工程热力学第三章答案

工程热力学第三章习题课1、已知某气体的分子量为29，求：（1）气体常数；（2）标准状态下的比体积及千摩尔容积；（3）在P=0.1MPa，20℃时的比体积及千摩尔容积。解：（1）气体常数R8.3140.287kJ/(kgK)29mRRM（2）标准状态下的比体积及千摩尔容积因为气体处于标准状态，所以p=101.325kPa，T=273K，又因为pRT30.2872730.773m/kg101.325RTp千摩尔容积：3290.77322.4m/kmolVmv1、已知某气体的分子量为29，求：（1）气体常数；（2）标准状态下的比体积及千摩尔容积；（3）在P=0.1MPa，20℃时的比体积及千摩尔容积。（3）在p=0.1MPa，20℃时的比体积及千摩尔容积因为p=0.1MPa=100kPa，T=20℃=293K30.2872930.841m/kg100pvRTRTvp千摩尔容积：3290.84124.39m/kmolVmv。3、某储罐容器为3m3，内有空气，压力指示为0.3MPa，温度计读数为15℃，现由压缩机每分钟从压力为0.1MPa，温度为12℃的大气中吸入0.2m3的空气，经压缩后送入储罐，问经多长时间可使储罐内气体压力升高到1MPa、温度升到50℃？mmpVpVNRTNRT31111(0.310101.325)30.50282kmol8.314(27315)mpVNRT322220.1100.20.00844kmol8.314(27312)mpVtNtRT解：由题意知：因为:对储罐容器内原有的气体：对输入储罐容器的气体所以t=72.79min。121.1170.502820.00844NNNt由题意知：对达到要求后总的气体311031.117kmol8.314(27350)mpVNRT4、若将空气从27℃定压加热到327℃，试分别用下列各法计算对每千克空气所加入的热量，并进行比较。（1）比定值热容法；（2）平均比热容法；（3）比热容经验公式法；（4）应用空气热力性质表。并利用比定值热容法计算空气内能和熵的变化。tQHW21d0tWVpQH21()1.004(32727)301.2kJ/kgpqhcTT解：(1)依据热力学第一定律有对于定压流动，故（1）按比定值热容计算由附表3可查得空气的比定压热容：cp=1.004kJ/(kg·K)01000030040000|1.004/(),|1.006/()|1.019/(),|1.028/()ppppckJkgckJkgckJkgckJkg℃℃℃℃27032701.0061.004|(270)1.0041.00454/()10001.0281.019|(327300)1.0191.02143/()400300ppckJkgckJkg℃℃327270201||1.021433271.0045427306.885kJ/kgppqhctct采用内插法，得所以查附表4可知：（2）按平均比热容计算因为t1=27℃，t2=327℃36293.28.151.967104.801101.96610pmcTTT600.30060036293300d1(28.151.967104.801101.96610)d29308.73kJ/kgpmcqhTMTTTT300600300.19kJ/kg,607.02kJ/kgKKhh600300607.02300.19306.83kJ/kgKKqhhh(3).按比热容经验公式计算查附表2知：空气分子量M=29，则（4）应用空气热力性质表计算：查附表6，得。21()vucTT0.716kJ/(kgK)vc0.716(600300)214.8kJ/kgu2211lnlnpTpscRTp2121ln0pppp21600ln1.004ln0.696kJ/(kgK)300pTscT（5）利用比定值热容法计算空气内能和熵的变化①空气内能的变化：因为由附表3查得空气的比定压热容：所以②空气熵的变化：因为又因为空气是定压加热的，所以故6、两股压力相同的空气混合，一股温度400℃，流量120kg/h；另一股温度100℃，流量150kg/h。若混合过程是绝热的，比热容取为定值，求混合气流的温度和混合过程气体熵的变化量。解：（1）混合气体的温度取两种气体为系统，则系统与外界无热量和功交换，依据热力学第一定律有0U，即U1=U21111111222222ABAABBAVAABVBBvUUUmumumcTmcTUmumcT其中，22,ABvAvABvBmmmcxcxc112112()()AVAABVBBABAvABvBAVAABVBBAVABVBmcTmcTmmxcxcTxcTxcTTxcxc6、两股压力相同的空气混合，一股温度400℃，流量120kg/h；另一股温度100℃，流量150kg/h。若混合过程是绝热的，比热容取为定值，求混合气流的温度和混合过程气体熵的变化量。查附表3有，0.716kJ/(kgK),0.716kJ/(kgK)VAVBcc2120150270kg/h1200.444270110.4440.5560.4440.716(400273)0.5560.716(100273)0.4440.7160.5560.716506.2K233.2ABAABAmmmmxmxxT℃6、两股压力相同的空气混合，一股温度400℃，流量120kg/h；另一股温度100℃，流量150kg/h。若混合过程是绝热的，比热容取为定值，求混合气流的温度和混合过程气体熵的变化量。（2）混合过程中气体熵的变化量因为混合前为压力相同的两股空气，则令pA1=p，pB1=p。由题意知p2=p1200.444120150110.4440.556AAAAABABBAmNmMymmNmmMMyy22220.4440.556AABBpypppypp6、两股压力相同的空气混合，一股温度400℃，流量120kg/h；另一股温度100℃，流量150kg/h。若混合过程是绝热的，比热容取为定值，求混合气流的温度和混合过程气体熵的变化量。查附表3有:1.004kJ/(kggK),0.287kJ/(kgK)PAPBABccRR22221111(lnln)(lnln)506.20.444120(1.004ln0.287ln)673506.20.556150((1.004ln0.287ln)37364.9kJ/(kgh)ABABAPAABPBBAABBSSSTpTPmcRmcRTPTPpppp8、一绝热刚性容器被隔板分成A、B两部分。A中有压力为0.3MPa、温度为200℃的氮气，容积为0.6m3；B中有压力为1MPa、温度为20℃的氧气，容积为1.3m3.现抽去隔板，两种气体均匀混合。若比热容视为定值，求：（1）混合气体的温度；（2）混合气体的压力；（3）混合过程各气体的熵变和总熵变。0U1111111222222ABAABBAVAABVBBvUUUmumumcTmcTUmumcT22,ABvAvABvBmmmcxcxc112112()()AVAABVBBABAvABvBAVAABVBBAVABVBmcTmcTmmxcxcTxcTxcTTxcxc解：（1）混合气体的温度取容器中两种气体为系统，则系统与外界无热量和功交换，依据热力学第一定律有，即U1=U2。其中，0.741kJ/(kgK),0.657kJ/(kgK)VAVBcc8.3140.297/()288.3140.260/()32mAAmBBRRkJkgKMRRkJkgKM查附表3有：311131110.3100.61.28kg0.297(273200)1101.317.07kg0.260(27320)AAAAABBBBBpVmRTpVmRTpVmRT21.2817.0718.35kg1.280.0718.35110.070.930.070.7414730.930.6572930.070.7410.930.657307.1K34.1ABAABAmmmmxmxxT℃3220.070.2970.930.2600.26260.61.31.9m18.3450.2626307.1778.6kPa1.9AABBABRxRxRVVVmRTpV2222221122111.280.297307.161.4KPa1.917.0650.260307.1717.1KPa1.9(lnln)307.161.41.28(1.038ln0.297ln)4733000.029kJ/K(lnln)17.065(0.AAABBBAAAPAAAABBBPBBBBmRTpVmRTpVTpSmcRTpTpSmcRTp307.1717.1913ln0.260ln)29310002.208kJ/K0.0292.0282.237kJ/KABSSS（2）混合气体的气体常数（3）混合过程各气体的熵变和总熵变9、容积为20升的氧气瓶中充入氧气后，压力为11MPa，温度为15℃，试用理想气体状态方程计算钢瓶内氧气的质量，并用压缩因子图校正。解：查表得氧气的临界参数为查压缩因子图得，z=0.95所以有：13、利用水蒸气表值填下表中的空白项参数序号p/MPat/℃v/(m3/kg)h/(kJ/kg)s/(kJ/(kg.K)u/(kJ/kg)x=?或是什么状态10.11802.0782835.87.74952628过热蒸汽210.02000.0011480855.92.3176844.42未饱和水39.9875000.0328033796.60803051.43过热蒸汽40.00532.89822.2702052.66.73781941.25x=0.79（湿蒸汽）17、某水蒸气锅炉的蒸发量为2000kg/h，正常工作时锅炉内压为1.4MPa，进水温度为20℃，输出的是干饱和蒸汽，试求加热速率是多少？若锅炉容积为5m3，1.4MPa的水占4m3，堵死锅炉进出口，试计算经过多少时间可以使锅炉达到其爆炸压力4MPa？不计锅炉本身的吸热量。3195.040.1407m/kg2787.8kJ/kg,6.4651kJ/(kgK)sths℃,20195.04t℃℃30.001001m/kg,85.2kJ/kg0.2960kJ/(kgK)hs0twtqhw解：（1）加热速率对于输出的蒸汽：由于x=1.0，查附表14可知：对于进水：因为，为未饱和水。查附表15，可知：由2787.885.22702.6kJ/kgqh6620002702.65.410kJ/h1501.4kW=5.410/mQqqkjh可知：所以加热速率为：3335m,4m,1mwsVVV3s0.0011489m/kg,1.4MPa17.107kg0.1407sspVm143481.59kg0.00114893488.7kg7.1070.0020377.1073481.6wwVmmx（2）爆炸时间1.4MPa下，由于查附表14可知：13111111111(1)0.0014336m/kg(1)834.07kJ/kg832