工程熱力學(xué)第三章答案

1、工程熱力學(xué)第三章習(xí)題課1 1、已知某氣體的分子量為2929，求：（1 1）氣體常數(shù)；（2 2）標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的比體積及千摩爾容積；（3 3）在P P = 0.1MPa = 0.1MPa，2020時(shí)的比體積及千摩爾容積。1 1、已知某氣體的分子量為2929，求：（1 1）氣體常數(shù)；（2 2）標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的比體積及千摩爾容積；（3 3）在P P = 0.1MPa = 0.1MPa，2020時(shí)的比體積及千摩爾容積。3 3、某儲(chǔ)罐容器為、某儲(chǔ)罐容器為3m3m3 3，內(nèi)有空氣，壓力指示為，內(nèi)有空氣，壓力指示為0.3MPa0.3MPa，溫度計(jì)讀數(shù)為，溫度計(jì)讀數(shù)為1515，現(xiàn)由壓縮機(jī)每分，現(xiàn)由壓縮機(jī)每分鐘從壓力為

2、鐘從壓力為0.1MPa0.1MPa，溫度為，溫度為1212的大氣中吸入的大氣中吸入0.2m0.2m3 3的空氣，經(jīng)壓縮后送入儲(chǔ)罐，問(wèn)經(jīng)多長(zhǎng)時(shí)間的空氣，經(jīng)壓縮后送入儲(chǔ)罐，問(wèn)經(jīng)多長(zhǎng)時(shí)間可使儲(chǔ)罐內(nèi)氣體壓力升高到可使儲(chǔ)罐內(nèi)氣體壓力升高到1MPa1MPa、溫度升到、溫度升到5050？mmpVpVNR TNR T31111(0.3 10101.325)30.50282 kmol8.314(27315)mpVNR T322220.1 100.20.00844 kmol8.314 (273 12)mp VtNtR T解：解：由題意知：因?yàn)?對(duì)儲(chǔ)罐容器內(nèi)原有的氣體：對(duì)輸入儲(chǔ)罐容器的氣體所以 t = 72.79

3、min。121.1170.502820.00844NNNt由題意知：對(duì)達(dá)到要求后總的氣體31 1031.117kmol8.314 (273 50)mpVNR T4、若若將空氣從將空氣從27定壓加熱到定壓加熱到327，試分別用下列各法計(jì)算對(duì)每千克空氣所加入的，試分別用下列各法計(jì)算對(duì)每千克空氣所加入的熱熱 量量，并進(jìn)行比較。（并進(jìn)行比較。（1）比定值熱容法；（）比定值熱容法；（2）平均比熱容法；（）平均比熱容法；（3）比熱容經(jīng)驗(yàn)公式法；（）比熱容經(jīng)驗(yàn)公式法；（4）應(yīng)用空）應(yīng)用空氣熱力性質(zhì)表。并利用比定值熱容法計(jì)算空氣內(nèi)能和熵的變化氣熱力性質(zhì)表。并利用比定值熱容法計(jì)算空氣內(nèi)能和熵的變化。tQHW 2

4、1d0tWV p QH 21()1.004 (32727)301.2kJ/kgpqhc TT 解：解：(1) 依據(jù)熱力學(xué)第一定律有對(duì)于定壓流動(dòng)，故（1）按比定值熱容計(jì)算 由附表3可查得空氣的比定壓熱容：cp = 1.004 kJ/(kgK)01000030040000|1.004/(),|1.006/()|1.019/(),|1.028/()ppppckJkgckJkgckJkgckJkg27032701.0061.004|(270)1.0041.00454/ ()10001.0281.019|(327300)1.0191.02143/ ()400300ppckJkgckJkg32727020

5、1|1.02143 327 1.00454 27306.885kJ/kgppqhctct 采用內(nèi)插法，得所以查附表4可知：（2）按平均比熱容計(jì)算 因?yàn)閠1 = 27，t2 = 32736293.28.15 1.967 104.801 101.966 10p mcTTT600.30060036293300d1(28.15 1.967 104.801 101.966 10)d29308.73kJ/kgp mcqhTMTTTT300600300.19kJ/kg,607.02kJ/kgKKhh600300607.02 300.19 306.83kJ/kgKKqh hh (3).按比熱容經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算 查

6、附表2知：空氣分子量M = 29，則（4）應(yīng)用空氣熱力性質(zhì)表計(jì)算： 查附表6，得。 21()vuc TT0.716 kJ/(kg K)vc 0.716(600300)214.8 kJ/kgu2211lnlnpTpscRTp2121ln0pppp21600ln1.004ln0.696 kJ/(kg K)300pTscT （5）利用比定值熱容法計(jì)算空氣內(nèi)能和熵的變化 空氣內(nèi)能的變化：因?yàn)橛筛奖?查得空氣的比定壓熱容：所以 空氣熵的變化：因?yàn)橛忠驗(yàn)榭諝馐嵌▔杭訜岬?，所以? 6、兩股壓力相同的空氣混合，一股溫度400400，流量120kg/h120kg/h；另一股溫度100100，流量150kg/h

7、150kg/h。若混合過(guò)程是絕熱的，比熱容取為定值，求混合氣流的溫度和混合過(guò)程氣體熵的變化量。6 6、兩股壓力相同的空氣混合，一股溫度400400，流量120kg/h120kg/h；另一股溫度100100，流量150kg/h150kg/h。若混合過(guò)程是絕熱的，比熱容取為定值，求混合氣流的溫度和混合過(guò)程氣體熵的變化量。6 6、兩股壓力相同的空氣混合，一股溫度400400，流量120kg/h120kg/h；另一股溫度100100，流量150kg/h150kg/h。若混合過(guò)程是絕熱的，比熱容取為定值，求混合氣流的溫度和混合過(guò)程氣體熵的變化量。6 6、兩股壓力相同的空氣混合，一股溫度400400，流量

8、120kg/h120kg/h；另一股溫度100100，流量150kg/h150kg/h。若混合過(guò)程是絕熱的，比熱容取為定值，求混合氣流的溫度和混合過(guò)程氣體熵的變化量。8、一一絕熱剛性容器被隔板分成絕熱剛性容器被隔板分成A、B兩部分。兩部分。A中有壓力為中有壓力為0.3MPa、溫度為、溫度為200的氮的氮?dú)?，氣，容?積積為為0.6m3；B中有壓力為中有壓力為1MPa、溫度為、溫度為20的氧氣，容積為的氧氣，容積為1.3m3.現(xiàn)抽去隔板，現(xiàn)抽去隔板，兩種氣體均勻混合。若比熱容視為定值，求：（兩種氣體均勻混合。若比熱容視為定值，求：（1）混合氣體的溫度；（）混合氣體的溫度；（2）混合氣體的壓）混合

9、氣體的壓力；（力；（3）混合過(guò)程各氣體的熵變和總熵變。）混合過(guò)程各氣體的熵變和總熵變。0U1111111222222ABAABBA VAAB VBBvUUUm um um c Tm c TUm um c T22,ABvA vABvBmmm cx cx c112112()()A VAAB VBBABA vABvBA VAAB VBBA VAB VBm c Tm c Tmmx cx cTx c Tx c TTx cx c解：解：（1）混合氣體的溫度取容器中兩種氣體為系統(tǒng)，則系統(tǒng)與外界無(wú)熱量和功交換，依據(jù)熱力學(xué)第一定律有，即U1 = U2。其中， 0.741kJ/(kg K),0.657 kJ/(k

10、g K)VAVBcc8.3140.297/ ()288.3140.260/ ()32mAAmBBRRkJkgKMRRkJkgKM查附表3有：311131110.3 100.61.28kg0.297(273200)1 101.317.07 kg0.260 (27320)AAAAABBBBBpVmRTp VmR Tp VmR T21.28 17.0718.35kg1.280.0718.35110.070.930.070.741 4730.93 0.6572930.070.7410.93 0.657307.1K34.1ABAABAmmmmxmxxT 3220.070.2970.93 0.2600.2

11、6260.61.31.9 m18.345 0.2626 307.1778.6 kPa1.9AABBABRx Rx RVVVmRTpV2222221122111.28 0.297 307.161.4 KPa1.917.065 0.260 307.1717.1KPa1.9(lnln)307.161.41.28 (1.038 ln0.297ln)4733000.029 kJ/K(lnln)17.065 (0.AAABBBAAAPAAAABBBPBBBBm R TpVm R TpVTpSmcRTpTpSmcRTp307.1717.1913 ln0.260ln)29310002.208kJ/K0.029

12、2.0282.237 kJ/KABSSS （2）混合氣體的氣體常數(shù)（3）混合過(guò)程各氣體的熵變和總熵變9 9、容積為2020升的氧氣瓶中充入氧氣后，壓力為11MPa11MPa，溫度為1515，試用理想氣體狀態(tài)方程計(jì)算鋼瓶?jī)?nèi)氧氣的質(zhì)量，并用壓縮因子圖校正。解：查表得氧氣的臨界參數(shù)為查壓縮因子圖得，z=0.95所以有：1313、利用水蒸氣表值填下表中的空白項(xiàng) 參數(shù)序號(hào)p/MPat/v/(m3/kg)h/(kJ/kg)s/(kJ/(kg.K)u/(kJ/kg)x = ?或是什么狀態(tài)10.11802.0782835.87.74952628過(guò)熱蒸汽210.02000.0011480855.92.31768

13、44.42未飽和水39.9875000.0328033796.60803051.43過(guò)熱蒸汽40.00532.89822.2702052.66.73781941.25x=0.79（濕蒸汽）17、某某水蒸氣鍋爐的蒸發(fā)量為水蒸氣鍋爐的蒸發(fā)量為2000kg/h，正常工作時(shí)鍋爐內(nèi)壓為，正常工作時(shí)鍋爐內(nèi)壓為1.4MPa，進(jìn)水溫度為，進(jìn)水溫度為20，輸出的是干飽和蒸汽，試求加熱速率是多少？若鍋爐容積為，輸出的是干飽和蒸汽，試求加熱速率是多少？若鍋爐容積為5m3，1.4MPa的水占的水占4m3，堵死鍋爐進(jìn)出口，試計(jì)算經(jīng)過(guò)多少時(shí)間可以使鍋爐達(dá)到其爆炸壓力堵死鍋爐進(jìn)出口，試計(jì)算經(jīng)過(guò)多少時(shí)間可以使鍋爐達(dá)到其爆炸壓

14、力4MPa？不計(jì)鍋爐本身的？不計(jì)鍋爐本身的吸熱量。吸熱量。3195.040.1407 m /kg2787.8kJ/kg,6.4651kJ/(kg K)sths,20195.04t 30.001001m /kg,85.2 kJ/kg0.2960 kJ/(kg K)hs0tw tqhw解：解：（1）加熱速率 對(duì)于輸出的蒸汽：由于x = 1.0，查附表14可知：對(duì)于進(jìn)水：因?yàn)椋瑸槲达柡退?。查附?5，可知：由2787.885.22702.6 kJ/kgqh 6620002702.65.4 10 kJ/h1501.4 kW=5.4 10/mQqqkj h可知：所以加熱速率為：3335m ,4 m ,1

15、mwsVVV3s0.0011489 m /kg,1.4 MPa17.107 kg0.1407sspVm143481.59 kg0.00114893488.7 kg7.1070.0020377.1073481.6wwVmmx（2）爆炸時(shí)間 1.4MPa下，由于 查附表14可知1)0.0014336 m /kg(1)834.07 kJ/kg832.06 kJ/kgxxxxxvx vxvhx hx huhp v24MPap 3322220.0012521m /kg,0.04975m /kg1087.4 kJ/kg,2800.3kJ/kgvvhh由杠桿規(guī)則：再由，查附表14可知：212 222112222(1)0.00143360.00125210.0037420.049750.0012521xxxxvvx vx vvvvxvv由于物質(zhì)沒(méi)有外漏，故濕蒸汽的比體積沒(méi)有變化，即：22222(1)0.003742 2800.3(1 0.003742) 1087.41093.81kJ/kgxhx hx h故2222