2018年工程热力学第五版习题答案.doc

工程热力学第五版习题答案 　　第四章 　　4-1 1kg空气在可逆多变过程中吸热40kJ，其容积增大为v2?10v1，压力降低为 　　p2?p1/8，设比热为定值，求过程中内能的变化、膨胀功、轴功以及焓和熵的变化。 　　解：热力系是1kg空气 过程特征：多变过程n?因为 　　ln(p2/p1)ln(1/8) 　　＝0.9 ? 　　ln(v1/v2)ln(1/10) 　　q?cn?T 　　内能变化为 　　5 　　R＝717.5J/(kg?K) 277 　　cp?R?cv＝1004.5J/(kg?K) 　　25n?k 　　?5cv?＝3587.5J/(kg?K) cn? cv 　　n?1cv? 　　?u?cv?T?qcv/cn＝8×103J 　　膨胀功：w?q??u＝32 ×10J 轴功：ws?nw?28.8 ×10J 　　3 　　3 　　焓变：?h?cp?T?k?u＝1.4×8＝11.2 ×10J 　　3 　　熵变：?s?cpln 4－2 　　v2p23 　　?cvln＝0.82×10J/(kg?K) v1p1 　　有1kg空气、初始状态为p1?0.5MPa，t1?150℃，进行下列过程： 　　（1）可逆绝热膨胀到p2?0.1MPa； 　　（2）不可逆绝热膨胀到p2?0.1MPa，T2?300K； （3）可逆等温膨胀到p2?0.1MPa； 　　（4）可逆多变膨胀到p2?0.1MPa，多变指数n?2； 　　试求上述各过程中的膨胀功及熵的变化，并将各过程的相对位置画在同一张p?v图和 　　T?s图上 　　解：热力系1kg空气 　　（1） 膨胀功： 　　RT1p2w?[1?() 　　k?1p1 　　熵变为0 　　k?1 　　k 　　]＝111.9×103J 　　（2）w???u?cv(T1?T2)＝88.3×10J 　　3 　　?s?cpln 　　T2p2 　　＝116.8J/(kg?K) ?Rln 　　T1p1 　　p13 　　＝195.4×10J/(kg?K) p2 　　（3）w?RT1ln 　　?s?Rln 　　p13 　　＝0.462×10J/(kg?K) p2 　　n?1n 　　RT1p2 　　（4）w?[1?() 　　n?1p1p2 　　T2?T1() 　　p1 　　?s?cpln 　　n?1n 　　]＝67.1×103J 　　＝189.2K 　　T2p2?Rln＝－346.4J/(kg?K) T1p1 　　　　33 　　4-3 具有1kmol空气的闭口系统，其初始容积为1m，终态容积为10 m，当初态和终态温度均100℃时，试计算该闭口系统对外所作的功及熵的变化。该过程为：（1）可逆定温膨胀；（2）向真空自由膨胀。 解：（1）定温膨胀功w?mRTln 　　V210 　　?1.293*22.4*287*373*ln?7140kJ V11 　　?s?mRln 　　V2 　　?19.14kJ/K V1 　　V2 　　?19.14kJ/K V1 　　(2)自由膨胀作功为0 　　?s?mRln 　　　　33 　　4－4 质量为5kg的氧气，在30℃温度下定温压缩，容积由3m变成0.6m，问该过程中工质吸收或放出多少热量？输入或输出多少功量？内能、焓、熵变化各为多少？ 解：q?mRTln 　　V20.6 　　?5*259.8*300*ln?－627.2kJ V13 　　放热627.2kJ 　　因为定温，内能变化为0，所以 　　w?q 内能、焓变化均为0 　　熵变： 　　?s?mRln 　　V2 　　?－2.1 kJ/K V1 　　4－5 为了试验容器的强度，必须使容器壁受到比大气压力高0.1MPa的压力。为此把压力等于大气压力。温度为13℃的空气充入受试验的容器内，然后关闭进气阀并把空气加热。已知大气压力B＝101.3kPa，试问应将空气的温度加热到多少度？空气的内能、焓和熵的变化为多少？ 解：（1）定容过程 　　T2?T1 　　p2100?101.3 　　?286*?568.3K p1101.3 　　5 　　*287*(568.3?286)?202.6kJ/kg 2 　　（2） 内能变化：?u?cv(T2?T1)? 　　?h?cp(T2?T1)? 　　　　7 　　*287*(568.3?286)?283.6 kJ/kg 2 　　?s?cvln 　　p2 　　?0.49 kJ/(kg.K) p1 　　　　4-6 6kg空气由初态p1＝0.3MPa，t1=30℃，经过下列不同的过程膨胀到同一终压p2＝0.1MPa：（1）定温过程；（2）定熵过程；（3）指数为n＝1.2的多变过程。试比较不同过程中空气对外所作的功，所进行的热量交换和终态温度。 解：（1）定温过程 　　W?mRTln 　　p10.3 　　?6*287*303*ln