化工热力学习题总结.doc

1661专用
化工热力学习题
一填空
1.维里方程具有坚实的理论基础，其系数有着确切的物理意义，如第二维里系数代表了
碰撞或相互作用导致的与理想行为的偏差。
2.经皮策修正后的对比态原理认为，在相同的对比状态下， 表现出相同的性质。
3.根据热力学基本定律，对单位质量定组成的均匀流体体系，在非流动条件下，其热力学性质之间存在以下关系，dH= 。
4.熵产生是 所引起的熵变。
5.非流动过程的理想功应当按照 计算。
6.因温差传热过程引起的火用损失为dEl= 。因此，在低温工程中，为了减少火用损失，要注意采用 的传热温差。
7.当焦耳-汤姆孙效应系数大于零时，节流膨胀后温度将 。
二名词解释
1. 剩余性质：

2. 理想功：

3. 火用分析法：

4. 稳态流动过程：

三简答
1. 深度制冷操作中，节流膨胀和绝热可逆膨胀有什么异同点？

2. 利用T-S图，叙述蒸汽压缩制冷循环过程，并写出制冷系数表达式。

3.试写出火用平衡方程与能量平衡方程，并分析二者的异同点。（利用封闭体系能量平衡方程，分析熵产生与能耗的关系）

4. 影响朗肯循环热效率的主要因素是什么？为什么回热能提高循环的热效率？

5. 什么是理想功？什么是火用？二者关系如何？

6.何为损失功？何为有效能损失？二者关系如何？

四证明
以T，Vm 为自变量时，焓变为

五计算
1. 某冷库需要一台制冷能力为2×105KJ/h，功率为18KW的制冷机，试问：制冷机的冷冻系数是多少？冷却冷凝器的热负荷是多少？若冷凝器的操作温度为293K，热负荷不变，(冷冻蒸发器)所能保持的最低温度是多少？

2. 某工厂有两种余热可利用，一种是高温排烟余热，Q1=41.86×106KJ/h，温度为800℃；另一种是低温排水余热，Q2=125.56×106KJ/h，温度为80℃.设环境温度为25℃.试求两种余热的火用各为多少。

3.一容器内的水及水蒸气在1MPa下处于平衡状态，质量为1Kg。假如容器内的液体水和水蒸气各占一半的体积，试问，该气液混合物的总焓是多少？若将此气液混合物节流到0.1MPa，节流后水及水蒸气各为多少千克。已知不同压力下饱和水及水蒸气的相关数据见下表。

1MPa
0.1MPa
比容cm3/g
焓KJ/Kg
焓KJ/Kg
饱和水
1.1274
762.81
417.46
饱和水蒸气
194.4
2778.1
2675.5

4.试计算在813K、4.052MPa下1Kmol氮气在稳定流动过程中变至373K、1.013MPa时可能做的理想功。已知环境大气的T0=293K、p0=0.1013MPa。N2的等压热容（Cp）N2=27.89+4.271*10-3T kJ•kmol-1•K-1。

5.求下列过程的火用损失，设环境温度T0=298K。
1KCal的热量由200℃恒温热源传给100℃恒温热源。
1KCal的轴功经摩擦转变成200℃1KCal的热量。

6.有一贮缸，盛有处于平衡状态的液氨和气氨共1Kg，若气氨和液氨的体积各占贮缸体积的1/2，缸内压力为10atm , 该压力下有关参数如下表：
参数
状态
10atm
3atm
比容m3/kg
焓kcal/kg
焓kcal/kg
饱和气氨
126.9×10-3
407.0
399.0
饱和液氨
16.6×10-3
128.0
94.0
求（1）缸内物质的总焓值；
（2）若将处于该平衡态的氨节流至3.0 atm，节流后气氨和液氨各为多少？

7.1mol理想气体400K下，在汽缸内进行恒温不可逆压缩，由0.1013MPa压缩到1.013MPa，压缩过程中，由气体移出的热量流到一个300K的蓄热器中。压缩实际需要的功较同样情况下的可逆功大20%，试计算气体的熵变、蓄热器的熵变以及总熵变。

8.[例3-1] 将 S 表示成p、V、T、CV 的函数。
[例3-2] 将 S 表示成 p、V、T、Cp 的函数。

化工热力学参考答案
一． 填空题
1.当微分节流效应系数大于零时，节流膨胀后温度将 下降 。
2.经皮策修正后的对比态原理认为，在相同的对比状态下， 一切偏心因子 相同的物质均表现出相同的性质。
3.从纯流体的p-V图上可以看出，临界等温线在临界点上的斜率和曲率
在数学上表示为 和 。
4.根据热力学基本定律，对单位质量定组成的均匀流体体系，在非流动条件下，其热力学性质之间存在以下关系，dH= TdS+Vdp 。
5.因温差传热过程引起的有效能损失为dEl= 。 因此，在低温工程中，为了减少有效能损失，要特别注意采用 较小 的传热温差。
6.熵产生是 由于过程的不可逆性 所引起的熵变。
7.维里方程具有坚实的理论基础，其系数有着确切的物理意义。如第（二）三维里系数
代表了 （两）三分子之间 碰撞或相互作用导致的与理想行为的偏差。
二名词解释（略）
三间答
1.深度制冷操作中，节流膨胀和绝热可逆膨胀有什么异同点？
1）在相同的条件下，绝热做功膨胀比节流膨胀产生的温度降大，且制冷量也大；
2）绝热做功膨胀适用于任何气体，而节流膨胀是有条件的，对少数临界温度极低的气体（如 H2 、He 和 CH4），必须预冷到一定的低温进行节流，才能获得了冷效应；
3）膨胀机设备投资大运行中不能产生液体，而节流膨胀所需的设备仅是一个节流阀，其结构简单，操作方便，可用于汽、液两相区的工作，甚至可直接用于液体的节流。因此绝热做功膨胀主要用于大、中型设备，特别是用于深冷循环中，此时能耗很大，用等熵膨胀节能效果突出；
4）节流膨胀则在任何制冷循环中都要使用，即使在采用了膨胀机的深冷循环中，由于膨胀机不适用于温度过低和有液体的场合，还是要和节流阀结合并用。
2.略
3.试写出火用平衡方程与能量平衡方程，并分析二者的异同点。
普通能量衡算的依据是热力学第一定律，而有效能衡算的依据是第一、第二定律，因此有效能衡算的结果能更全面、更深刻地反映出过程进行时能量的变化情况；能量是守恒的，但在一切实际过程中有效能并不守恒，由于过程的不可逆性，使部分有效能转化为无效能而损失掉了；普通能量衡算是不同品位能量总量的数量衡算，它只能反映出系统中能量的数量利用情况，而有效能衡算是相同品位能量的数量衡算，它能够反映出系统中能量的质量利用情况。
4.影响朗肯循环热效率的主要因素是什么？为什么回热能提高循环的热效率？
循环的平均吸热温度不高是影响其效率的主要因素。Rankine循环热效率不高的原因是供给锅炉的水温低，这不仅降低了蒸汽等压加热过程的平均吸热温度，而且也增加了锅炉内高温烟气和供水之间温差传热所引起的不可逆损失，采用回热措施可以有效解决这问题。所谓回热是利用汽轮机中部分蒸汽来加热锅炉供水，使压缩水的低温预热阶段在锅炉外的回热器中进行，从而提高循环的平均吸热温度。
四证明（略）
五计算
1.解：假设制冷剂的循环量为m，1.制冷机的冷冻系数为：

由图可见，冷却冷凝器的热负荷即为：

由于在相同的温度区间工作时，制冷系数以逆向Carnot循环为最大，亦即，制冷系数不变时，冷冻所能保持的最低温度以逆向Carnot循环工作时
解得，TL=225K
2解：有

所以，高温排烟余热中的有效能为：

低温排水余热中的有效能为

3.与下面的7题类似做法
4.解：由分别计算焓变和熵变。按照下式计算。

5. 没有
6. 解：设气态氨的质量分数为x，
由题意有： 即 解得x=0.34
所以总焓
节流是等焓过程，假设节流后气态氨的质量分数为y，则有

解得y=0.42 即节流后气态氨为0.42Kg，液氨为0.58Kg
7. 8.书上有。

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