[修订]工程热力学课后作业答案chapter4

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1、p734-1lkg空气在可逆多变过程中吸热40kJ,其容积增大为v2=10vl,压力降低为p2=pl/8,设比热为定值，求过程中内能的变化、膨胀功、轴功以及焰和爛的变化。解：热力系是lkg空气过程特征：多变过程n=ln(p2/pl)二ln(l/8)=°n~ln(vl/v2)-ln(l/10)'因为q=ca内能变化为C,=-R=717.5丿/(焙・K)77cp=-R=-cv=1004.5J/(kg•K)cn=cv—~—=5cv==3587.5J/(kg•K)n一1Ah=

2、X103J焙变：h=cpAT=ku=1.4X8=11.2X103J爛变:=cIn—+cvIn—=0.82X103J/(kg•K)vlp4-2有1kg空气、初始状态为p=0.5MPa,fl=150°C,进行下列过程：(1)可逆绝热膨胀到p2=0AMPa;(2)不可逆绝热膨胀到p2=0.IMPa,T2=300K;(3)可逆等温膨胀到P2=0AMPa;(4)可逆多变膨胀到p2=OAMPa,多变指数心2;试求上述各过程中的膨胀功及爛的变化，并将各过程的相对位置画在同一张卩-卩图和厂-$图上解：热力系lkg空气(1)膨胀功：心竺1[1一(以)¥]=111.9X10

3、，Jk-p爛变为0(2)w=-Aw=(T1-T2)^88.3X103J卩T-/?In以=116.8丿/(kg・K)"1(1)w=RTl-^~=195.4XIO3J/(kg•K)p2As=R-^~=0.462X1(P丿/(畑・K)p2(2)w=—[l-(-^p]=67」X1CPJn-pT2=T1(-^)V=189.2K"1—346AJ/(kg•K)4-3具有lkmol空气的闭口系统，其初始容积为1代，终态容积为10m3,当初态和终态温度均100°C时，试计算该闭口系统对外所作的功及炳的变化。该过程为：(1)可逆定温膨胀；(2)向真空自由膨胀。解：

4、(1)定温膨胀功w=mRTln—=1.293*22.4*287*373*ln—=7140kJVI1A5=mR^-=19.14kJ/KVI(2)自由膨胀作功为0△s=mRIn=19.14kJ/KVI4-4质量为5kg的氧气在30°C温度下定温压缩，容积由3m3变成0・6n?,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、恰、爛变化各为多少？解:g=m/?Tln—=5*259.8*300*ln—=—627.2kJVI3放热627.2kJ因为定温，内能变化为0,所以w=q内能、焙变化均为0嫡变:As=mRIn—=—2.1kJ/KVI4-5为了试验容器

5、的强度，必须使容器壁受到比大气压力高0.IMPa的压力。为此把压力等于大气压力。温度为13°C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、焰和爛的变化为多少？解：(1)定容过程卩2="公=286*100+1013=568・3Kp101.3(2)内能变化:Aw=cv(T2-71)=-*287*(56&3-286)=202.6kJ/kg27h=c„(T2-Tl)=-*287*(568.3一286)=283・6kj/kg/2△$=c」n^=0・49kJ/(kg.K)pl4-66

6、kg空气由初态pl=0.3MPa,tl=30°C,经过下列不同的过程膨胀到同一终压p2=0.IMPa：(1)定温过程；(2)定爛过程；(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=m/?Tln-^-=6*287*3O3*ln—=573.2kJp2().1Q=WT2=T1=3O°C(2)定爛过程w二加一?-门[1_(以)〒]=6*^^-*3O3*[l-(—)^]=351.4kJk-p1.4-10.3Q=0T2=T(吗PlR-l221.4K(3)多变过程pl=252.3Kw=m-^-[T

7、-T2]=6^n一12871.2—1*[303-252.3]=436.5kJQ=mcn(T2-Tl)=6*cr*(252.3-303)=218.3kJn-14-7已知空气的初态为pl=0.6MPa,vl二0.236m：7kgo经过一个多变过程后终态变化为p2=0.12MPa,v2=0.815m3/kgo试求该过程的多变指数，以及每千克气体所作的功、所吸收的热量以及内能、焙和爛的变化。解：(1)求多变指数ln(p2/pl)ln(0.12/0.6)“n==—1・ln(vl/v2)ln(0.236/0.815)1千克气体所作的功W=丄[pv-p2v2]=—*(0.

8、6*0.236-0.12