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1、工程热力学第三章习题课1 1、已知某气体的分子量为已知某气体的分子量为2929，求：（，求：（1 1）气体常数；（）气体常数；（2 2）标准状态）标准状态下的比体积及千摩尔容积；（下的比体积及千摩尔容积；（3 3）在）在P P=0.1MPa=0.1MPa，2020时的比体积及时的比体积及千摩尔容积。千摩尔容积。1 1、已知某气体的分子量为已知某气体的分子量为2929，求：（，求：（1 1）气体常数；（）气体常数；（2 2）标准状态）标准状态下的比体积及千摩尔容积；（下的比体积及千摩尔容积；（3 3）在）在P P=0.1MPa=0.1MPa，2020时的比体积及时的比体积及千摩尔容积。千摩尔容积

2、。3 3、某储罐容器为、某储罐容器为3m3m3 3，内有空气，压力指示为，内有空气，压力指示为0.3MPa0.3MPa，温度计读数为，温度计读数为1515，现由压缩机每，现由压缩机每分钟从压力为分钟从压力为0.1MPa0.1MPa，温度为，温度为1212的大气中吸入的大气中吸入0.2m0.2m3 3的空气，经压缩后送入储罐，问经多长的空气，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时间可使储罐内气体压力升高到1MPa1MPa、温度升到、温度升到5050？mmpVpVNR TNR T31111(0.3 10101.325)30.50282 kmol8.314(27315)mpVNR

3、T322220.1 100.20.00844 kmol8.314(273 12)mp VtNtR T解：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=72.79 min。121.1170.502820.00844NNNt由题意知：对达到要求后总的气体31 1031.117kmol8.314(273 50)mpVNR T4、若将空气从若将空气从27定压加热到定压加热到327，试分别用下列各法计算对每千克空气所加入的热，试分别用下列各法计算对每千克空气所加入的热 量，量，并进行比较。（并进行比较。（1）比定值热容法；（）比定值热容法；（2）平均比热容法；（）平均比热容法

4、；（3）比热容经验公式法；（）比热容经验公式法；（4）应用空）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。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 21d0tWV p QH 21()1.004(32727)301.2kJ/kgpqhc TT 解：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=1.004 kJ/(kgK)01000030040000|1.004/(),|1.006/()|1.019/(),|1.028/()ppppckJkgckJkgckJkgckJkg27032701.006

5、1.004|(270)1.0041.00454/()10001.0281.019|(327300)1.0191.02143/()400300ppckJkgckJkg327270201|1.02143 327 1.00454 27306.885kJ/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=32736293.28.15 1.967 104.801 101.966 10p mcTTT600.30060036293300d1(28.15 1.967 104.801 101.966 10)d29308.73kJ/kgp mcqhTMTTTT30

6、0600300.19kJ/kg,607.02kJ/kgKKhh600300607.02 300.19 306.83kJ/kgKKqh hh(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()vuc TT0.716 kJ/(kg K)vc 0.716(600300)214.8 kJ/kgu2211lnlnpTpscRTp2121ln0pppp21600ln1.004ln0.696 kJ/(kg K)300pTscT（5）利用比定值热容法计算空气内能和熵的变化 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 空气熵的变化：因为

7、又因为空气是定压加热的，所以故6 6、两股压力相同的空气混合，一股温度两股压力相同的空气混合，一股温度400400，流量，流量120kg/h120kg/h；另一；另一股温度股温度100100，流量，流量150kg/h150kg/h。若混合过程是绝热的，比热容取为定。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。值，求混合气流的温度和混合过程气体熵的变化量。6 6、两股压力相同的空气混合，一股温度两股压力相同的空气混合，一股温度400400，流量，流量120kg/h120kg/h；另一；另一股温度股温度100100，流量，流量150kg/h150kg/h。若混合过

8、程是绝热的，比热容取为定。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。值，求混合气流的温度和混合过程气体熵的变化量。6 6、两股压力相同的空气混合，一股温度两股压力相同的空气混合，一股温度400400，流量，流量120kg/h120kg/h；另一；另一股温度股温度100100，流量，流量150kg/h150kg/h。若混合过程是绝热的，比热容取为定。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。值，求混合气流的温度和混合过程气体熵的变化量。6 6、两股压力相同的空气混合，一股温度两股压力相同的空气混合，一股温度400400，流量

9、，流量120kg/h120kg/h；另一；另一股温度股温度100100，流量，流量150kg/h150kg/h。若混合过程是绝热的，比热容取为定。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。值，求混合气流的温度和混合过程气体熵的变化量。8、一绝热刚性容器被隔板分成一绝热刚性容器被隔板分成A、B两部分。两部分。A中有压力为中有压力为0.3MPa、温度为、温度为200的氮的氮气，容气，容 积为积为0.6m3；B中有压力为中有压力为1MPa、温度为、温度为20的氧气，容积为的氧气，容积为1.3m3.现抽去隔板，两现抽去隔板，两种气体均匀混合。若比热容视为定值，求：（

10、种气体均匀混合。若比热容视为定值，求：（1）混合气体的温度；（）混合气体的温度；（2）混合气体的压力；）混合气体的压力；（3）混合过程各气体的熵变和总熵变。）混合过程各气体的熵变和总熵变。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

11、，依据热力学第一定律有，即U1=U2。其中，0.741kJ/(kg K),0.657 kJ/(kg 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 0.657307.1K

12、34.1ABAABAmmmmxmxxT 3220.070.2970.93 0.2600.26260.61.31.9 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 TpVTpSmcRTpTpSmcRTp30

13、7.1717.1913 ln0.260ln)29310002.208kJ/K0.0292.0282.237 kJ/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 9、容积为、容积为2020升的氧气瓶中充入氧气后，压力为升的氧气瓶中充入氧气后，压力为11MPa11MPa，温度为，温度为1515，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。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：1313、利用水蒸气表值填下表中的空白项利用水蒸气表值填下表中的空白项 参数序号p/MPat/

14、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某水蒸气锅炉的蒸发量为2000kg/h，正常工作时锅炉内压为，正常工作时锅炉内压为1.4MPa，进水温度为，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

15、锅炉容积为，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？不计锅炉本身的吸热量。吸热量。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

16、表15，可知：由2787.885.22702.6 kJ/kgqh 6620002702.65.4 10 kJ/h1501.4 kW=5.4 10/mQqqkj h可知：所以加热速率为：3335m,4 m,1mwsVVV3s0.0011489 m/kg,1.4 MPa17.107 kg0.1407sspVm143481.59 kg0.00114893488.7 kg7.1070.0020377.1073481.6wwVmmx（2）爆炸时间 1.4MPa下，由于 查附表14可知：13111111111(1)0.0014336 m/kg(1)834.07 kJ/kg832.06 kJ/kgxxxxx

17、vx vxvhx hx huhp v24MPap 3322220.0012521m/kg,0.04975m/kg1087.4 kJ/kg,2800.3kJ/kgvvhh由杠杆规则：再由，查附表14可知：212 222112222(1)0.00143360.00125210.0037420.049750.0012521xxxxvvx vx vvvvxvv由于物质没有外漏，故湿蒸汽的比体积没有变化，即：22222(1)0.003742 2800.3(1 0.003742)1087.41093.81kJ/kgxhx hx h故222211093.8140000.00143361088.08 kJ/kgxxxxxuhpvhpv215()3488.7(1088.08832.062)8.9315 10 kJxxQm uu58.9315 10594.88s9.91min0.165h1501.4QQ则所以爆炸时间为：2020、压力为、压力为0.1MPa0.1MPa的湿空气在的湿空气在t t1 1=10=10，=0.7=0.7下进入加热器，在下进入加热器，在t t2 2=25=25下离开，试计算对每下离开，试计算对每1kg1kg干空气加入的热量及加热器出口处湿干空气加入的热量及加热器出口处湿空气的相对湿度空气的相对湿度