K，试求按定值比热容计算所引起的误差并分析其原因。

提示：依据真实比热容或热力性质表计算求得的热量为“准确”的热量值。

答案： %=29.37%；原因：计算状态偏离定值比热容的状态(25 ℃)较远，且过程温差较大。

3-3 有一个小气瓶，内装压力为20 MPa、温度为20 ℃的氮气10 cm。该气瓶放置在一个0.01 m的绝热容器中，设容器内为真空。试求当小瓶破裂而气体充满容器时气体的压力及温度，并分析小瓶破裂时气体变化经历的过程。

提示： 取全部气体为研究对象；理想气体，过程能量方程：Q=ΔU+W；理想气体的热力学能为温度的单值函数。

答案：t2＝20 ℃，p2=20 kPa。

3-4 有一储气罐，罐中压缩空气的压力为1.5 MPa、温度为 37℃，现用去部分压缩空气，罐内压力降为1 MPa，温度降为3.1 ℃。假设耗气时储气罐和环境的热交换可忽略不计，试说明罐内所剩空气在储气罐耗气过程中所进行的能量转换过程及其输出能量的数量。

提示：取罐内1 kg剩余空气为研究对象；过程能量方程：Q=ΔU+W。 答案： w1-2=24.3 kJ/kg。

3-5 内燃机用增压器的进气压力为0.1 MPa、进气温度为27 ℃，而供给内燃机的气体压力为0.2 MPa、温度为92.7 ℃。设增压器中空气的压缩过程可视为绝热的稳定流动过程，且进、出口流速及位置高度的变化可忽略不计，试求增压器消耗的功。

提示： 增压器所消耗的功转变为工质焓的增加。

3

3

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答案： Ws -66 kJ/kg。

3-6 有一输气管断裂，管中压缩空气以高速喷出。设压缩空气的压力为0.15 MPa、温度为30 ℃，当喷至压力等于0.1 MPa的环境中时，气流的温度降至0 ℃。试求喷出气流的流速并说明必要的假设条件。

cf21

提示：以1 kg压缩空气为研究对象；管内流动空气的总比能量h1 gz1等于喷出管外时空气的

2cf22

总比能量h2 gz2；依题意cf1<<cf2, z1=z2。

2

答案：cf2=245.4 m/s。

3-7 有1 mol氧，设其温度为300 K，因受热而升温至520 K，设比热容按经验公式变化，试计算氧的热力学能变化。

提示：qm,V

T2

T1

CV0,mdT， ΔU=qm,V。

答案： U=4 977.1 kJ/mol。

3-8 设在定压条件下加热1 mol氧，使其温度升高220 ℃，若初始温度分别为300 K及800 K，试求后者所需热量为前者的几倍并说明其原因。

提示： qp=h2-h1，焓值可由热力性质表确定。 答案：

q800oC 1020oCq300oC 520oC

1.136 ；原因：随温度升高，比定压热容数值增加的幅度大。

3-9 根据氮的热力性质表中25 ℃及327 ℃时氮的焓值，试求25 ℃到327 ℃间氮的平均比定压热容

cpm

327 C25 C

的数值。

提示：c

t2

p,mt1

qp,1 2Δt

h2 h1

，焓值由热力性质表确定。 Δt

答案：cp,m

327 C25 C

=1.051 kJ/（kg K）。

3-10 有0.2 kg空气，其压力为0.1 MPa、温度为27 ℃，若在定温下压缩使其压力增加到0.15 MPa，试求其熵的变化。

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提示：空气看做理想气体，比热容看作定值。 答案： S -0.023 28 kJ/K。

3-11 有1 mol氧，其温度由300K升高至600 K，且压力由0.2 MPa降低到0.15 MPa，试求其熵的变化：(1)按氧的热力性质表计算；(2)按定值比热容计算。

00

提示：(1)Δs s2 s1 Rln

p2

，标准状态熵由热力性质表查取；(2)比热容为定值时，熵变为p1

Δs cp0ln

T2p Rln2。 T1p1

答案：(1) s 23.52 J/(mol·K)；(2) s 22.73 J/(mol·K)。

3-12 有一空储气罐自输气总管充气，若总管中空气的压力为0.6 Mpa、温度为27 ℃，试求：(1)当罐内压力达到0.6 MPa时罐内空气的温度；(2)罐内温度和输气总管内空气温度的关系。

提示： 储气罐能量方程：Q=U2-U1+He-Hi+Ws（He为流出工质的焓，Hi为流入工质的焓）；过程特点： Q 0；U1=0；He=0；Ws=0；m1=m2；理想气体的热力学能与焓仅为温度的函数。

答案：t2=147 ℃。

3-13 图3-3所示气缸中气体为氢气。设气体受热膨胀推动重物及活塞上升，至销钉处后活塞受阻，但仍继续对气体受热一段时间。已知该过程中气体接受的热量为4 000 kJ/kg，

气体温度由27 ℃升高到327 ℃。试求过程中气体所作的功及活塞达到销钉时气体的温度。

提示：缸内气为理想气体，活塞受阻前，缸内气体进行的是定压膨胀过程，受阻后，缸内气体进行的是定容吸热过程。

答案：w=934 kJ/kg ，T 526.5 K

3-14 如图3-4所示自输气总管向气缸送气，设输气总管中空气压力为0.6 MPa，温度为27 ℃，而气缸中活塞及重物产生的压力为0.2 MPa。试求送气过程中气缸内空气的温度。

图3-4 图

3-3

提示：气缸内气体的能量方程： Q=mehe-mihi+m2u2-m1u1+W，功量

W=mip(v2-v1)=(m2-m1)Rg(T2-T1)；过程特点： Q=0 ； me=0 ；m1=0 ；(T1=0)，理想气体热力学能和焓为温度的单值函数。

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答案：t2=ti=27℃。

3-15 如图3-5所 …… 此处隐藏：1954字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……