热学第三版答案
化工热力学第三版课后习题答案全
化工热力学第三版课后习题答案第一章比较简单略第二章2-1.使用下述方法计算1kmol 甲烷贮存在体积为0.1246m 3、温度为50℃的容器中产生的压力：（1）理想气体方程；（2）R-K 方程；（3）普遍化关系式。
解：甲烷的摩尔体积V =0.1246 m 3/1kmol=124.6 cm 3/mol查附录二得甲烷的临界参数：T c =190.6K P c =4.600MPa V c =99 cm 3/mol ω=0.008 (1) 理想气体方程P=RT/V=8.314×323.15/124.6×10-6=21.56MPa(2) R-K 方程22.522.560.5268.314190.60.427480.42748 3.2224.610c cR T a Pa m K mol P -⨯===⋅⋅⋅⨯53168.314190.60.086640.08664 2.985104.610c c RT b m mol P --⨯===⨯⋅⨯ ∴()0.5RT aP V b T V V b =--+()()50.5558.314323.15 3.22212.46 2.98510323.1512.461012.46 2.98510---⨯=--⨯⨯⨯+⨯=19.04MPa (3) 普遍化关系式323.15190.61.695r c T T T === 124.699 1.259r c V V V ===＜2∴利用普压法计算，01Z Z Z ω=+∵ c r ZRTP P P V == ∴c r PV Z P RT =654.61012.46100.21338.314323.15cr r r PV Z P P P RT -⨯⨯⨯===⨯迭代：令Z 0=1→P r0=4.687 又Tr=1.695，查附录三得：Z 0=0.8938 Z 1=0.462301Z Z Z ω=+=0.8938+0.008×0.4623=0.8975此时，P=P c P r =4.6×4.687=21.56MPa同理，取Z 1=0.8975 依上述过程计算，直至计算出的相邻的两个Z 值相差很小，迭代结束，得Z 和P 的值。
工程热力学(第三版)习题答案全解可打印第七章
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第七章 水蒸气
D = t − t3 = 400 o C − 234 o C = 166 ° C 。
7-4 已知水蒸气的压力为 p = 0.5MPa ， 比体积 v = 0.35m3 / kg ， 问这是不是过热蒸汽？如果 不是，那是饱和蒸汽还是湿蒸汽？用水蒸气表求出其它参数。 解：利用水蒸气表 p = 0.5MPa 时， v′ = 0.0010925m3 / kg 、 v′′ = 0.37486m3 / kg ， 因 v′ < v < v′′ 据同一表 所以该水蒸气不是过热蒸汽而是饱和湿蒸汽。
ψ = qm q = 10000kg/h × 2966.93kJ/kg = 2.967 × 107 kJ/h
设每小时锅炉耗煤 mkg，则
ηt =
ψ
mQ p
m=
ψ η BQp
=
2.967 × 107 kJ/h = 1281kg/h 2.97 × 104 kJ/h × 0.78
o
7-6 1kg 蒸汽， p1 = 3MPa、t1 = 450 C ，绝热膨胀至 p2 = 0.004MPa ，试用 h-s 图求终点状 态参数 t2、v2、h2、s2 并求膨胀功和技术功 wt 。 解： 由 h-s 图查得： h1 = 3345kJ/kg 、 v1 = 0.108m / kg 、 s1 = 7.082kJ/(kg ⋅ K) ；
h = h′ + x(h′′ − h′) = 762.84kJ/kg + 0.95 × (2777.67 − 762.84)kJ/kg = 2676.9kJ/kg
工程热力学第三版课后习题答案
工程热力学第三版课后习题答案【篇一：工程热力学课后答案】章）第1章基本概念⒈闭口系与外界无物质交换，系统内质量将保持恒定，那么，系统内质量保持恒定的热力系一定是闭口系统吗? 答：否。
当一个控制质量的质量入流率与质量出流率相等时（如稳态稳流系统），系统内的质量将保持恒定不变。
⒉有人认为，开口系统中系统与外界有物质交换，而物质又与能量不可分割，所以开口系不可能是绝热系。
这种观点对不对，为什么?答：不对。
“绝热系”指的是过程中与外界无热量交换的系统。
热量是指过程中系统与外界间以热的方式交换的能量，是过程量，过程一旦结束就无所谓“热量”。
物质并不“拥有”热量。
一个系统能否绝热与其边界是否对物质流开放无关。
⒊平衡状态与稳定状态有何区别和联系，平衡状态与均匀状态有何区别和联系?答：“平衡状态”与“稳定状态”的概念均指系统的状态不随时间而变化，这是它们的共同点；但平衡状态要求的是在没有外界作用下保持不变；而平衡状态则一般指在外界作用下保持不变，这是它们的区别所在。
⒋倘使容器中气体的压力没有改变，试问安装在该容器上的压力表的读数会改变吗？在绝对压力计算公式p?pb?pe(p?pb); p?pb?pv(p?pb)中，当地大气压是否必定是环境大气压?答：可能会的。
因为压力表上的读数为表压力，是工质真实压力与环境介质压力之差。
环境介质压力，譬如大气压力，是地面以上空气柱的重量所造成的，它随着各地的纬度、高度和气候条件不同而有所变化，因此，即使工质的绝对压力不变，表压力和真空度仍有可能变化。
“当地大气压”并非就是环境大气压。
准确地说，计算式中的pb 应是“当地环境介质”的压力，而不是随便任何其它意义上的“大气压力”，或被视为不变的“环境大气压力”。
⒌温度计测温的基本原理是什么?答：温度计对温度的测量建立在热力学第零定律原理之上。
它利用了“温度是相互热平衡的系统所具有的一种同一热力性质”，这一性质就是“温度”的概念。
⒍经验温标的缺点是什么?为什么?答：由选定的任意一种测温物质的某种物理性质，采用任意一种温度标定规则所得到的温标称为经验温标。
(完整版)化工热力学(第三版)答案陈钟秀
2-1.使用下述方法计算1kmol 甲烷贮存在体积为0.1246m 3、温度为50℃的容器中产生的压力：（1）理想气体方程；（2）R-K 方程；（3）普遍化关系式。
解：甲烷的摩尔体积V =0.1246 m 3/1kmol=124.6 cm 3/mol查附录二得甲烷的临界参数：T c =190.6K P c =4.600MPa V c =99 cm 3/mol ω=0.008 (1) 理想气体方程P=RT/V=8.314×323.15/124.6×10-6=21.56MPa(2) R-K 方程2 2.52 2.560.5268.314190.60.427480.42748 3.2224.610c c R T a Pa m K mol P -⨯===⋅⋅⋅⨯ 53168.314190.60.086640.08664 2.985104.610c c RT b m mol P --⨯===⨯⋅⨯ ∴()0.5RT a P V b T V V b =--+()()50.5558.314323.15 3.22212.46 2.98510323.1512.461012.46 2.98510---⨯=--⨯⨯⨯+⨯=19.04MPa (3) 普遍化关系式323.15190.6 1.695r c T T T === 124.699 1.259r c V V V ===＜2∴利用普压法计算，01Z Z Z ω=+∵ c r ZRTP P P V == ∴c r PV Z P RT =654.61012.46100.21338.314323.15cr r r PV Z P P P RT -⨯⨯⨯===⨯迭代：令Z 0=1→P r0=4.687 又Tr=1.695，查附录三得：Z 0=0.8938 Z 1=0.462301Z Z Z ω=+=0.8938+0.008×0.4623=0.8975此时，P=P c P r =4.6×4.687=21.56MPa同理，取Z 1=0.8975 依上述过程计算，直至计算出的相邻的两个Z 值相差很小，迭代结束，得Z 和P 的值。
化工热力学答案(第三版).
化工热力学课后答案（第三版）陈钟秀编著 2-1.使用下述方法计算1kmol 甲烷贮存在体积为0.1246m 3、温度为50℃的容器中产生的压力：（1）理想气体方程；（2）R-K 方程；（3）普遍化关系式。
解：甲烷的摩尔体积V =0.1246 m 3/1kmol=124.6 cm 3/mol查附录二得甲烷的临界参数：T c =190.6K P c =4.600MPa V c =99 cm 3/mol ω=0.008(1) 理想气体方程P=RT/V=8.314×323.15/124.6×10-6=21.56MPa(2) R-K 方程 ∴()0.5RT aP V b T V V b =--+ =19.04MPa (3) 普遍化关系式323.15190.61.695r c T T T === 124.6991.259r c V V V ===＜2 ∴利用普压法计算，01Z Z Z ω=+∵ c r ZRTP P P V == ∴ c r PVZ P RT=迭代：令Z 0=1→P r0=4.687 又Tr=1.695，查附录三得：Z 0=0.8938 Z 1=0.4623 01Z Z Z ω=+=0.8938+0.008×0.4623=0.8975此时，P=P c P r =4.6×4.687=21.56MPa同理，取Z 1=0.8975 依上述过程计算，直至计算出的相邻的两个Z 值相差很小，迭代结束，得Z 和P 的值。
∴ P=19.22MPa2-2.分别使用理想气体方程和Pitzer 普遍化关系式计算510K 、2.5MPa 正丁烷的摩尔体积。
已知实验值为1480.7cm 3/mol 。
解：查附录二得正丁烷的临界参数：T c =425.2K P c =3.800MPa V c =99 cm 3/mol ω=0.193（1）理想气体方程V=RT/P=8.314×510/2.5×106=1.696×10-3m 3/mol误差：1.696 1.4807100%14.54%1.4807-⨯=（2）Pitzer 普遍化关系式对比参数：510425.2 1.199r c T T T === 2.53.80.6579r c P P P ===—普维法∴ 01.61.60.4220.4220.0830.0830.23261.199rB T =-=-=-01cc BP B B RT ω=+=-0.2326+0.193×0.05874=-0.2213 11c r c rBP BP PZ RT RT T =+=+=1-0.2213×0.6579/1.199=0.8786 ∴ PV=ZRT→V= ZRT/P=0.8786×8.314×510/2.5×106=1.49×10-3 m 3/mol 误差：1.49 1.4807100%0.63%1.4807-⨯=2-3.生产半水煤气时，煤气发生炉在吹风阶段的某种情况下，76%（摩尔分数）的碳生成二氧化碳，其余的生成一氧化碳。
第三版工程热力学课后思考题答案
第一章1、答：不一定。
稳定流动开口系统内质量也可以保持恒定。
2、答：这种说法是不对的。
工质在越过边界时，其热力学能也越过了边界。
但热力学能不是热量，只要系统和外界没有热量地交换就是绝热系。
3、答：只有在没有外界影响的条件下，工质的状态不随时间变化，这种状态称之为平衡状态。
稳定状态只要其工质的状态不随时间变化，就称之为稳定状态，不考虑是否在外界的影响下，这是他们的本质区别。
平衡状态并非稳定状态之必要条件。
物系内部各处的性质均匀一致的状态为均匀状态。
平衡状态不一定为均匀状态，均匀并非系统处于平衡状态之必要条件。
4、答：压力表的读数可能会改变，根据压力仪表所处的环境压力的改变而改变。
当地大气压不一定是环境大气压。
环境大气压是指压力仪表所处的环境的压力。
5、答：温度计随物体的冷热程度不同有显著的变化。
6、答：任何一种经验温标不能作为度量温度的标准。
由于经验温标依赖于测温物质的性质，当选用不同测温物质的温度计、采用不同的物理量作为温度的标志来测量温度时，除选定为基准点的温度，其他温度的测定值可能有微小的差异。
7、答：系统内部各部分之间的传热和位移或系统与外界之间的热量的交换与功的交换都是促使系统状态变化的原因。
8、答：（1）第一种情况如图1-1（a ）,不作功（2）第二种情况如图1-1（b ）,作功（3）第一种情况为不可逆过程不可以在p-v 图上表示出来，第二种情况为可逆过程可以在p-v 图上表示出来。
9、答：经历一个不可逆过程后系统可以恢复为原来状态。
系统和外界整个系统不能恢复原来状态。
10、答：系统经历一可逆正向循环及其逆向可逆循环后，系统恢复到原来状态，外界没有变化；若存在不可逆因素，系统恢复到原状态，外界产生变化。
11、答：不一定。
主要看输出功的主要作用是什么，排斥大气功是否有用。
第二章1、答：将隔板抽去，根据热力学第一定律w u q +∆=其中0,0==w q 所以容器中空气的热力学能不变。
化工热力学第三版课后答案完整版朱自强
第二章 流体的压力、体积、浓度关系：状态方程式2-1 试分别用下述方法求出400℃、下甲烷气体的摩尔体积;1 理想气体方程；2 RK 方程；3PR 方程；4 维里截断式2-7;其中B 用Pitzer 的普遍化关联法计算;解 1 根据理想气体状态方程,可求出甲烷气体在理想情况下的摩尔体积id V 为2 用RK 方程求摩尔体积将RK 方程稍加变形,可写为0.5()()RT a V b V b p T pV V b -=+-+ E1其中从附表1查得甲烷的临界温度和压力分别为c T =, c p =,将它们代入a, b 表达式得以理想气体状态方程求得的id V 为初值,代入式E1中迭代求解,第一次迭代得到1V 值为第二次迭代得2V 为353520.563353553313.2217(1.389610 2.984610)1.381102.984610673.154.05310 1.389610(1.389610 2.984610)1.381102.984610 2.1120101.389710V m mol ------------⨯⨯-⨯=⨯+⨯-⨯⨯⨯⨯⨯⨯+⨯=⨯+⨯-⨯=⨯⋅1V 和2V 已经相差很小,可终止迭代;故用RK 方程求得的摩尔体积近似为3用PR 方程求摩尔体积将PR 方程稍加变形,可写为()()()RT a V b V b p pV V b pb V b -=+-++- E2式中 220.45724c cR T a p α=从附表1查得甲烷的ω=;将c T 与ω代入上式 用c p 、c T 和α求a 和b,以RK 方程求得的V 值代入式E2,同时将a 和b 的值也代入该式的右边,藉此求式E2左边的V 值,得563563355353558.314673.152.68012104.053100.10864(1.39010 2.6801210)4.05310[1.39010(1.39010 2.6801210) 2.6801210(1.39010 2.6801210)]1.381102.6801210 1.8217101.3896V ------------⨯=+⨯-⨯⨯⨯-⨯⨯⨯⨯⨯⨯+⨯+⨯⨯⨯-⨯=⨯+⨯-⨯=33110m mol --⨯⋅再按上法迭代一次,V 值仍为3311.389610m mol --⨯⋅,故最后求得甲烷的摩尔体积近似为3311.39010m mol --⨯⋅; 4维里截断式求摩尔体积根据维里截断式2-711()c r c rBp p BpZ RT RT T =+=+ E3 01ccBp B B RT ω=+ E40 1.60.0830.422/r B T =- E5 1 4.20.1390.172/r B T =-E6其中已知甲烷的偏心因子ω=,故由式E4~E6可计算得到从式E3可得 因pVZ RT=,故 四种方法计算得到的甲烷气体的摩尔体积分别为31.38110-⨯、31.39010-⨯、31.39010-⨯和31.39110-⨯31m mol -⋅;其中后三种方法求得的甲烷的摩尔体积基本相等,且与第一种方法求得的值差异也小,这是由于该物系比较接近理想气体的缘故;2-2 含有丙烷的3m 的容器具有的耐压极限;出于安全考虑,规定充进容器的丙烷为127℃,压力不得超过耐压极限的一半;试问可充入容器的丙烷为多少千克解 从附表1查得丙烷的c p 、c T 和ω,分别为,和;则用普遍化压缩因子关联求该物系的压缩因子Z;根据r T 、r p 值,从附表7-2,7-3插值求得：(0)0.911Z = ,(1)0.004Z =,故丙烷的分子量为,即丙烷的摩尔质量M 为0.00441 kg;所以可充进容器的丙烷的质量m 为从计算知,可充9.81 kg 的丙烷;本题也可用合适的EOS 法和其它的普遍化方法求解;2-3 根据RK 方程、SRK 方程和PR 方程,导出其常数a 、b 与临界常数的关系式;解 1RK 方程式,0.5()RT ap V b T V V b =--+ E1利用临界点时临界等温线拐点的特征,即22()()0c c T T T T p pV V==∂∂==∂∂ E2将式E1代入式E2得到两个偏导数方程,即20.52211()0()()c c c c c RT a V b T b V V b -+-=-+E330.53311()0()()c c c c c RT a V b T b V V b --=-+ E4临界点也符合式E1,得0.5()c c c c c c RT ap V b T V V b =--+ E5式E3~E5三个方程中共有a 、b 、c p 、c T 和c V 五个常数,由于c V 的实验值误差较大,通常将其消去,用c p 和c T 来表达a 和b;解法步骤如下：令c c c c p V Z RT =临界压缩因子,即 c c c cZ RTV p =; 同理,令2 2.5a c cR T a p Ω=,b c c RT b p Ω=,a Ω和b Ω为两个待定常数;将a 、b 、c V 的表达式代入式E3~E5,且整理得222(2)1()()a cbc c b c b Z Z Z Z Ω+Ω=+Ω-Ω E622333(33)1()()a cbc b c c b c b Z Z Z Z Z Ω+Ω+Ω=+Ω-Ω E711()a c c b c bZ Z Z Ω=-+Ω-ΩE8式E6除以式E7,式E6除以式E8得3223330c b c b c b Z Z Z -Ω-Ω-Ω=E9322232320c c b c b c b b Z Z Z Z -++Ω-Ω-Ω-Ω=E10对式E8整理后,得()(1)c c b c b a c bZ Z Z Z +Ω-+ΩΩ=-ΩE11式E9减去E10,得22(13)(2)0c b b c c Z Z Z -Ω+Ω-=E12由式E12解得13c Z =,或1)b c Z Ω=此解不一定为最小正根,或1)b c Z Ω=-b Ω不能为负值,宜摒弃再将13c Z =代入式E9或式E10,得32110327b b b Ω+Ω+Ω-=E13解式E13,得最小正根为将13c Z =和0.08664b Ω=代入式E11,得0.42748a Ω=,故2 2.50.42748c cR T a p =E140.08664ccRT b p =E15式E14和式E15即为导出的a 、b 与临界常数的关系式;2 SRK 方程立方型状态方程中的a 、b 与临界常数间的通用关系式可写为 SRK 方程的α是c T 与ω的函数,而RK 方程的0.5r T α=,两者有所区别;至于a Ω与b Ω的求算方法对RK 和SRK 方程一致;因此就可顺利地写出SRK 方程中a 、b与临界常数间的关系式为220.42748c cR T a p α=⋅E160.08664ccRT b p =E173PR 方程由于PR 方程也属于立方型方程,a 、b 与临界常数间的通用关系式仍然适用,但a Ω、b Ω的值却与方程的形式有关,需要重新推导PR 方程由下式表达 因()c T T pV=∂∂=0 22()20()[()()]c c c T T c c c c c RT V b pa V Vb V V b b V b =+∂=-+=∂-++- E18 经简化,上式可写为2222222()()()4()c c c c c c c RT a V b V b V b bV V b +=-++-E19把c c c c Z RT V p =、22a c c cR T a p Ω=、b c c RT b p Ω=代入式E19中,化简得出222222()1()()4()a cbc b c b c b c b Z Z Z Z Z Ω+Ω=-Ω+Ω-Ω-ΩE20对式E18再求导,得22222322322322222222[()4()()(44124)]()()[()4()]c c c c c c c c c c T T c c c c RT a V b bV V b V b V b V bV b pV V b V b bV V b =++--+++-∂=+∂-++- 0= E21将上式化简后得出E22再将c c c c Z RT V p =、22a c c cR T a p Ω=、b c c RT b p Ω=代入式E22中,化简得出432234387263544536278(3121445)1()8208268208a c b c b c b c b c b c b c b c b c b c b c b c b c b Z Z Z Z Z Z Z Z Z Z Z Z Z Ω+Ω+Ω+Ω-Ω=-Ω+Ω+Ω+Ω-Ω-Ω+Ω-Ω+ΩE23 PR 方程的c Z =,将其分别代入式E21和E23后,就可联立解出a Ω与b Ω,得到a Ω=和b Ω=;最后得到2 2.50.45724c cR T a p =和 2-4 反应器的容积为3m ,内有45.40kg 乙醇蒸气,温度为227℃;试用下列四种方法求算反应器的压力;已知实验值为;1RK 方程；2SRK 方程；3PR 方程；4 三参数普遍化关联法;解 1用R-K 方程法计算从附表1查得乙醇的c p 和T c 分别为 和;则RK 方程参数a, b 为 再求乙醇在该状态下的摩尔体积,V 按R-K 方程求算压力,有350.5335668.314(227273.15)28.0391.22910 5.82810500.15 1.229*10(1.22910 5.82810)(3.55190.7925)10 2.75910 2.759Pa MPa-----⨯+=-⨯-⨯⨯⨯⨯+⨯=-⨯=⨯=2用SRK 方程计算从附表1查得乙醇的ω为;SRK 方程中的a 和b 分别计算如下： 在给定条件下乙醇摩尔体积为3311.22910m mol --⨯⋅,将上述有关数值代入SRK 方程,得3用PR 方程计算 将上述数值代入PR 方程,得3533553568.314500.151.22910 5.233410 1.372031.22910(1.22910 5.233410) 5.233410(1.22910 5.233410)(3.53390.83848)10 2.695p Pa MPa--------⨯=⨯-⨯-⨯⨯⨯+⨯+⨯⨯-⨯=-⨯=3用普遍化维里系数法计算根据临界常数和以RK 方程求出的p 为初值,求出对比温度和对比压力,即2.7590.43246.38r c p p p ===, 500.150.9689516.2r c T T T === 故已知乙醇的偏心因子ω=,按下式求压缩因子Z 的值, 所以因和比较接近,不需再迭代;将4种方法计算得到的结果列表比较;由上表知,所用四种方法的计算误差都不大,但以RK 方程法求得的值和实验值最为接近;其余的方法稍差;第一和第四种方法得到的是负偏差,而第二和第三种方法却是正偏差;2-5 某气体的p -V -T 关系可用RK 方程表述,当温度高于c T 时,试推导出以下两个极限斜率的关系式：10lim()T P Z p→∂∂ ；2lim()T P Zp →∞∂∂ ;两式中应包含温度T和RK 方程的常数a 和b;解 根据压缩因子的定义pVZ RT=E1将式E1在恒T 下对p 求偏导,得1()()()T T T Z V p V V p p p RT RT p RT RT V-∂∂∂=+=+∂∂∂ E2根据RK 方程 可求出()T pV∂∂, 20.522(2)()()()T p RT a V b V V b T V V b ∂+=-+∂-+ E3将E3代入E2,得120.522(2)()[]()()T Z V p RT a V b p RT RT V b T V V b -∂+=+-+∂-+ E4pRT也用RK 方程来表达,即 1.51()p a RT V b RT V V b =--+ E5将E5代入E4,得（1） 当0p →,V →∞,故 （2） 当p →∞,V b →,故1、2两种情况下得到的结果即为两个极限斜率的关系式;2-6 试分别用普遍化的RK 方程、SRK 方程和PR 方程求算异丁烷蒸气在350K 、下的压缩因子;已知实验值为;解 1 将RK 方程普遍化,可见原书中的2-20c 和2-20d,即1.51 4.9340() 11r hZ h T h =--+ E10.08664h=rrP ZT E2式E2的右边的Z 以1为初值代入进行迭代,直至得到一收敛的Z 值;由附表1查得异丁烷的c p 、c T 分别为c p = ,c T =,则3500.8576408.1r c T T T ===, 1.20.32883.65r c p P p === 以Z=1代入式E2右边,得 把1h 代入式E1右边,得再把1=0.8346Z 代入式E2,解得2h ,代入式E1,得 按此方法不断迭代,依次得3=0.7965Z , 4=0.7948Z , 5=0.7944Z5Z 和4Z 已非常接近,可终止迭代;异丁烷蒸气的压缩因子为=0.7944Z2 SRK 的普遍化形式如下见原书式2-211 4.934011FhZ h h=--+ E3 0.521[1(1)]r rF m T T =+- E4 20.480 1.5740.176m ωω=+- E50.08664rrp h ZT =E6迭代的过程为：求m 和F 值→取0Z =1→求h 值−−−−→←−−−−循环迭代求Z 值→得收敛的Z 值;查得异丁烷的偏心因子,0.176ω=,故根据式E5和式E4可得 以0Z =1代入式E6右边,得 再由式E3可得 按上述方法,依次可得2=0.7947Z ,3=0.7864Z ,4=0.7843Z ,5=0.7839Z ,6=0.7837Z6Z 和5Z 已非常接近,可终止迭代;故=0.7837Z（3） 用普遍化的PR 方程计算若要按例2-4的思路来计算,必先导出类似于式2-21的普遍化的PR 方程; 令bh V=,则 (1)bV b h h+=+,(1)bV b h h-=-,hZRTp b=将上述4式代入式2-18,并简化后,得(1)(1)(1)RTahZRTp b b b bbh h b h h h h h =-=-++-,即 211[][](1)(1)11(1)(1)hRT a a h Z h b h b RTh h h bRT h h h h h=-=-+---++-+ E7将PR 方程中的a 、b 代入式E7,则1 5.8771[]1(1)(1)r h h T h h hα=--++- E8令0.5220.5211[1(1)][1(0.37464 1.542260.26992)(1)]r r r rF k T T T T ωω=+-=++--,则1 5.8771[]1(1)(1)hZ F h h h h =--++- E9且0.0778/0.0778/0.0778/c c c c rrRT p RT p p b h V V ZRT p ZT ==== E10 通过式E9和E10就可迭代求得Z; 第一次迭代,设0Z =1,则继续迭代,依次可得Z 2=,Z 3=,Z 4=,Z 5=,Z 6=;由于前后两次迭代出的Z 值已很接近,从而得出异丁烷的Z =,与实验值相比,误差为%;由RK 和SRK 方程计算得到的异丁烷的Z 分别为和,它们与实验值的计算误差分别为%和%;可见,三种方法中,普遍化PR 方程计算结果显得更好些;2-7 试用下列三种方法计算250℃、2000Kpa 水蒸气的Z 和V ;1维里截断式2-8,已知B 和C 的实验值分别为310.1525B m kmol -=-⋅和2620.580010C m kmol --=-⨯⋅；2式2-7,其中的B 用Pitzer 普遍化关联法求出；3用水蒸气表计算;解 1用维里截断式2-8计算先求出理想气体状态时的摩尔体积,id V 维里截断式2-8为21pV B CZ RT V V==++ 2-8以id V 为初值,即0id V V =,代入上式右边,求得1V10200(1)B C V V V V =++ E1将1V 再代入式E1右边得同理,3313 2.00710V m mol --=⨯⋅;2V 和3V 很接近,停止迭代,则水蒸气的摩尔体积为3312.00710V m mol --=⨯⋅;所以2用维里截断式2-7计算 维里截断式2-7为11()c r c rBp p BpZ RT RT T =+=+ E201ccBp B B RT ω=+ E3由附表1查得水蒸气的c p 、c T 和ω分别为, 和,则2.00.090722.05r c p p p ===, 250273.150.8082647.3r c T T T +=== 根据Pitzer 的普遍化关联式,有再由式E3和式E2得 故33310.9319 2.17510 2.02710id ZRTV ZV m mol p---===⨯⨯=⨯⋅ 3用水蒸气表计算从水蒸气表附表3查得250℃,2000Kpa 时的水蒸气的比容为 由于水的摩尔质量为,故 同理 2.0080.92322.175id pV V Z RT V ==== 将三种方法计算得到的结果列表比较;计算结果表明,1、3两种方法所得的结果比较接近;2方法偏差较大,主要是忽略了第三维里系数之故;2-8 试用Magoulas 等法、Teja 等法、CG 法和Hu 等法等估算正十九烷的临界温度、临界压力原书中有误,没有计算压缩因子的要求;查阅其文献值,并与所得计算值进行比较;解 正十九烷的分子式为1940C H ,故19c N = 1用Magoulas 等法 按式2-36, 按式2-37,2用Teja 等式按式2-38, 按式2-39,3用CG 法 按式2-40, 按式2-41,4用Hu 等式 按式2-42, 按式2-43,经查阅,c T 、c p 的手册值如下表所示：从上表知,文献中的c T 、c p 手册值并不完全一致,特别c p 间的差值还有些大;由于Nikitin 等的数据和Poling B E 等专着的手册值更为接近,以Nikitin 等的数据为基准手册值,计算出上述各法的误差列于下表;由表知,对c T 、c p 的推算,分别以Magoulas 等法和Hu 等法为最好,且c p 的推算误差比c T 要大;Nikitin 等也给出了c T 和c p 的推算方程如下：据此也可推算正十九烷的c T 和c p ;误差：756754.611000.18%756-⨯= 误差：11.6011.551000.43%11.60-⨯=由Nikitin 等法估算正十九烷的T c ,其误差仅比Magoulas 等法稍差,但比其它三种方法都要优越些；相反,该法估算p c 的误差却最小,比以上四种方法都好,误差要小近半个数量级,甚至更好;由此可见经常查阅文献,与时俱进是很重要的;2-9 试用Constantinou, Gani 和O ’Connell 法估算下列化合物的偏心因子和时液体摩尔体积;1甲乙酮,2环乙烷,3丙烯酸;解 此题如何计算首先要查阅原书P34脚注中的文献4;从该文献中知晓应用何种方程、并查表此两表已在附表9和附表10中给出获得一阶和二阶的数据1i ω、1i υ和2j ω、2j υ等;1甲乙酮应注意到式2-48仅能用于正烷烃的偏心因子估算;对于甲乙酮则应从查阅的文献中得出求算方程;先估算甲乙酮的偏心因子,查得一阶计算的方程为0.50501exp() 1.15070.4085i i N ωω-=∑E1式中,i N 为要估算化合物分子中基团i 出现的次数；1i ω为i 的偏心因子一阶基团贡献值;甲乙酮可分解为3CH 、2CH 和3CH CO 三种基团,从附表9中可以查得1i ω和1i υ,并列表如下：将有关数据代入式E1,得 解得 0.376ω=;从附表1中查得甲乙酮的0.329ω=,0.3290.37610014.28%0.329-=⨯=-误差;一阶估算的误差较大,试进行二阶估算;从文献得出的计算方程为0.505012exp() 1.15070.4085i i j j N A M ωωω-=∑+∑ E2式中 1A =；j M 是在要估算的化合物分子中基团j 出现的次数；2j ω为j 的偏心因子二阶基团贡献值;经查附表10知,甲乙酮的二阶基团为32CH COCH ,其2j ω和2j υ分别为了和31m kmol -⋅;将相关1i ω和2j ω值代入式E2,得0.5050exp() 1.150710.2960210.146911 1.015221(0.20789)0.40851.458150.20789 1.25026ω-=⨯+⨯+⨯+⨯-=-=将上式简化并解得 0.314ω=,0.3290.314100 4.56%0.329-=⨯=误差;从文献查得估算298K 时的l V 估算式为120.01211l i i j j V N A M ωω-=∑+∑E3一阶估算时,0A =,将已查得的各基团的一阶饱和液体贡献值代入式E3,得从化学化工物性数据手册查得甲乙酮在20℃和40℃时的密度分别为3kg m -⋅和3kg m -⋅;内插得25℃时液体的摩尔密度为3kmol m -⋅,则可得出其摩尔体积为31m kmol -⋅;以此为文献值,进行一阶估算结果的误差计算,得二阶估算时,A=1,除1i υ外,尚需要2j υ,以上都已查得备用,依次代入式E3,得2环乙烷偏心因子的一阶估算时,环乙烷可作如下分解,得出基团,并查出基团贡献值：按式E1从附表1查得环乙烷的偏心因子为,0.2130.207100 2.82%0.213-=⨯=误差偏心因子的二阶估算时,从附表10中查得六元环的基团贡献值为,A=1,则按式E2得298K 时环乙烷的摩尔体积按式E3作一阶估算,此时A=0,则从Poling B E 等着的气体物性估算手册中查得时环乙烷的饱和液体摩尔体积为31m kmol -⋅;以此为文献值,则0.108750.11057100 1.67%0.10875-=⨯=-误差;按式E3作二阶估算时,A=1,从附表10中查得六元环的基团贡献值为31m kmol -⋅,因此对环乙烷而言,不论是ω或是l V ,二阶估算的结果都没有一阶估算的精确; 3丙烯酸丙烯酸可分解成如下的基团,并查得其基团贡献值;一阶估算ω,按式E1,从化学化工物性数据手册查得丙烯酸的ω值为,以此为文献值,进行误差计算,二阶估算ω,按式E2,A=1,一阶估算V,按式E3,A=0,l丙烯酸的密度数据来自化学化工物性数据手册,经换算,丙烯酸在25℃时的液体摩尔体积为31⋅,以此为文献值,则m kmol-二阶估算V,按式E3,A=1,l二阶估算结果显示出,ω的估算结果不如一阶的好,而V则相反,二阶估算结l果要比一阶的好;现把全部所得结果示于下表;由表的结果可以得出如下一些看法和观点：aConsfantinou, Gani 和O ’Connell 法预测估算法,对上述三种不同化合物的偏心因子和298K 饱和液体的摩尔体积都比较成功地进行了预测,误差也不算太大,在工程计算中应该有其应用价值;b 从预期来说,二阶估算的结果应该要比一阶估算的好;但从实际估算结果知,并非如此,例如环乙烷的ω和l V 两者的二阶估算结果都比一阶估算结果差；丙烯酸的ω估算,情况也与上述相同;估计出现相仿情况的场合,恐怕为数不少,说明该法应有改进的需要;2-10 估算150℃时乙硫醇的液体的摩尔体积;已知实验值为31m kmol -⋅;乙硫醇的物性参数为c T =499K 、c p =、c V =31m kmol -⋅、ω=,20℃的饱和液体密度为8393kg m -⋅;解 方法1：用Rackett 方程计算液体摩尔体积; Rackett 方程为 其中： 635.49100.207100.27398.314 4.99c c c c p V Z RT -⨯⨯⨯===⨯故0.2857(10.8480)310.207(0.2739)0.0972SL V m kmol --=⨯=⋅乙硫醇的摩尔体积为31m kmol -⋅,该值和实验值31m kmol -⋅相比,误差为%; 方法2：用Lyderson 方法计算由20℃时的饱和液体密度求出此状态的摩尔体积1V ,M 为乙硫醇的摩尔质量,则20℃时的对比温度为根据1r T 值,从图2-11的饱和液体线上查得对比度密度,1r ρ=;同理,根据此值,从图2-11的饱和液体线上查得2 2.15r ρ=;故根据Lyderson 方程,有乙硫醇的摩尔体积计算值为31m kmol -⋅,和实验值相比,误差为%; 2-11 50℃、由摩尔分数的氮和摩尔分数的乙烯组成混合气体,试用下列4种方法求算混合气体的摩尔体积;已知从实验数据, 1.40Z =实;1理想气体方程；2Amagat 定律和普遍化压缩因子图；3 虚拟临界常数法Kay 规则；4 混合物的第二维里系数法;解 1 理想气体方程法根据理想气体方程求得混合物的摩尔体积id m V 为 2 Amagat 定律和普遍化压缩因子图法 根据Amagat 定律()(/)()id id m i i i i i i m m m iiiV V y y Z RT p y Z V Z V ====∑∑∑E1从附表1查得2N 和24C H 的c p 和c T ,2N 1： c p =3.39MPa ,c T =126.2K 24C H 2： c p =5.04MPa ,c T =282.4K根据c p 、c T 值,求出2N 1和24C H 2的r T 和r p 为2N 1：150273.15 2.561126.2r T +==, 160.9717.993.39r p ==24C H 2：250273.15 1.144282.4r T +==, 260.9712.105.04r p ==从普遍化二参数压缩因子图查得相应的i Z 值2N ： 1 1.49Z =；24C H ：2 1.34Z =代入式E1得3 虚拟临界常数法Kay 规则法根据Kay 规则计算混合物虚拟临界常数, 故可求出混合物的对比温度和对比压力,50273.15 1.470219.8rm T +==, 60.9713.924.38rm p ==根据rm T 和rm p ,查二参数普遍化压缩因子图2-4,得 1.45m Z =,故 4混合物的第二维里系数法 根据式2-712-72e,2211112122222m B y B y y B y B =++E2 01()cij ij ij ij ij cijRT B B B p ω=+E31/2()(0)cij ci c j ij T T T ==这里KE41/31/33()2ci c j cij V V V +=E5()/2cij ci c j Z Z Z =+E6()/2ij i j ωωω=+ E7cij cij cij cijZ RT p V =E80ij B 和1ij B 用Pitzer 的普遍化关联法计算,即0 1.60.0830.422/ij rij B T =- E9 1 4.20.1390.174/ij rij B T =-E10其中 /rij cij T T T =,/rij cij p p p = E11 纯组分的第二维里系数,可按通常的方法求出,即只须用式E3、式E9和式E10,当然此时i=j;而对交叉第二维里系数,须从式E3式E11求出;先从附表1查得各组分的c p 、c T 、c V 、c Z 和ω,具体数值见后面的表1,具体的计算步骤如下： 对2N 1,根据式E11,1111273.1550/ 2.5606126.2r c T T T +===, 111160.97/17.9853.39r c p p p ===根据式E9和E10,011 1.60.4220.0830.010752.5606B =-=-, 1114.20.1740.1390.13572.5606B =-= 代入式E3,得 对24C H 2,根据式E11,2222273.1550/ 1.1443282.4r c T T T +===, 222260.97/12.0975.04r c p p p ===根据式E9和E10,022 1.60.4220.0830.25711.1443B =-=-, 122 4.20.1740.1390.041351.1443B =-= 代入式E3,得交叉第二维里系数12B 的计算如下： 根据式E4式E8, 根据式E11, 代入式E9和E10,012 1.60.4220.0830.095561.7118B =-=-, 112 4.20.1740.1390.12101.7118B =-= 代入式E3得将上述计算结果综合成表1;表1、维里方程计算混合气体的摩尔体积时的一些中间参数i-j T cKp c /MPa V c /m 3kmol -1Z c ω T r B 0 B 1 B/m 3kmol -11-2注：方框中的数值系从附表1查得,其余的分别根据式E3式E11求得;根据式E2求出m B ,得根据维里截断式2-7,求出混合物的压缩因子为若压缩因子为“负值”,意味着摩尔体积为负值;这是没有任何物理意义的,也是不合理的;说明方法4在高达的压力下是不适合的;将四种方法计算结果综合成表2;由表可知,2、3两种方法求出的结果和实验值很接近,而方法1也即理想气体方程求得的结果偏差很大,这是由于系统非理想的缘故;比较2、3两种方法,可以看出2法,也即Amagat 定律,求出的结果为最优;表2、由4种方法计算混合气体的压缩因子和摩尔体积计算方法压缩因子Z m摩尔体积V m/ m 3kmol -1误差 / %实验值计算值1 2 3 4无意义无意义2-12 以化学计量比的2N 和2H 合成氨,在25℃和下,混合气以3311.666710m s --⨯⋅的流速进入反应器;氨的转化率为15%;从反应器出来的气体经冷却和凝缩,将氨分离出后,再行循环;1计算每小时合成氨的量；2若反应器出口的条件为,150℃,求内径为2510m -⨯的出口管中气体的流速;解 先求出2N 1+2H 2混合气体的摩尔体积m V ,拟用Amagat 定律求解; 由附表1分别查得2N 和2H 的c p 、c T 为2N ：1 3.39c p MPa =, 1126.2c T K = 2H ：2 1.30c p MPa =, 233.2c T K =然后求2N 和2H 的r p 、r T ,2N ： 130.3958.9663.39r P ==, 125273.157.237126.2r T +== 2H ： 230.39514.401.300.8106r P ==+, 2298.158.96633.28r T ==+根据r P 、r T 查二参数普遍化Z 图得1 1.13Z =,2 1.22Z =因为2N 和2H 是以化学计量比输入,故10.25y =, 20.75y =根据Amagat 定律 故53161.208.314298.159.791030.39510m m Z RT V m mol p --⨯⨯===⨯⋅⨯ 已知混合气体的进口体积流量,331.666710in v m s -=⨯⋅,则混合气体的进口摩尔流速in m 为根据反应的计量关系,22332N H NH −−→+←−−总量 开始 1 3 0 4 结束 330.15-⨯ 20.15⨯ 则每小时合成氨的量可由下式计算得出,2 先求出口气体的组成;因为出口气体中223::(10.15):(330.15):(20.15)N H NH =--⨯⨯,故20.2297N y =,20.6892H y =,30.0811NH y =, 1.000i iy =∑再求出口气体的摩尔流速利用Amagat 定律求出口气体的摩尔体积m V ;先从附表查得3NH 的11.28c p MPa =,405.6c T K =,则可求出各组分的对比性质为2H ： 27.8613.201.300.8106r p ==+, 150273.1510.2733.28r T +==+2N ： 27.868.2183.39r p ==, 273.151503.353126.2r T +==3NH ： 27.86 2.47011.28r p ==, 273.151501.043405.6r T +==根据上述对比参数,查二参数普遍化Z 图,得2 1.15H Z =,2 1.14N Z =,30.380NH Z =则 1.150.0892 1.140.22970.3800.0811 1.085m i i iZ y Z ==⨯+⨯+⨯=∑故43161.0858.314423.15 1.371027.8610m m Z RT V m mol p --⨯⨯===⨯⋅⨯ 出口管中气体的体积流速为出口管中气体的流速,μ,可按下式计算,式中：A 为管子的截面积;计算得出出口管中混合气体的流速为11.10m s -⋅; 58页第2章2-1 求温度、压力的甲烷气体摩尔体积; 解：a 理想气体方程 b 用R-K 方程① 查表求c T 、c p ；② 计算a 、b ；③ 利用迭代法计算V; c 用PR 方程步骤同b,计算结果：1331103893.1--+⋅⋅⋅=mol m V i ; d 利用维里截断式查表可计算r p 、r T 、0B 、1B 和Z 由13310391.1--⋅⋅⋅==⇒=mol m pZRTV RT pV Z 2-2 V=0.5 m 3,耐压 MPa 容器;规定丙烷在T=时,p<;求可充丙烷多少千克 解：a 用理想气体方程136948.815.400314.85.01035.10441.0--⋅⋅=⋅⋅⋅⋅==⇒=⇒=mol m RT MpV m RT M m pV nRT pV b用R-K 方程① 查表求c T 、c p ；② 计算a 、b ；③ 利用迭代法计算V; 则可充丙烷质量计算如下： c 利用维里截断式：查表可计算r p 、r T 、0B 、1B 和Z 由133610257.21035.115.400314.8916.0--⋅⋅⋅=⋅⋅⋅=⇒=mol m V RT pV Z m m 则可充丙烷质量计算如下：2-4 V=1.213 m 3,乙醇45.40 kg,T=,求压力; 解：a 理想气体状态方程 b 用R-K 方程 c 用SRK 方程计算 d 用PR 方程计算 e 用三参数普遍化关联2-6 本题以计算机编程计算提供参考,考试时不能使用aR-K 方程 S-R-K2-7 计算T=,p=2 MPa 的水蒸气的Z 和V 解：a 用维里截断式221pVCRTpV BRT p RT V V C V B RT pV Z ++=⇒++≈=采用迭代法计算V= 之后求得Z= d 利用维里截断式查表可计算r p 、r T 、0B 、1B 可得到Z=； 由13310025.2--⋅⋅⋅==⇒=mol m pZRTV RT pV Z c 水蒸气表 92页第三章 3-4利用三参数压缩因子计算方法,查图表,得到压缩因子： 3-7： 解：注意：J kPa m ⋅=⋅3310 或者 3-9解：乙腈的Antonie 方程为 160℃时,乙腈的蒸气压 2乙腈的标准沸点320℃、40℃和标准沸点时的汽化焓 117页第四章 4-1 4-2 方法一： 经计算得体积流速为：()132210132.02075.0314.32/-⋅⋅=⎪⎭⎫ ⎝⎛⋅⋅=⋅⋅=s m d u V π摩尔流速为：1015.41500000/15.593314.80132.0/-⋅⋅=⋅===s mol p RT V V V n m 根据热力学第一定律,绝热时W s = -△H,所以 方法二：根据过热蒸汽表,内插法应用可查得35kPa 、80℃的乏汽处在过热蒸汽区,其焓值h 2= kJ ·kg -1； 1500 kPa 、320℃的水蒸汽在过热蒸汽区,其焓值h 1= kJ ·kg -1； 4-6 解： 通过112T C H T pmhR+=迭代计算温度,T 2= K 4-7 解：经迭代计算参考101页例题4-3得到T 2=;∆HT1T 2T C p T ()⎛⎜⎜⎠d H 2R T 2()+H 1R-8.32725-103⨯J ⋅mol1-⋅;146页第五章5-1：b 5-2: c 5-4: a 5-5: a 5-1：解：可逆过程熵产为零,即005<∆⇒=--∆=∆-∆=∆sys sys f sys g S T S S S S ; 5-2：解：不可逆过程熵产大于零,即00505T S T S S S S sys sys f sys g ->∆⇒>--∆=∆-∆=∆;即系统熵变可小于零也可大于零; 5-4：解：不可逆绝热过程熵产大于零,即0>∆=∆-∆=∆sys f sys g S S S S ;所以流体熵变大于零; 5-5：解：不可逆过程熵产大于零,即0010010T S T S S S S sys sys f sys g >∆⇒>-∆=∆-∆=∆; 5-3：解：电阻器作为系统,温度维持100℃,即,属于放热；环境温度,属于吸热,根据孤立体系的熵变为系统熵变加环境熵变,可计算如下： 5-6：解：理想气体节流过程即是等焓变化,温度不变,而且过程绝热,所以系统的熵变等于熵产,计算如下： 所以过程不可逆; 5-7： 解：∆S g204.184⋅ln 339363⎛⎝⎫⎪⎭⋅304.184⋅ln 339323⎛ ⎝⎫⎪⎭⋅+0.345kJ ⋅K1-⋅s1-⋅;不同温度的S 值也可以直接用饱和水表查得;计算结果是; 5-12解：1循环的热效率 2 水泵功与透平功之比H 2= kJ ·kg -1,H 3= kJ ·kg -1,H 4= kJ ·kg -1,H 5= kJ ·kg -1,3 提供1 kw 电功的蒸气循环量 5-15题： 194页第六章 6-1：解：水蒸气的摩尔流量为：nm M 3600⋅16801000⋅183600⋅25.926mol ⋅s1-⋅a 通过内插法求出时对应的温度,如下b 6-3 6-6：解：理想气体经一锐孔降压过程为节流过程,0=∆H ,且0=Q ,故0=S W ,过程恒温;则绝热膨胀过程的理想功和损耗功计算如下： 6-8：解：1产品是纯氮和纯氧时,2产品是98% N 2和50% O 2的空气时,设计计算流程如下：总的功6-12：解：6-13解：由1pmh 31()2pmh 32(),可得3 使用内插法可求得66.03℃时的熵值, 1利用熵分析法计算损耗功,2利用火用分析法：或者241页第七章7-2解：假设需水m kg,则产品酒中含水产品酒中含醇所以酒的体积7-3解：7-498% N 2 50% O 2解：根据吉布斯-杜亥姆公式,恒温恒压时 则有0=∑ii i V d x ,所以所以设计的方程不合理;。
化工热力学第三版答案第3章习题
第3章 均相封闭体系热力学原理及其应用 一、是否题1. 体系经过一绝热可逆过程，其熵没有变化。
2. 吸热过程一定使体系熵增，反之，熵增过程也是吸热的。
3. 热力学基本关系式dH=TdS+VdP 只适用于可逆过程。
4. 象dU=TdS-PdV 等热力学基本方程只能用于气体，而不能用于液体或固相。
5. 当压力趋于零时，()()0,,≡-P T M P T M ig （M 是摩尔性质）。
6.[]()0ln ,PPR P T S S ig+-与参考态的压力P 0无关。
纯物质逸度的完整定义是，在等温条件下，f RTd dG ln =。
7. 理想气体的状态方程是PV=RT ，若其中的压力P 用逸度f代替后就成为了真实流体状态方程。
8. 当0→P 时，∞→P f。
9.因为⎰⎪⎭⎫ ⎝⎛-=PdP P RT V RT1ln ϕ，当0→P 时，1=ϕ，所以，0=-P RT V 。
10. 逸度与压力的单位是相同的。
11. 吉氏函数与逸度系数的关系是()()ϕln 1,,RT P T G P T G ig ==-。
12. 由于偏离函数是两个等温状态的性质之差，故不可能用偏离函数来计算性质随着温度的变化。
13. 由于偏离函数是在均相体系中引出的概念，故我们不能用偏离函数来计算汽化过程的热力学性质的变化。
14. 由一个优秀的状态方程，就可以计算所有的均相热力学性质随着状态的变化。
二、选择题1. 对于一均匀的物质，其H 和U 的关系为（B 。
因H ＝U ＋PV ） A. H 错误！未找到引用源。
UB. H>UC. H=UD. 不能确定2. 一气体符合P=RT/(V-b)的状态方程从V 1等温可逆膨胀至V 2，则体系的错误！未找到引用源。
S 为（C 。
b V b V R dV b V R dV T P dV V S S V VV V VV V T --=-=⎪⎭⎫⎝⎛∂∂=⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂=⎰⎰⎰12ln 212121∆）A.bV bV RT --12lnB. 0C. bV b V R --12lnD. 12ln V V R3. 对于一均相体系，VP T S T T S T ⎪⎭⎫ ⎝⎛-⎪⎭⎫⎝⎛∂∂∂∂等于（D 。
工程热力学第三版课后习题答案沈维道(第四章)
第四章 理想气体的热力过程
4—1 有 2.3 千克的 CO， 初态 T1 = 477K，p1 = 0.32MPa ， 经可逆定容加热， 终温 T2 = 600K ， 设 CO 为理想气体，求 ∆U 、 ∆H 、 ∆S ，过程功及过程热量。 （1）设比热容为定值； （2）变 值比热容，按气体性质表。 解： （1）定值比热容
4—3 试由 w = 算式。 解： 可逆过程的过程功 w =
2 2
∫
1
pdv，wt = − ∫ vdp 导出理想气体进行可逆绝热过程时过程功和技术功的计
1
∫
2
1
pdv ，由绝热过程方式可知 p1v1κ = pvκ ， p =
p1v1κ vκ
所以
w = p1v1κ ∫
v2
v1
dv 1 1 = ( p1v1 − p2 v2 ) = Rg (T − T ) κ v κ −1 κ −1 1 2
60.08K = 13546.39J/mol 100K
1 ( H m,1 − H m,2 ) M 1 (9123.608 − 13546.39)J/(mol ⋅ K) = −138.21× 103 J/kg = −3 32.0 × 10 kg/mol
4—6 3kg 空气， p1 = 1MPa，T1 = 900K ，绝热膨胀到 p2 = 0.1MPa 。设比热容为定
Rg =
R 8.3145J/(mol ⋅ K) = = 0.260J/(kg ⋅ K) T1 = t1 + 273 = 40 + 273 = 313K M 32.0 × 10−3 kg/mol
p1 0.1MPa = 0.260J/(kg ⋅ K) × 313K ln = −112.82J/kg p2 4MPa
化工热力学[第三版]课后答案解析(完整版)_朱自强
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第二章 流体的压力、体积、浓度关系：状态方程式2-1 试分别用下述方法求出400℃、4.053MPa 下甲烷气体的摩尔体积。
（1） 理想气体方程；（2） RK 方程；（3）PR 方程；（4） 维里截断式（2-7）。
其中B 用Pitzer 的普遍化关联法计算。
[解] （1） 根据理想气体状态方程，可求出甲烷气体在理想情况下的摩尔体积idV 为33168.314(400273.15)1.381104.05310id RT V m mol p --⨯+===⨯⋅⨯ （2） 用RK 方程求摩尔体积将RK 方程稍加变形，可写为0.5()()RT a V b V b p T pV V b -=+-+ （E1）其中2 2.50.427480.08664c c c cR T a p RT b p ==从附表1查得甲烷的临界温度和压力分别为c T =190.6K, c p =4.60MPa ，将它们代入a, b 表达式得2 2.56-20.560.427488.314190.6 3.2217m Pa mol K 4.6010a ⨯⨯==⋅⋅⋅⨯ 53160.086648.314190.6 2.9846104.6010b m mol --⨯⨯==⨯⋅⨯ 以理想气体状态方程求得的idV 为初值，代入式（E1）中迭代求解，第一次迭代得到1V 值为5168.314673.152.9846104.05310V -⨯=+⨯⨯ 350.563353.2217(1.38110 2.984610)673.15 4.05310 1.38110(1.38110 2.984610)-----⨯⨯-⨯-⨯⨯⨯⨯⨯⨯+⨯ 3553311.381102.984610 2.1246101.389610m mol -----=⨯+⨯-⨯=⨯⋅ 第二次迭代得2V 为353520.563353553313.2217(1.389610 2.984610)1.381102.984610673.154.05310 1.389610(1.389610 2.984610)1.381102.984610 2.1120101.389710V m mol ------------⨯⨯-⨯=⨯+⨯-⨯⨯⨯⨯⨯⨯+⨯=⨯+⨯-⨯=⨯⋅1V 和2V 已经相差很小，可终止迭代。
工程热力学 课后习题答案 可打印 第三版 第一章
1
第一章 基本概念
p = pe + pb = (1020mmH 2 O × 9.81Pa/mmH 2 O + 900mmHg × 133.3Pa/mmHg) + 755mmHg × 133.3Pa/mmHg = 2.306 × 105 Pa = 0.231MPa
1-6 容器中的真空度为 pv = 600mmHg ，气压计上水银柱高度为
1-12 有一绝对真空的钢瓶， 当阀门的打开时， 在大气压 p0 = 1.013 × 10 Pa 的作用下有体积为
5
0.1m3 的空气被输入钢瓶，求大气对输入钢瓶的空气所作功为多少？
3
第一章 基本概念
解
W = p0V = 1.013 × 105 Pa × 0.1m3 = 1.013 × 104 J = 10.13kJ
p= RgT RgTa = v v
w12 = ∫ pdv = ∫
v1 v5
v2
v2
v1
RgTa v dv = RgTa ln 2 ； v v1
w4−5 = ∫ pdv = ∫
v4
v5
Rg Ta v
v4
dv = RgTa ln
v3 v4
根据已知条件： v1 = v3，v4 = v6，p3 = p2，p6 = p5，T2 = T5 = Ta，T3 = T6 = Tb 得
1-14 据统计资料，上海各发电厂 1983 年平均发 1 千瓦小时的电耗标煤 372 克，若标煤的热值 是 29308kJ/kg ，试求 1983 年上海电厂平均热效率 η t 是多少？ 解：ηt =
Wnet 3600kJ = = 33.3% Q1 0.372kg × 29308kJ/kg
化工热力学第三版答案陈钟秀
2-1.使用下述方法计算1kmol 甲烷贮存在体积为、温度为50℃的容器中产生的压力：（1）理想气体方程；（2）R-K 方程；（3）普遍化关系式。
解：甲烷的摩尔体积V = m 3/1kmol= cm 3/mol查附录二得甲烷的临界参数：T c = P c = V c =99 cm 3/mol ω=(1) 理想气体方程P=RT/V=××10-6=(2) R-K方程2 2.52 2.560.5268.314190.60.427480.42748 3.2224.610c c R T a Pa m K mol P -⨯===⋅⋅⋅⨯ 53168.314190.60.086640.08664 2.985104.610c c RT b m mol P --⨯===⨯⋅⨯ ∴()0.5RT a P V b T V V b =--+()()50.5558.314323.15 3.22212.46 2.98510323.1512.461012.46 2.98510---⨯=--⨯⨯⨯+⨯=(3) 普遍化关系式323.15190.6 1.695r c T T T === 124.699 1.259r c V V V ===＜2 ∴利用普压法计算，01Z Z Z ω=+∵ c r ZRTP P P V == ∴ c r PVZ P RT=654.61012.46100.21338.314323.15cr r r PV Z P P P RT -⨯⨯⨯===⨯迭代：令Z 0=1→P r0= 又Tr=，查附录三得：Z 0= Z 1=01Z Z Z ω=+=+×=此时，P=P c P r =×=同理，取Z 1= 依上述过程计算，直至计算出的相邻的两个Z 值相差很小，迭代结束，得Z 和P 的值。
∴ P=2-2.分别使用理想气体方程和Pitzer 普遍化关系式计算510K 、正丁烷的摩尔体积。
工程热力学 课后习题答案 可打印 第三版 第二章
第二章 热力学第一定律
2-1 一辆汽车 1 小时消耗汽油 34.1 升，已知汽油发热量为 44000kJ/kg ，汽油密度 0.75g/cm3 。
测得该车通过车轮出的功率为 64kW，试求汽车通过排气，水箱散热等各种途径所放出的热量。
解： 汽油总发热量 Q = 34.1×10 −3m3 × 750kg/m3 × 44000kJ/kg = 1125300kJ
汽车散发热量 Qout = Q −W × 3600 = (1125300 − 64× 3600)kJ/h = 894900kJ/h
2-2 1kg 氧气置于图 2-13 所示气缸内，缸壁能充分导热，且活塞与缸壁无磨擦。初始时氧气压
力为 0.5MPa，温度为 27℃，若气缸长度 2 l ，活塞质量为 10kg。试计算拔除钉后，活塞可能
即每生产 1 公斤压缩空气所需技术功为 252kJ。
（3）压气机每分钟生产压缩空气 10kg，即1/ 6kg/s ，故带动压气机的电机功率为
N
=
q m wt
=
1 6
kg/s × 252kJ/kg
=
42kW
9
第二章 热力学第二定律
2-10 某蒸汽动力厂中锅炉以 40T/h 的蒸汽供入蒸汽轮机。进口处压力表上读数是 9MPa ，蒸 汽的焓是 3441kJ/kg 。蒸汽轮机出口处真空表上的读数是 0.0974MPa ，出口蒸汽的焓是
的室内空气每小时温度的升高值，已知空气的热力学能与温度关系为 ∆u = 0.72∆TkJ/kg 。
解 室内空气总质量 m = pV = 0.1×106 Pa ×15m2 × 3.0m = 52.06kg RgT 287J/(kg ⋅ K) × (28 + 273.15)K
化工热力学第三版(完全版)课后习题答案解析
化工热力学课后答案第1章 绪言一、是否题1. 封闭体系的体积为一常数。
（错）2. 封闭体系中有两个相βα,。
在尚未达到平衡时，βα,两个相都是均相敞开体系；达到平衡时，则βα,两个相都等价于均相封闭体系。
（对） 3. 理想气体的焓和热容仅是温度的函数。
（对） 4. 理想气体的熵和吉氏函数仅是温度的函数。
（错。
还与压力或摩尔体积有关。
） 5. 封闭体系的1mol 气体进行了某一过程，其体积总是变化着的，但是初态和终态的体积相等，初态和终态的温度分别为T 1和T 2，则该过程的⎰=21T T V dT C U ∆；同样，对于初、终态压力相等的过程有⎰=21T T P dT C H ∆。
（对。
状态函数的变化仅决定于初、终态与途径无关。
）二、填空题1. 状态函数的特点是：状态函数的变化与途径无关，仅决定于初、终态 。
2. 封闭体系中，温度是T 的1mol 理想气体从(P i ，V i )等温可逆地膨胀到(P f ，V f )，则所做的功为()f i rev V V RT W ln =(以V 表示)或()i f rev P P RT W ln = (以P 表示)。
3. 封闭体系中的1mol 理想气体(已知igP C )，按下列途径由T 1、P 1和V 1可逆地变化至P 2，则A 等容过程的 W = 0 ，Q =()1121T P P R C igP ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛--，错误！未找到引用源。
U =()1121T PPR C igP ⎪⎪⎭⎫⎝⎛--，错误！未找到引用源。
H = 1121T P P C ig P ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-。
B 等温过程的 W =21lnP P RT -，Q =21ln P PRT ，错误！未找到引用源。
U = 0 ，错误！未找到引用源。
H = 0 。
C 绝热过程的 W =()⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡-⎪⎪⎭⎫⎝⎛--11211igPC RigPP P R V P R C ，Q = 0 ，错误！未找到引用源。
工程热力学(第三版)习题答案全解可打印第七章
93
第七章 水蒸气
D = t − t3 = 400 o C − 234 o C = 166 ° C 。
7-4 已知水蒸气的压力为 p = 0.5MPa ， 比体积 v = 0.35m3 / kg ， 问这是不是过热蒸汽？如果 不是，那是饱和蒸汽还是湿蒸汽？用水蒸气表求出其它参数。 解：利用水蒸气表 p = 0.5MPa 时， v′ = 0.0010925m3 / kg 、 v′′ = 0.37486m3 / kg ， 因 v′ < v < v′′ 据同一表 所以该水蒸气不是过热蒸汽而是饱和湿蒸汽。
s = s′ + x( s′′ − s′) = 2.1388kJ/(kg ⋅ K) + 0.95 × (6.5859 − 2.1388)kJ/(kg ⋅ K) = 6.3635kJ/(kg ⋅ K)
u = h − ps v = 2676.9kJ/kg − 1× 103 kPa × 0.18472m3 = 2492.2kJ/kg
7-2 湿饱和蒸汽，x=0.95、 p = 1MPa ,应用水蒸表求 ts、h、u、v、s，再用 h-s 图求上述参数。 解： 利用饱和水和饱和水蒸气表：
p = 1.0MPa
t s = 179.916 ℃
v′ = 0.0011272m3 / kg
h′′ = 2777.67kJ/kg ；
v′′ = 0.19438m 3 / kg ； h = 762.84kJ/kg
技术功：
wt = h1 − h2 = 3345kJ/kg − 2132kJ/kg = 1214kJ/kg
工程热力学第三版课后习题答案
工程热力学第三版课后习题答案工程热力学是工程学科中的重要分支，它研究能量转化和传递的原理及其应用。
在学习过程中，课后习题是巩固知识、提高能力的重要途径。
然而，由于工程热力学的内容较为复杂，课后习题往往令人感到困惑。
为了帮助学习者更好地掌握工程热力学，下面将给出《工程热力学第三版》课后习题的答案。
第一章：基本概念和能量转化原理1. 答案略。
2. 根据能量守恒定律，系统的内能增加等于吸收的热量减去对外做功的量。
因此，ΔU = Q - W。
3. 根据能量守恒定律，系统的内能增加等于吸收的热量减去对外做功的量。
因此，ΔU = Q - W。
4. 答案略。
5. 答案略。
第二章：气体的状态方程和热力学性质1. 对于理想气体，状态方程为PV = nRT，其中P为气体的压力，V为气体的体积，n为气体的摩尔数，R为气体常数，T为气体的温度。
2. 对于理想气体，内能只与温度有关，与体积和压力无关。
3. 对于理想气体，焓的变化等于吸收的热量。
4. 对于理想气体，熵的变化等于吸收的热量除以温度。
5. 答案略。
第三章：能量转化和热力学第一定律1. 根据热力学第一定律，系统的内能增加等于吸收的热量减去对外做功的量。
因此，ΔU = Q - W。
2. 根据热力学第一定律，系统的内能增加等于吸收的热量减去对外做功的量。
因此，ΔU = Q - W。
3. 根据热力学第一定律，系统的内能增加等于吸收的热量减去对外做功的量。
因此，ΔU = Q - W。
4. 答案略。
5. 答案略。
第四章：热力学第二定律和熵1. 答案略。
2. 答案略。
3. 答案略。
4. 答案略。
5. 答案略。
通过以上对《工程热力学第三版》课后习题的答案解析，相信读者对工程热力学的相关知识有了更深入的了解。
掌握热力学的基本概念和原理，对于工程学科的学习和实践具有重要意义。
希望读者能够通过课后习题的解答，提高自己的热力学能力，并将其应用于工程实践中，为社会发展做出贡献。
工程热力学第三版答案【英文】第5章
5-7Air is expanded and is accelerated as it is heated by a hair dryer of constant diameter. The percent increase in the velocity of air as it flows through the drier is to be determined.Assumptions Flow through the nozzle is steady. Properties The density of air is given to be 1.20 kg/m 3 at the inlet, and 1.05 kg/m 3 at the exit. Analysis There is only one inlet and one exit, and thusmm m 12==. Then,)of increase and (or, 1.263kg/m 0.95kg/m 1.2033211222112126.3% =====ρρρρV V AV AV m mTherefore, the air velocity increases 26.3% as it flows through the hair drier.5-14A smoking lounge that can accommodate 15 smokers is considered. The required minimum flow rate of air that needs to be supplied to the lounge and the diameter of the duct are to be determined.Assumptions Infiltration of air into the smoking lounge is negligible.Properties The minimum fresh air requirements for a smoking lounge is given to be 30 L/s per person.Analysis The required minimum flow rate of air that needs to be supplied to the lounge is determined directly from/sm 0.453=L/s 450= persons)person)(15L/s (30= persons)of No.(rson air per pe air ⋅=V VThe volume flow rate of fresh air can be expressed as)4/(2D V VA π==VSolving for the diameter D and substituting,m 0.268===m /s)(8)/s m 45.0(443ππVD VTherefore, the diameter of the fresh air duct should be at least 26.8 cm if the velocity of air is not to exceed 8 m/s.VSmokingLounge15 smokers5-20An air compressor compresses air. The flow work required by the compressor is to be determined.Assumptions 1 Flow through the compressor is steady. 2 Air is an ideal gas.Properties The gas constant of air is R = 0.287 kPa ⋅m 3/kg ⋅K (Table A-1).Analysis Combining the flow work expression with the ideal gas equation of state giveskJ/kg109=-⋅=-=-=)K 20K)(400kJ/kg 287.0()(121122flow T T R P P w v v5-21Steam is leaving a pressure cooker at a specified pressure. The velocity, flow rate, thetotal and flow energies, and the rate of energy transfer by mass are to be determined. Assumptions 1 The flow is steady, and the initial start-up period is disregarded. 2 The kinetic and potential energies are negligible, and thus they are not considered. 3 Saturation conditions exist within the cooker at all times so that steam leaves the cooker as a saturated vapor at 20 psia.Properties The properties of saturated liquid water and water vapor at 20 psia are v f = 0.01683 ft 3/lbm, v g = 20.093 ft 3/lbm, u g = 1081.8 Btu/lbm, and h g = 1156.2 Btu/lbm (Table A-5E).Analysis (a ) Saturation conditions exist in a pressure cooker at all times after the steady operating conditions are established. Therefore, the liquid has the properties of saturated liquid and the exiting steam has the properties of saturated vapor at the operating pressure. The amount of liquid that has evaporated, the mass flow rate of the exiting steam, and the exit velocity areft/s 34.1=⎪⎪⎭⎫⎝⎛⨯===⨯===∆==⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=∆=22233-33liquidft 1in 144in 0.15/lbm)ft 093lbm/s)(20. 10(1.765lbm/min 1059.0min45lbm 766.4lbm 766.4gal 1ft 13368.0/lbm ft 0.01683gal0.6c g c g f A m A m V t m m m v v V ρlbm/s101.7653-(b ) Noting that h = u + P v and that the kinetic and potential energies are disregarded, the flow and total energies of the exiting steam areQB tu/lbm1156.2B tu/lbm74.4=≅++==-=-==h pe ke h u h P e θ8.10812.1156flow vNote that the kinetic energy in this case is ke = V 2/2 = (34.1 ft/s)2 /2 = 581 ft 2/s 2 =0.0232 Btu/lbm, which is very small compared to enthalpy.(c ) The rate at which energy is leaving the cooker by mass is simply the product of the mass flow rate and the total energy of the exiting steam per unit mass,Btu/s 2.04=⨯==-Btu/lbm ) 6.2lbm /s)(115 10765.1(3mass θmE Discussion The numerical value of the energy leaving the cooker with steam alonedoes not mean much since this value depends on the reference point selected for enthalpy (it could even be negative). The significant quantity is the difference between the enthalpies of the exiting vapor and the liquid inside (which is h fg ) since it relates directly to the amount of energy supplied to the cooker.5-30Air is decelerated in an adiabatic diffuser. The velocity at the exit is to be determined. Assumptions 1 This is a steady-flow process since there is no change with time. 2 Air is an ideal gas with constant specific heats. 3 Potential energy changes are negligible. 4 There are no work interactions. 5 The diffuser is adiabatic.Properties The specific heat of air at the average temperature of (20+90)/2=55°C =328 K is c p = 1.007 kJ/kg ⋅K (Table A-2b ).Analysis There is only one inlet and one exit, and thus m m m==21. We take diffuser as the system, which is a control volume since mass crosses the boundary. The energybalance for this steady-flow system can be expressed in the rate form asoutin energiesetc. potential, kinetic, internal,in change of Rate (steady) 0systemmassand work,heat,by nsfer energy tra net of Rate out in 0E E E E E==∆=-/2+2//2)+()2/(222211222211V h V h V h m V h m =+=+Solving for exit velocity,[][]m/s330.2=⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-⋅+=-+=-+=5.02225.021215.021212kJ/kg 1/s m 1000)K90K)(20kJ/kg 007.1(2m/s) 500()(2)(2T T c V h h V V p5-38100 kPa 20︒C500 m/s90︒CR-134a is decelerated in a diffuser from a velocity of 120 m/s. The exit velocity of R-134a and the mass flow rate of the R-134a are to be determined.Assumptions 1 This is a steady-flow process since there is no change with time. 2 Potential energy changes are negligible. 3 There are no work interactions. Properties From the R-134a tables (Tables A-11 through A-13) kJ/kg 267.29/kgm 0.025621.kPa 8001311==⎭⎬⎫=h vapor sat P v andkJ/kg 274.17/kgm 0.023375C 40kPa 90023222==⎭⎬⎫︒==h T P v Analysis (a ) There is only one inlet and one exit, and thus mm m 12==. Then the exit velocity of R-134a is determined from the steady-flow mass balance to be()m/s 60.8===−→−=m/s 120/kg)m (0.025621/kg)m (0.0233751.811133121122111222V A A V V A V A v v v v (b ) We take diffuser as the system, which is a control volume since mass crosses the boundary. The energy balance for this steady-flow system can be expressed in the rate form asoutin energiesetc. potential, kinetic, internal,in change of Rate (steady) 0systemmassand work,heat,by nsfer energy tra net of Rate out in 0E E E E E==∆=-⎪⎪⎭⎫⎝⎛-+-=≅∆≅=++20)pe W (since /2)V +()2/(212212in 222211inV V h h mQ h m V h m QSubstituting, the mass flow rate of the refrigerant is determined to be()⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-+-=2222/s m 1000kJ/kg 12m /s) (120m /s 60.8kg 267.29)kJ/(274.17kJ/s 2m It yieldskg/s 1.308=m5-46Steam expands in a turbine. The change in kinetic energy, the power output, and theturbine inlet area are to be determined.Assumptions 1 This is a steady-flow process since there is no change with time.212Potential energy changes are negligible. 3 The device is adiabatic and thus heat transfer is negligible.Properties From the steam tables (Tables A-4 through 6) kJ/kg3178.3/kgm 0.047420C 400MPa 613111==⎭⎬⎫︒==h T P v andkJ/kg 2318.52392.10.9262.31792.0kPa 402222=⨯+=+=⎭⎬⎫==fg f h x h h x P Analysis (a) The change in kinetic energy is determined from()kJ/kg 1.95-=⎪⎪⎭⎫⎝⎛-=-=∆22222122/s m 1000kJ/kg12m /s) (80m /s 502V V ke(b ) There is only one inlet and one exit, and thus mm m 12==. We take the turbine as the system, which is a control volumesince mass crosses the boundary. The energy balance for this steady-flow system can be expressed in the rate form asoutin energiesetc. potential, kinetic, internal,in change of Rate (steady) 0systemmassand work,heat,by nsfer energy tra net of Rate out in 0E E E E E==∆=-⎪⎪⎭⎫⎝⎛-+--=≅∆≅+=+20)pe Q (since /2)+()2/(212212out 222out211V V h h mW V h m W V h mThen the power output of the turbine is determined by substitution to beMW 14.6==---=kW 14,590kJ/kg )1.953178.32318.5)(kg/s 20(outW (c ) The inlet area of the turbine is determined from the mass flow rate relation, 2m 0.0119===−→−=m/s80)/kg m 0.047420)(kg/s 20(13111111V m A V A m v v5-50Air is compressed at a rate of 10 L/s by a compressor. The work required per unitmass and the power required are to be determined.Assumptions 1 This is a steady-flow process since there is no change with time.2P 1 = 6 MPa T 1 = 400︒CV 1P 2 = 40 kPa x 2 = 0.92 V 2 = 50 m/sKinetic and potential energy changes are negligible. 3 Air is an ideal gas with constant specific heats.Properties The constant pressure specific heat of air at the average temperature of (20+300)/2=160°C=433 K is c p = 1.018 kJ/kg·K (Table A-2b). The gas constant of air is R = 0.287 kPa ⋅m 3/kg ⋅K (Table A-1).Analysis (a ) There is only one inlet and one exit, and thus m m m==21. We take the compressor as the system, which is a control volume since mass crosses the boundary.The energy balance for this steady-flow system can be expressed in the rate form aso u tin energiesetc. potential, kinetic, internal,in change of Rate (steady) 0systemmassand work,heat,by nsfer energy tra net of Rate out in 0E E E E E==∆=-)()(0)pe ke (since 1212in 21inT T c m h h m W h m h m W p -=-=≅∆≅∆=+ Thus,kJ/kg 285.0=-⋅=-=0)K 2K)(300kJ/kg (1.018)(12in T T c w p(b ) The specific volume of air at the inlet and the mass flow rate are/kg m 7008.0kPa120K) 273K)(20/kg m kPa 287.0(33111=+⋅⋅==P RT vkg/s 0.01427/kgm 0.7008/s m 010.03311===v V m Then the power input is determined from the energy balance equation to bekW 4.068=-⋅=-=0)K 2K)(300kJ/kg 8kg/s)(1.01 (0.01427)(12inT T c m W p5-65Steam is throttled by a well-insulated valve. The temperature drop of the steam afterthe expansion is to be determined.Assumptions 1 This is a steady-flow process since there is no change with time. 2 Kinetic and potential energy changes are negligible. 3 Heat transfer to or from the fluid is negligible. 4 There are no work interactions involved. Properties The inlet enthalpy of steam is (Tables A-6),kJ/kg 1.2988C 035MPa 8111=⎭⎬⎫︒==h T PP 1 = 8 MPa T 1Analysis There is only one inlet and one exit, andthus mm m 12==. We take the throttling valve as the system, which is a control volume since mass crosses the boundary. The energy balance for this steady-flow system can be expressed in the rate form as02121outin (steady) 0systemout in h h h m h m E E E E E ====∆=-since QW ke pe ≅=≅≅∆∆0. Then the exit temperature of steam becomes ()C 285︒=⎭⎬⎫==2122MPa 2T h h P5-84Two streams of cold and warm air are mixed in a chamber. If the ratio of hot to coldair is 1.6, the mixture temperature and the rate of heat gain of the room are to be determined.Assumptions 1 This is a steady-flow process since there is no change with time. 2 Kinetic and potential energy changes are negligible. 3 There are no work interactions. 4 The device is adiabatic and thus heat transfer is negligible. Properties The gas constant of air is R = 0.287 kPa.m 3/kg.K. The enthalpies of air are obtained from air table (Table A-17) ash 1 = h @280 K = 280.13 kJ/kg h 2 = h @ 307 K = 307.23 kJ/kg h room = h @ 297 K = 297.18 kJ/kg Analysis (a ) We take the mixing chamber as the system, which is a control volume since mass crosses the boundary. The massColdair 7︒C24︒CWarm air 34︒Cand energy balances for this steady-flow system can be expressed in the rate form as Mass balance:121311out in (steady) 0system out in 6.1 since 6.26.1 0m mm m m m m m m m m ===+→=→=∆=-↗Energy balance:0)pe ke (since 0332211outin energiesetc. potential, kinetic, internal,in change of Rate (steady) 0systemmassand work,heat,by nsfer energy tra net of Rate out in ≅∆≅∆≅≅=+==∆=-W Qh m h m h m E E E E E↗Combining the two gives ()2.3/2.22.32.2213312111h h h or h m h m h m+==+ Substituting, h 3 = (280.13 +2.2⨯ 307.23)/3.2 = 298.76 kJ/kg From air table at this enthalpy, the mixture temperature isT 3 = T @ h = 298.76 kJ/kg = 298.6 K = 25.6︒C (b ) The mass flow rates are determined as followskg/s.1363kg/s) 9799.0(2.32.3kg/s 9799.0/kg m 0.7654/s m 0.75kg/m 7654.0kPa 105K)273K)(7/kg m kPa (0.28713331113311=======+⋅⋅==m m m P RT v V v The rate of heat gain of the room is determined fromkW 4.93-=-=-=kJ/kg )76.29818.297(kg/s) 136.3()(3room 3gain h h mQ The negative sign indicates that the room actually loses heat at a rate of 4.93 kW.5-102A room is to be heated by an electric resistance heater placed in a duct in the room. The power rating of the electric heater and the temperature rise of air as it passes through the heater are to be determined.Assumptions 1 Steady operating conditions exist. 2 Air is an ideal gas with constant specific heats at room temperature. 3 Kinetic and potential energy changes are negligible. 4 The heating duct is adiabatic, and thus heat transfer through it is negligible. 5 No air leaks in and out of the room.Properties The gas constant of air is 0.287 kPa.m 3/kg.K (Table A-1). The specific heats of air at room temperature are c p = 1.005 and c v = 0.718 kJ/kg·K (Table A-2). Analysis (a ) The total mass of air in the room iskg 284.6)K 288)(K /kg m kPa 0.287()m 240)(kPa 98(m240m 865331133=⋅⋅===⨯⨯=RT P m V VWe first take the entire room as our system,which is a closed system since no mass leaks in or out. The power rating of the electric heater is determined by applying the conservation of energy relation to this constant volume closed system:()()12avg ,out in fan,in e,in fan,in e,energiesetc. potential, kinetic, internal,in Change system massand work,heat,by nsfer energy tra Net 0)=PE =KE (since T T mc Q W W t U Q W W E E E out out in -=-+∆∆∆∆=-+∆=-vSolving for the electrical work input giveskW5.40=⨯-⋅+-=∆--=+s) 60C/(15)1525)(C kJ/kg 0.718)(kg 284.6()kJ/s 0.2()kJ/s 200/60(/)(12in fan,out in e, tT T W Q W mc v (b ) We now take the heating duct as the system, which is a control volume since masscrosses the boundary. There is only one inlet and one exit, and thus mm m 12==. The energy balance for this adiabatic steady-flow system can be expressed in the rate formas)()(0)pe ke (since 01212in fan,in e,21in fan,in e,energiesetc. potential, kinetic, internal,in change of Rate (steady) 0systemmassand work,heat,by nsfer energy tra net of Rate T T c m h h mW W Q h m h mW W E E E E E p outin out in -=-=+≅∆≅∆==++==∆=-Thus, ()()C 6.7 =⋅+=+=-=∆K kJ/kg 1.005kg/s 50/60kJ/s )2.040.5(infan,in e,12p c m W W T T T5-107R-134a is condensed in a condenser. The heat transfer per unit mass is to bedetermined.Assumptions 1 This is a steady-flow process since there is no change with time. 2 Kinetic and potential energy changes are negligible. 3 There are no work interactions. Analysis We take the pipe in which R-134a is condensed as the system, which is a control volume. The energy balance for this steady-flow system can be expressed in the rate form as21o u t 21o u to u t21o u tin energiesetc. potential, kinetic, internal,in change of Rate (steady) 0systemmassand work,heat,by nsfer energy tra net of Rate out in )(0h h q h h m QQ h m h m E E E E E -=-=+===∆=-The enthalpies of R-134a at the inlet and exit of the condenser are (Table A-12, A-13).kJ/kg61.1010kP a 900kJ/kg13.295C 60kP a 900kPa 900@22111==⎭⎬⎫===⎭⎬⎫︒==f h h x P h T PSubstituting,kJ/kg 193.5=-=61.10113.295out q5-112Helium flows from a supply line to an initially evacuated tank. The flow work of the helium in the supply line and the final temperature of the helium in the tank are to be determined.Properties The properties of helium are R = 2.0769 kJ/kg.K, c p = 5.1926 kJ/kg.K, c v = 3.1156 kJ/kg.K (Table A-2a).Analysis The flow work is determined from its definition but we first determine the specific volume/kg m 0811.4kP a)200(K)27320kJ/kg.K)(1 0769.2(3line =+==P RT vkJ/kg816.2===/kg)m 1kPa)(4.081 200(3flow v P wNoting that the flow work in the supply line is converted to sensible internal energy in the tank, the final helium temperature in the tank issat. liq.60︒Cdetermined as followsK655.0=−→−=−→−==+===tank tank tank tank -line line linetank kJ/kg.K) 1156.3(kJ/kg 7.2040kJ/kg7.2040K) 27320kJ/kg.K)(1 1926.5(T T T c u T c h h u p vAlternative Solution : Noting the definition of specific heat ratio, the final temperature in the tank can also be determined fromK 655.1=+==K) 273120(667.1line tank kT T which is practically the same result.5-119A rigid tank initially contains superheated steam. A valve at the top of the tank is opened, and vapor is allowed to escape at constant pressure until the temperature rises to 500︒C. The amount of heat transfer is to be determined.Assumptions 1 This is an unsteady process since the conditions within the device are changing during the process, but it can be analyzed as a uniform-flow process by using constant average properties for the steam leaving the tank. 2 Kinetic and potential energies are negligible. 3 There are no work interactions involved. 4 The direction of heat transfer is to the tank (will be verified). Properties The properties of water are (Tables A-4 through A-6)kJ/kg3468.3,kJ/kg 3116.9/kgm 0.17568C 500MP a 2kJ/kg3024.2,kJ/kg 2773.2/kgm 0.12551C 300MP a 2223222113111===⎭⎬⎫︒=====⎭⎬⎫︒==h u T P h u T P v v Analysis We take the tank as the system, which is a control volume since masscrosses the boundary. Noting that the microscopic energies of flowing and nonflowing fluids are represented by enthalpy h and internal energy u , respectively, the mass and energy balances for this uniform-flow system can be expressed as Mass balance :21system out in m m m m m m e -=→∆=-Energy balance :)0 (since 1122in energiesetc. potential, kinetic,internal,in Change system massand work,heat,by nsfer energy tra Net out in ≅≅≅-=-∆=-pe ke W u m u m h m Q E E E e eThe state and thus the enthalpy of the steam leaving the tank is changing during thisprocess. But for simplicity, we assume constant properties for the exiting steam at the average values. Thus,kJ/kg 3246.22kJ/kg3468.33024.2221=+=+≅h h h e The initial and the final masses in the tank arekg 1.138/kgm 0.17568m 0.2kg1.594/kg m 0.12551m 0.23322233111======v V v V m mThen from the mass and energy balance relations,kg 0.456138.1594.121=-=-=m m m e()()()()()()kJ606.8=-+=-+=kJ/kg 2773.2kg 1.594kJ/kg 3116.9kg 1.138kJ/kg 3246.2kg 0.4561122u m u m h m Q e e in5-131An insulated piston-cylinder device with a linear spring is applying force to the piston. A valve at the bottom of the cylinder is opened, and refrigerant is allowed to escape. The amount of refrigerant that escapes and the final temperature of the refrigerant are to be determined.Assumptions 1 This is an unsteady process since the conditions within the device are changing during the process, but it can be analyzed as a uniform-flow process assuming that the state of fluid leaving the device remains constant. 2 Kinetic and potential energies are negligible.Properties The initial properties of R-134a are (Tables A-11 through A-13)kJ/kg11.354kJ/kg 03.325/kg m 02423.0C 120MPa 2.1113111===⎭⎬⎫︒==h u T P v Analysis We take the tank as the system, which is a control volume since masscrosses the boundary. Noting that the microscopic energies of flowing and nonflowing fluids are represented by enthalpy h and internal energy u , respectively, the mass and energy balances for this uniform-flow system can be expressed as Mass balance : 21system out in m m m m m m e -=→∆=- Energy balance :)0 (since 1122in b,energiesetc. potential, kinetic,internal,in Change system massand work,heat,by nsfer energy tra Net out in ≅≅≅-=-∆=-pe ke Q u m u m h m W E E E e e23212322233111m 0.502.33m 0.5kg02.33/kgm 0.02423m 0.8v v V v V -=-======m m m v m m eNoting that the spring is linear, the boundary work can be determined fromkJ 270m 0.5)-0.8(2kPa600)(1200)(232121in b,=+=-+=V V P P W Substituting the energy balance,kJ/kg) kg)(325.03 02.33(m 5.0m 5.002.3327022323-⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛--u h e v v (Eq. 1) where the enthalpy of exiting fluid is assumed to be the average of initial and finalenthalpies of the refrigerant in the cylinder. That is,2kJ/kg) 11.354(2221h h h h e +=+=Final state properties of the refrigerant (h 2, u 2, and v 2) are all functions of finalpressure (known) and temperature (unknown). The solution may be obtained by a trial-error approach by trying different final state temperatures until Eq. (1) is satisfied. Or solving the above equations simultaneously using an equation solver with built-in thermodynamic functions such as EES, we obtainT 2 = 96.8︒C , m e = 22.47 kg, h 2 = 336.20 kJ/kg, u 2 = 307.77 kJ/kg, v 2 = 0.04739 m 3/kg, m 2 = 10.55 kg。
热学第三版答案
第一章温度1-1在什么温度下,下列一对温标给出相同的读数：（1）华氏温标和摄氏温标；（2）华氏温标和热力学温标；（3）摄氏温标和热力学温标？解：（1）当时，即可由，解得故在时（2）又当时则即解得：故在时，（3）若则有显而易见此方程无解，因此不存在的情况。
1-2 定容气体温度计的测温泡浸在水的三相点槽内时，其中气体的压强为50mmHg。
（1）用温度计测量300K的温度时，气体的压强是多少？（2）当气体的压强为68mmHg时，待测温度是多少？解：对于定容气体温度计可知：(1)(2)1-3 用定容气体温度计测得冰点的理想气体温度为273.15K，试求温度计内的气体在冰点时的压强与水的三相点时压强之比的极限值。
解：根据已知冰点。
1-4用定容气体温度计测量某种物质的沸点。
原来测温泡在水的三相点时，其中气体的压强；当测温泡浸入待测物质中时，测得的压强值为,当从测温泡中抽出一些气体,使减为200mmHg时,重新测得,当再抽出一些气体使减为100mmHg时,测得.试确定待测沸点的理想气体温度.解：根据从理想气体温标的定义：依以上两次所测数据,作T-P图看趋势得出时,T约为400.5K亦即沸点为400.5K.题1-4图1-5铂电阻温度计的测量泡浸在水的三相点槽内时，铂电阻的阻值为90.35欧姆。
当温度计的测温泡与待测物体接触时，铂电阻的阻值为90.28欧姆。
试求待测物体的温度，假设温度与铂电阻的阻值成正比，并规定水的三相点为273.16K。
解：依题给条件可得则故1-6在历史上，对摄氏温标是这样规定的：假设测温属性X随温度t做线性变化，即，并规定冰点为，汽化点为。
设和分别表示在冰点和汽化点时X的值，试求上式中的常数a和b。
解：由题给条件可知由（2）-（1）得将（3）代入（1）式得1-7水银温度计浸在冰水中时，水银柱的长度为4.0cm；温度计浸在沸水中时，水银柱的长度为24.0cm。
（1）在室温时，水银柱的长度为多少？（2）温度计浸在某种沸腾的化学溶液中时，水银柱的长度为25.4cm，试求溶液的温度。
工程热力学高教第三版习题答案第5章
可见， T1比T1 低得多，故该循环热效不高。 5-5 如图 5-36 所示，在恒温度热源 T1 、 T0 之间工作的热机作出的循环净功 Wnet，正好带 动工作于 TH、 TO 之间的热泵， 热泵的供热量 QH 用于谷物烘干， 已知 T1 = 1000K、TH = 360K 、
T 0 = 290K、Q1 = 100kJ 。①若热机效率ηt = 40% ，热泵供暖系数 ε ′ = 3.5 ，求 QH；②设 E 和 P 都以可逆机代替，求这时 QH；③计算结果 QH>Q1，表示冷源中有部份热量传入温度
不可能实现
②
是可逆循环
③
Q1 = Q2 + Wnet = 0.5kJ + 1.5kJ = 2.0kJ
ηt = 1 −
方法二 ①
Q2 0.5kJ = 1− = 0.75 < ηC 2.0kJ Q1
是不可逆循环
∫T
∫
δQ
r
=
Q1 Q2 1kJ −0.1kJ + = + = +0.000167kJ/K > 0 不可能实现 Tr T2 2000K 300K
4
④ 若直接用电炉取暖，则 2.5 × 10 kJ/h 的热能全部由电能供给，耗电力
P = 2.5 × 104 kJ/h =
2.5 × 104 kJ/s = 6.94kW 3600
5-2 设有一由两个定温过程和两个定压过程组成的热力循环，如图 5-34 所示。工质加热 前的状态为 T1 = 300K，p1 = 0.1MPa ，定压加热到 T2 = 1000K ， 再在定温下吸入 400kJ/kg 的热量。 试分别计算不采用回热和采用极 限回热后循环的热效率， 并比较它们的大小 。 设工质的比热容为定 值， c p = 1.004 kJ (kg ⋅ K) 。 解： （1）不回热时
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第一章温度
1-1在什么温度下,下列一对温标给出相同的读数：（1）华氏温标和摄氏温标；（2）华氏温标和热力学温标；（3）摄氏温标和热力学温标？
解：（1）
当时，即可由，解得
故在时
（2）又
当时则即
解得：
故在时，
（3）
若则有
显而易见此方程无解，因此不存在的情况。
1-2 定容气体温度计的测温泡浸在水的三相点槽内时，其中气体的压强为50mmHg。
（1）用温度计测量300K的温度时，气体的压强是多少？
（2）当气体的压强为68mmHg时，待测温度是多少？
解：对于定容气体温度计可知：
(1)
(2)
1-3 用定容气体温度计测得冰点的理想气体温度为273.15K，试求温度计内的气体在冰点时的压强与水的三相点时压强之比的极限值。
解：根据
已知冰点。
1-4用定容气体温度计测量某种物质的沸点。
原来测温泡在水的三相点时，其中气体的压强；当测温泡浸入待测物质中时，测得的压强值为,当从测温泡中抽出一些气体,使减为200mmHg时,重新测得,当再抽出一些气体使减为100mmHg时,测得.试确定待测沸点的理想气体温度.
解：根据
从理想气体温标的定义：依以上两次所测数据,作T-P图看趋势得出时,T约为400.5K亦即沸点为400.5K.。