西南交大机械类热工基础问题详解

1.3 题略

解： m 2.127481

.92.110)7893(3

=⨯⨯-=⋅∆=⋅⋅=∆g p h h g p ρρ

1.5 题略

m 1.05.02.030sin m

2.0200kg/m 800/8.033=⨯======l h mm l cm g ρ已知：

烟气的真空度为：

Pa 8.78430sin 2.081.9800=⨯⨯=⋅⋅=h g p v ρ

∵ 1 mmH 2O = 9.80665 Pa ∴ 1 Pa = 0.10197 mmH 2O

O mmH 027.808.7842==Pa p v 烟气的绝对压力为：

kPa 540.98Pa 388.985408.7843224.133745==-⨯=-= v b p p p 1.10 题略

解：锅内表压力

g 40.77kg 04077.081

.91041010063==⨯⨯⨯=⋅=

⋅=

-g A p m A

g

m p g g

2.2填空缺数据（蓝色）：

2.9 题略

已知：D 1 = 0.4 m ，p 1 =150 kPa ，且气球内压力正比于气球直径，即p = kD ，太阳辐射加热后D 2 = 0.45 m 求：过程中气体对外做功量

解：由D 1=0.4 m ，p 1=150 kPa ，可求得：k =375 kPa/m

kJ

27.2)

(8

2

2

)6

(41423

332

1

=-=

==

⋅==⎰

D D k dD kD W dD

kD D d kD pdV dW D D π

π

π

π

答：过程中气体对外做功量为2.27 kJ 2.12 题略

解：（1）确定空气的初始状态参数

K

300)27273(m 10101010100kPa

1.29310100108.91951021332414

3

111=+==⨯⨯⨯===⨯⨯⨯+=+=+=-----T AH V A g m p p p p b g b （2）确定拿去重物后，空气的终了状态参数

由于活塞无摩擦，又能与外界充分换热，因此终了平衡状态时缸内空气的压力和温度与外界的压力和温度相等。则

33-3211

2124

3

222m 101.50231

.1951

.29310K 300kPa

1.19510100108.9)100195(102⨯=⨯=====⨯⨯⨯-+=+=+=---p p V V T T A g m p p p p b g b 活塞上升距离

cm 023.5m 05023.01010010)15023.1()(4

3

12==⨯⨯-=-=∆--A V V H

对外做功量

J 999.9710)15023.1(101.195332=⨯-⨯⨯=∆=-V p W

由闭口系能量方程，Q =△U+W ，因T 2 = T 1，故△U = 0。所以求得气体与外界的换热量为

Q =W=97.999 J

讨论：（1）本题活塞上升过程为不可逆过程，其功不能用pdV W ⎰=2

1计算，

本题是一种特殊情况，即已知外界压力，故可用外界参数计算功（多数情况下外

界参数未予描述，因而难以计算）。

（2）系统对外做功97.999 J ，用于提升重物的功量为V p g ∆2（有用功），另一部分V p b ∆是克服大气压力所做的功。 3.3 题略

解：（1）泄漏的气体量为

kmol

541.0kg 81.23)27327(44/3.83143

103.0)27347(44/3.83143108.0662*******==+⨯⨯⨯-

+⨯⨯⨯=-=-=∆T R V p T R V p m m m g g （2）泄漏的气体在1bar 及17℃时占有的容积为

35m 05.1310

)27317(443

.831481.23=+⨯⨯=

=

p

T mR V g 3.6 题略

解：由题意：△U = 0 → T 2 = T 1 = 600 K 由理想气体气体状态方程， 有：

MPa 2.0Pa 100.23

1

35121

1

2222111=⨯==

==p p T V p T V p T V p △U =△H = 0

J/K

1426.1kJ/K 101426.13ln 208.0005.0ln ln

31212=⨯=⨯⨯=-==∆=∆-p p

mR V V mR s m S g g

3.7 题略

解：（1）混合后的质量分数：

ωCO 2 = 5.6 %， ωO 2 =16.32 %， ωH 2O =2 %， ωN 2 =76.08 % （2） 折合摩尔质量： M eq = 28.856 kg/kmol （3） 折合气体常数： R eq = 288.124 J/（kg ·K ）

（4） 体积分数：

φCO 2

= 3.67 %， φO 2

=14.72 %， φH 2

O =3.21 %， φN 2

=78.42 %

（5）各组分气体分压力：

p CO 2 = 0.01101 MPa ， p O 2 =0.04416 MPa ， p H 2O =0.00963 MPa ， p N 2 =0.2353 MPa

3.8题略

解：由题意，H 2的摩尔成分

1%52%12%35%12H =---=x

由教材公式（3.35），求混合气体的当量摩尔质量

kg/kmol

10.54251%282% 2812% 1635% 222244H H N N CO CO CH CH =⨯+⨯+⨯+⨯=+++==∑M x M x M x M x M x M i i eq

混合气体的当量气体常数为

)/(8.78854

.103

.8314eq

g,K kg J M R R eq ⋅=== 由理想气体状态方程，求得罐内所允许的最高温度为

℃.544K 317.58

.78846032106.36,max max

==⨯⨯⨯==eq g mR V p T 3.10题略

解：（1）多变指数n

由多变过程的过程方程：n

n

v p v p 2211=

903.010

ln 8

ln )/ln()/ln(ln ln ln ln 12211221===--=

v v p p v v p p n