工程热力学(第五版)习题答案
2-3．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?p1v1RT1 p2v2RT2
压送后储气罐中CO2的质量
m2?根据题意
容积体积不变；R＝188.9
p1?pg1?B
（1） （2） （3） （4）
p2?pg2?BT1?t1?273
T2?t2?273
压入的CO2的质量
m?m1?m2?vp2p1(?)RT2T1 （5）
将（1）、(2)、(3)、(4)代入（5）式得 m=12.02kg
第二章 气体的热力性质
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?R08314?M28＝296.9J/(kg?K)
（2）标准状态下N2的比容和密度
v?RT296.9?273?p101325＝0.8m3/kg
??13v＝1.25kg/m
（3）p?0.1MPa，t?500℃时的摩尔容积Mv
R0T3pm/kmol Mv ＝＝64.27
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?vp2p130099.3101.325(?)?(?)?1000RT2T1287300273＝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8.5 m3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
p2v27?105?8.5m2??RT2287?288kg
压缩机每分钟充入空气量
pv1?105?3m??RT287?288kg
所需时间
t?m2?m19.83min
第二种解法
将空气充入储气罐中，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、8.5 m3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?const
0.7MPa、8.5 m3的空气在0.1MPa下占体积为
V1?p2V20.7?8.5??59.5P10.1 m3
压缩机每分钟可以压缩0.1MPa的空气3 m3，则要压缩59.5 m3的空气需要的时间
??59.5?319.83min
2-9 解：（1）氮气质量
pv13.7?106?0.05m??RT296.8?300＝7.69kg
（2）熔化温度
pv16.5?106?0.05T??mR7.69?296.8＝361K
2－14 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?11?gi0.2320.768??M3228i＝28.86
气体常数
R?R08314?M28.86＝288J/(kg?K)
容积成分
ro2?go2M/Mo2rN2?＝20.9％
1－20.9％＝79.1％
标准状态下的比容和密度
??M28.86?22.422.4＝1.288 kg /m3
v?
1?＝0.776 m3/kg
rCH4?97%2-15 已知天然气的容积成分，
rC2H6?0.6%，
rC3H8?0.18%，
rC4H10?0.18%，
rCO2?0.2%，
rN2?1.83%。试求：
天然气在标准状态下的密度；
各组成气体在标准状态下的分压力。 解：（1）密度
M??riMi?(97?16?0.6?30?0.18?44?0.18?58?0.2?44?1.83?28)/100＝16.48
?0?M16.48??0.736kg/m322.422.4
pi?rip
98.285kPa
（2）各组成气体在标准状态下分压力 因为：
pCH4?97%*101.325?同理其他成分分压力分别为：（略）
2－8 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?V2T1?V1582K
（2）空气的初容积
p=3000×9.8/(πr2)+101000=335.7kPa
V1?mRT1?p0.527 m3
空气的终态比容
v2?V22V1?mm＝0.5 m3/kg
或者
v2?RT2?p0.5 m3/kg
（3）初态密度
?1?m2.12?V10.527＝4 kg /m3 1?v22 kg /m3
?2?
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
工程热力学第五版课后习题答案
