矿大(北京)化工热力学练习(计算题)学习资料

矿大(北京)化工热力学练习(计算题)

1、有一水泵每小时从水井抽出1892kg 的水并泵入储水槽中，水井深61m ，储水槽的水位离地面18.3m ，水泵用功率为3.7KW 的电机驱动，在泵送水过程中，只耗用该电机功率的45％。储水槽的进、出水位的质量流量完全相等，水槽内的水位维持不变，从而确保水作稳态流动。在冬天，井水温度为4.5℃,为防止水槽输出管路发生冻结现象，在水的输入管路上安设一台加热器对水进行加热，使水温保持在7.2℃，试计算此加热器所需净输入的热量。

【解】：流动体系由水井、管路、泵、加热器和储水槽组成。

计算基准：以一小时操作记，

稳流过程：212s s Q W m h g z u ⎛

⎫+=∆+∆+ ⎪⎝

⎭

-19.8179.3777.933kJ kg g z ⋅∆=⨯=⋅

02

1

2=∆u

3-1-13.7100.453168.08J kg 3.168kJ kg 189213600

s N W Q ⨯⨯===⋅=⋅⨯

水热容：3-1-14.18410J kg K P C =⨯⋅⋅

()3-14.184107.2 4.511296.8kJ kg P h C T ∆=∆=⨯⨯-=⋅

s Q mw =-+212m h g z u ⎛

⎫∆+∆+ ⎪⎝

⎭

()-1

-1

-1

1892 3.16811.2970.77816851.7kJ h 8.906kJ kg 4.68kJ s

=-++=⋅=⋅=⋅

2、为远程输送天然气,采用压缩液化法。若天然气按甲烷计算，将1kg 天然气自

0.09807MPa 、27℃绝热压缩到6.669MPa ,并经冷凝器冷却至27℃。已知压缩机

实际的功耗为-11021kJ kg ⋅,冷却水温为27℃。试求冷凝器应移走的热量，压缩、液化过程的理想功、损耗功与热力学效率。已知甲烷的焓和熵值如下

压力()MP a 温度（℃）

h ()-1kJ kg ⋅

s ()-11kJ kg K -⋅⋅

0.09807 27 953.1 7.067 6.667

27

886.2

4.717

甲烷:10.09807a P Mp =. 1012.27 6.669Q a t C P Mp ==−−−→=o

2?

2327Q t t C =−−−→=o

已知:-11021kJ kg s W =⋅ 027t C =o

求：2?Q = 压缩.汽化过程?id W = ?L W = ?a η= 解：压缩过程:

-11953.1kJ kg h =⋅ -1-117.067kJ kg K s =⋅⋅

-12886.2kJ kg h =⋅ -1-12 4.717kJ kg K s =⋅⋅

()()-10886.2953.13004.7177.067638.1kJ kg id W H T S =∆-∆=---=⋅

12s H Q Q W ∆=++ 10Q =、-1886.2953.166.9kJ kg H ∆=-=-⋅ -1266.910211087.9kJ kg s Q H W =∆-=--=-⋅

-1-11087

3.63kJ kg K 300

swr S ∆=+

=⋅⋅ ()()-103004.7177.067 3.63382.9kJ kg L sys swr W T S S =∆+∆=-+=⋅

638.1

0.6251021

id a s W W η=

== (损耗功:或:-11021638.1382.9kJ kg L s id W W W =-=-=⋅)

3、有一温度为90℃、流量为-172000kg h ⋅的热水和另一股温度为50℃、流量为

-1108000kg h ⋅的水绝热混合。试分别用熵分析和有效能分析计算混合过程的有效

能损失。大气温度为25℃。问此过程用哪个分析方法求有效能损失较简便？为什么？

解：131231()()p p m c t t m c t t -=-- 求得366C t =o Q ＝0 W 3＝0 ΔH ＝0 熵分析法

123112313231123()g S m m S m S m S m S m S m S m S ∆=+---=+--

131232()()m S S m S S =-+-331212

ln

ln p p T T m c m c T T =+ -1339339

72000 4.184ln

108000ln 1240.8kJ h 363323

p c =⨯+=⋅ 0X L g E W T S -∆==∆5-13.710kJ kg =⨯⋅

有效能分析法

312X X X X E E E E ∆=--

1230030110010220020()[()()][()()[()()

m m H H T S S m H H T S S m H H T S S =+----------- 3121230011002200000

()[()ln

][()ln )][()ln )]p p p T T T

m m c H H T m c T T T m c T T T T T T =+-------- 363363

=(72000+108000) 4.184[(66-25)-298ln

72000 4.184(9025298ln )298298

⨯-⨯--

323108000 4.184[(5025)298ln

]298

-⨯-- 6655-11.94710 1.86810 4.48910 3.710kJ h =⨯-⨯-⨯=⨯⋅