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内容发布更新时间 : 2024/3/29 17:27:36星期一 下面是文章的全部内容请认真阅读。

第二章习题

2-2.已知N2的M=28,求(1)N2的气体常数;(2)标准状态下N2的比容和密度;(3)

p?0.1MPa,t?500℃时的摩尔容积Mv。

解:(1)N2的气体常数

R0M831428R??=296.9J/(kg?K)

(2)标准状态下N2的比容和密度

v?RTp1v?296.9?2731013253=0.8m3/kg

??=1.25kg/m

(3)p?0.1MPa,t?500℃时的摩尔容积Mv

R0TpMv ==64.27m/kmol

32-3 把CO2压送到容积3m3的储气罐里,起始表压力pg1=30kPa,终了表压力pg1=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 m1?p1V1RT1p2V2RT2

压送后储气罐中CO2的质量 m2?根据题意,容积不变,R=188.9

p1?pg1?B (1) p2?pg2?B (2)

T1?t1?273 (3) T2?t2?273 (4)

压入的CO2的质量 m?m2?m1?VRT2(p2?p1T1) (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

m?m1?m2?vRT2(p2?p1T1)?300287(99.3300?101.325273)?1000=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8.5m3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。 初态时储气罐内的空气质量 m1?p1V1RT1?1?10?8.5287?2885kg

终态时储气罐内的空气质量 m2?(p2?B)VRT252?8?10?8.5287?2885kg

压缩机每分钟充入空气量 m?m2?m1mpVRT?1?10?3287?288kg

所需时间 t??19.83min

2-7 鼓风机向锅炉炉膛输送的空气,在t=300℃,pg=15.2kPa时流量为1.02×105m3/h,锅炉房大气压力B=101kPa,求鼓风机每小时输送的标准状态风量。 解:由理想气体状态方程:pV=mRT,得

p0V0T0?p1V1T1

V0?p1T0p0T1V1?(15.2?10?101?10)?273101325?(273?300)33?1.02?10?5.57?10m/h

5432-8 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T2?V2V1T1?582K

(2)空气的初容积

p=3000×9.8/(πr2)+101000=335.7kPa

V1?mRT1p?0.527 m

3

空气的终态比容

v2?V2m?2V1m=0.5 m3/kg

或者

v2?RT2p?0.5 m/kg

3

(3)初态密度 ?1??2?mV11?2.120.527=4 kg /m3

3

v2?2 kg /m

2-9 解:(1)氮气质量

m?pvRT?13.7?10?0.05296.8?3006=7.69kg

(2)熔化温度

T?pvmR?16.5?10?0.057.69?296.86=361K

2-16 混合气体中各组成气体的摩尔分数为:xCO2=0.4,xN2=0.2,xO2=0.4,混合气体的温度为t=50℃,表压力pg=0.04MPa,气压计上水银柱高度为pb=750mmHg,求(1)体积V=4m3混合气体的质量。(2)混合气体在标准状态下的体积V0。 解:(1)混合气体的摩尔质量:

nM??xMii?1i?0.4?44?0.2?28?0.4?32?36

由理想气体状态方程:pV=mRT,得

m?pVRT?(pg?pb)VR0MT?(0.04?10?750?133.3)831436?(273?50)6?7.51kg

(2)标准状态t0=0℃,p0=101325Pa,同样由理想气体状态方程:pV=mRT,得

p0V0T0?p1V1T1

所以V0?p1T0p0T1V1?(0.04?10?750?133.3)?273101325?(273?50)6?4?4.67m

32-17 如果忽略空气中的稀有气体,则可以认为其质量成分为go2?23.2%,gN2?76.8%。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M?1?i10.23232?0.76828?气体常数R?R0M?8314giM=28.86

28.86=288J/(kg?K)

容积成分ro?goM/Mo2=20.9%

22rN2?

1-20.9%=79.1%

标准状态下的比容和密度 ??M22.4?28.8622.4=1.288 kg /m3

v?1?=0.776 m3/kg

2-18 已知天然气的容积成分rCHrC4H10?0.18%4?97%,rC2H6?0.6%,rC3H?0.18%,

8,

rCO2?0.2%,

rN2?1.83%。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

M??rMii?(97?16?0.6?30?0.18?44?0.18?58?0.2?44?1.83?28)/100

=16.48

(2)各组成气体在标准状态下分压力 因为:

pi?rip?0?M22.4?16.4822.4?0.736kg/m3

pCH4=0.97×101.325=98.285kPa 同理其他成分分压力分别为:(略)

第三章

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Q??U?W

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。

Q?2000?400?20/60=2.67×10kJ

5

(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Q??U?W

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 1-a-2 2-b-1 1-c-2 热量Q(kJ) 10 -7 x2 膨胀功W(kJ) x1 -4 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

??Q???W

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Q??U?W

?U?Q?W??7?(?4)?-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 1~2 2~3 3~4 4~5 Q(kJ) 1100 0 -950 0 W(kJ) 0 100 0 50 ΔE(kJ) 1100 -100 -950 -50 解:同上题 3-7 解:热力系:1.5kg质量气体