工程热力学课后答案.docx

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1、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R=RM0=831428=296.9J/(kg·K)(2)标准状态下N2的比容和密度v=RT=296.9´273=0.8m3/kgp101325r=1v=1.25kg/m3(3)p=0.1MPa,t=500℃时的摩尔容积MvMv=R0T=64.27m3/kmolp2-3.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pg2=0.3Mpa,温度由t1=45℃增加到t2=70℃。试求被压入的C

2、O2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CO2的质量m1=p1v1RT1压送后储气罐中CO2的质量m2=p2v2RT2根据题意容积体积不变;R=188.9p1=pg1+B(1)p2=pg2+B(2)T1=t1+273(3)T2=t2+273(4)压入的CO2的质量m=m1-m2=v(p2-p1)(5)RT2T1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300m3的空气,如外界的温度增高到27℃,大气压降低到3解:同上题m=m1-m2=Rv(Tp22-T

3、p11)=300287(99.3300-101.325273)´1000=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3m3,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。第一种解法:首先求终态时需要充入的空气质量m2=p2v2=7´105´8.5kgRT2287´288压缩机每分钟充入空气量m=pv=1´105´3kgRT287´288所需时间t=mm2=19.83min第二种解法将空气充

4、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、8.5m3的空气在0.1MPa下占体积为多少的问题。根据等温状态方程pv=const0.7MPa、8.5m3的空气在0.1MPa下占体积为V1=p2V2=0.7´8.5=59.5m3P10.1压缩机每分钟可以压缩0.1MPa的空气3m3,则要压缩59.5m3的空气需要的时间t=59.53=19.83min2-8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:

5、(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=VV12T1=582K(2)空气的初容积p=3000×9.8/(πr2)+101000=335.7kPaV1=mRT1=0.527m3p空气的终态比容v2=V2=2V1=0.5m3/kgmm或者v2=RT2=0.5m3/kgp(3)初态密度r=m=2.121V10.527=4kg/m3r2=v12=2kg/m32-9解:(1)氮气质量m=pv=13.7´106´0.05=7.69kgRT296.8´300(2)熔化温

6、度T=pv=16.5´106´0.05=361KmR7.69´296.82-14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=1=28.86åg0.232+0.768iMi3228气体常数R8314R=0==288J/(kg·K)M28.86容积成分ro2=go2M/Mo2=20.9%rN2=1-20.9%=79.1%标准状态下的比容和密度r=M=28.8622.422.4=1.288kg/m3v=r1=0.776m3/kg2-15已知天然气的容积成

7、分rCH4=97%,rC2H6=0.6%,rC3H8=0.18%,rC4H10=0.18%,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=åriMi=(97´16+0.6´30+0.18´44+0.18´58+0.2´44+1.83´28)/100=16.48r0=22.4M=16.4822.4=0.736kg/m3(2)各组成气体在标准状态下分压力因为:pi=rippCH4=97%*101.

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