华自强张忠进工程热力学课后完整答案第四版(3)

第一章 基本概念及定义 ·11·

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。

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-图3-4 图3-3

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。

答案：t2=ti=27℃。

3-15 如图3-5所示为自输气总管向气缸充气，设输气总管中空气的压力为0.6 MPa、温度为27 ℃，而弹簧变形正比于压缩力。试求充气终了时气缸内空气的温度。

提示： 气缸内气体的能量方程：Q=mehe-mihi+m2u2-m1u1+W；过程特点： Q=0；

me=0；m1=0；m2-mi；p?av；功量W?答案： T2=350.65 K。

?21vpdv??2avdv。

v13-16 有50 kg废气，其质量分数为：wCO2＝0.14，wO2＝0.06，wH2O＝

图3-5

0.05，wN2＝0.75。又有75 kg空气，其质量分数为：wO2＝0.232，wN2＝0.768。试求两者混合物的：(1)质量分数；(2)摩尔质量；(3)折合气体常数。

提示： wi?mi。 m2答案：(1) wO?0.1632, wCO?0.056, wN2?0.760 8,wH2O?0.02；(2) M=28.8 g/mol；(3) 2Rg=2 887 kJ/(kg·K)。

3-17 汽油发动机吸入气缸的是空气和汽油蒸气的混合物，其中汽油的质量分数wg＝0.06。若汽油的相对分子质量为114，混合气的压力为0.095 MPa，试求：(1)空气和汽油蒸气的分压力；(2)混合气的摩尔

第一章 基本概念及定义 ·12·

质量；(3)混合气的折合气体常数。

npVMi提示：?wi?1；?yi?1；wi?yi；?pi?p；i?i；?i?yi。

pVMiiinn答案：（1）pg=0.001 52 MPa， pA=0.093 5 MPa;（2） M=30.33 g/mol；（3）Rg=0.274 J/(g·K)。

3-18 已知空气的质量分数为wO2＝0.23、wN2＝0.77，空气的温度为25 ℃。试求：(1)按氧及氮的热力性质表求取空气的热力学能及焓；(2)按氧和氮的定值比热容计算空气的定值比热容。

提示：略。

答案：（1）u=214.7 kJ/kg，h=300.7 kJ/kg；（2）cV0=0.721 kJ/(kg·K)， cp0==1.01 kJ/(kg·K)。

3-19 燃烧气体的分数为：wCO2＝0.12，wH2O＝0.03，wO2＝0.07，wN2＝0.78。设比热容为定值，试求燃烧气体的定值比热容的数值。

提示：组成气体的比热容由热力性质表确定。

答案：cV0?0.745 kJ/(kg·K)，cp0=1.032 kJ/(kg·K)。

3-20 有一密封容器，用隔板分成A、B两部分，并各充有压缩空气。已知：VA＝2.5 m，pA＝6.86 bar，tA＝80 ℃；VB＝1 m，pB＝9.8 bar，tB＝30 ℃。现抽去隔板使两部分混合。若混合过程中容器向外散热41900J，设比热容为定值，试求混合后空气的温度及压力。

提示：容器内空气作为理想气体处理；取容器内全部气体作为分析对象，过程能量方程Q=ΔU+W；过程特点：W=0，m=mA+mB；理想气体热力学能为温度的单值函数。

答案：T2?330.93 K，p2=765 kPa。

3-21 在密闭的绝热气缸中，活塞把气缸分成A、B两部分，设A、B两部分中都充有某种理想气体，而pA、pB，VA、VB，TA、TB，nA、nB等均为已知。现使A、B两部分气体通过活塞传热及移动活塞而使两部分达到相同的温度及压力。设比热容为定值，活塞和缸的摩擦可忽略不计，试证明：

3

3

T?TAnAnBVAVB?TB, p?pA ?pBnA?nBnA?nBVA?VBVA?VB提示：A与B两系统热量、功量交换及热力学能变化的量值相等，符号相反。

习题提示与答案

第四章 理想气体的热力过程

第一章 基本概念及定义 ·13·

4-1 设气缸中有0.1 kg二氧化碳，其压力为0.1 MPa、温度为27 ℃。如进行一个定压过程，气体对外作功3 kJ。设比热容为定值，试求过程中气体热力学能和熵的变化以及气体吸收的热量。

提示：理想气体；Q=ΔU+W；ΔU=mcV0ΔT；Δs?cp0lnT2p?Rgln2。 T1p1答案：ΔU＝10.5 kJ，ΔS＝0.036 11 kJ/K，Q＝13.5 kJ。

4-2 有一气缸，其中氮气的压力为0.15 MPa、温度为300 K。如果按两种不同的过程变化：(1)在定压下温度变化到450 K；(2)在定温下压力下降到0.1 MPa。然后在定容下变化到0.15 MPa及450 K。设比热容为定值，试求两种过程中热力学能和熵的变化以及从外界吸收的热量。

提示：略。

答案：(1)Δu＝111.15 kJ/kg，Δs＝0.421 kJ/(kg·K)，q1-2＝155.7 kJ/kg。

(2)Δu＝111.15 kJ/kg，?s＝0.421kJ/(kg·K)，q1-3-2＝147.25 kJ/kg。

4-3 设气缸中空气的压力为0.5 MPa、温度为600 K，若经绝热过程膨胀到0.1 MPa，试求膨胀终了的温度及比体积：(1)按定值比热容计算；(2)按空气的热力性质表进行计算。

00提示：(2) ST?S?RglnT21p20；依ST,由热力性质表确定T2 及vr2。

2p1答案：(1) T2＝378.8 K，v2＝1.089 m3/kg；(2) T2＝382.6 K，v2＝1.10 m3/kg。

4-4 柴油机吸气终了时气缸中空气的温度为60 ℃、压力为0.1 MPa。为使压缩终了时空气温度超过柴油的自燃温度以使其着火，故要求压缩终了的温度至少为720 ℃。设比热容为定值及压缩过程的多变指数为1.45，试求柴油机的压缩比(即压缩过程初始容积和终了容积之比)及压缩终了的压力。

提示：ε=v1/v2。

答案：ε＝11.33，p2＝3.378 MPa。

4-5 有一台内燃机，设其膨胀过程为多变过程，多变指数n=1.3。已知燃气的Rg=287.1 J/(kg·K)、cV0=716 J/(kg·K)。若膨胀开始时容积为12 cm3、压力为6.5 MPa、温度为1 800 ℃，经膨胀过程其容积膨胀增至原容积的8倍，试求气体所作的功及其熵的变化。

提示：理想气体；多变过程。

答案：W1-2＝119.7 J；?S＝0.019 5 J/K。

4-6 有一台压气机用于压缩氮气，使其压力由0.1 MPa提高至0.4 MPa。设比热容为定值及进气温度

第一章 基本概念及定义 ·14·

为300 K，试求压缩过程中消耗的容积变化功以及压气机消耗的轴功：(1)压缩过程为绝热过程；(2)压缩过程为定温过程。

提示：理想气体。

答案：(1)w＝-108.04 kJ/kg；ws＝-151.34 kJ/kg。(2)w＝ws＝-123.44 kJ/kg。

4-7 有一台涡轮机，进入涡轮机的氦气的压力为0.84 MPa，温度为550 ℃，氦气在涡轮机中经绝热膨胀，其压力降低至0.14 MPa。若气流的动能及重力位能的变化可忽略不计，试求排气温度及涡轮机输出的轴功。

提示：理想气体；等熵过程。

答案：T2＝401.93 K，ws＝2 203.24 kJ/kg。

4-8 有一台内燃机的涡轮增压器，在涡轮机进口处工质的压力为0.2 MPa、温度为650 ℃，出口处压力为0.1 MPa。涡轮机所产生的功全部用于驱动压气机，在压气机入口处空气的压力为0 …… 此处隐藏：3118字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……