2012化工热力学复习资料

化工热力学复习资料

一、是非题(下列说法正确的在括号内打√，错误的打×。)

1)理想气体的熵仅仅是温度的函数。 (×) 2)纯物质的平衡汽化过程，其摩尔体积、焓、热力学能、Gibbs 函数的变化值均大于零。

(×) 3)气体混合物的Virial 系数，如B ，C ，…，是温度和组成的函数。

(√)

4)一般情况下，剩余性质R 0H ≠，R

S

≠，只有当压力极低时两者均等于零。

( √ )

5若忽略动能或位能的变化，稳流过程的能量平衡式为：S

H Q W ∆=-，该式对 可逆与不可逆均适用。

( √ )

6)任何实际过程，总有效能必减少，总无效能增加，且有效能的减少必多于无 效能的增加量。

(√ )

7)二元溶液的逸度与其组分的逸度有如下的关系：

111222ˆˆln ln (/)ln (/)

f x f x x f x =+ (√ )

8)热力学基本关系式只适用于可逆过程。

(×)

9)对于一个封闭气体系统，气体从一个给定的状态变化到另一个状态，只要对所有经历的过程是可逆的，则d p V

-⎰

积分值就与所经历的路径无关。 (√) 10)对理想溶液，所有的过量性质均为零。 (√)

11)偏摩尔体积可表示为()

()[]

[]

,,,,j i j i i

i i T p n

T p n V n V

n V x =∂∂=∂∂⎡⎤⎣⎦

。

(×)

12)在(1)-(2)二元系统的汽液平衡中，若(1)是轻组分，(2)是重组分，则1

1

y x >，

22

y x <。

(×)

13)功的传递不会引起熵流，因此功的传递进入系统不会引起系统的熵变。 (×) 14) 如果某系统在进行的过程中熵值不变，则该过程是可逆、绝热的过程。(× )

15)理想功表达式为：id

W H T S

Θ

=-∆+∆，该式仅适用于物理过程，而不适用于化

学过程。

( × )

16)由热力学分析可知：相对于等温与多变压缩过程而言，绝热压缩过程的功耗 为最小。

( × )

17)1

303K

T =的常温水，假如冷冻成2

273K

T =的冰，则制冷系数

L S 212//()

Q W T T T ε==-。

( × )

18)一切实际过程，因熵产g 0

S ∆>，故必有做功能力的损失。 (√ )

19)可逆绝热过程的熵产等于零，因此过程的有效能损失也等于零。 (√) 20)节能就是节约过程的有效能，防止能量无偿降级。

(√)

21)在蒸汽压缩制冷循环中，制冷剂先冷凝后过冷再进入节流阀有助于提高过程的制冷系数。

(√)

二、计算题和推导题：

1、有一蒸汽动力装置的T -S 图如右图所以。 已知：该装置产功

5-1

S 10kJ h

W =⋅，

-1

1250kJ kg

H =⋅，

-1

23327kJ kg H =⋅，

装置的散热

-1

32695kJ kg

H =⋅，-1

4

249k J k g

H =⋅，忽略

损失，试求：

①每小时蒸汽的循环量G /-1kg h ⋅； ②锅炉传给水的热量H Q /-1

kJ h ⋅；

③装置热效率T η；

④若H Q 来自800℃的恒温热源，计算总过程的损耗功L W (设T Θ=298K)。 解：①5

-1

S 32

10

158.23(k J h )26953327

W G

H H --=

=

=⋅--

②()-1

H 21158.23(3327250)486867.1(kJ h )Q G H H =-=⨯-=⋅ ③5

S T H

10

100%20.54%486867.1

W Q η-=

=

⨯=

④-1

id

H H 2981486867.11351651.4(k J h )1073T W Q T Θ

⎛⎫⎛⎫=-=⨯-=⋅ ⎪ ⎪⎝⎭⎝

⎭

5

-1

L id S 361651.410251651.4(kJ h )W W W =-=-=⋅

2、将150kJ 的热量从高温热源H

550K

T =直接传递给两个冷源1

350T K

=和2

250K

T =。环境

S

计算题1) 附图

温度为300T K

Θ

=。如果热量传递给热源温度1T 的量是它传递给热源温度2T 量的一半，试求：

①熵产生量，1kJ K -⋅；②损失功，kJ ；③怎样才能使得该过程变得可逆？ 解：取整个热源为系统，则构成封闭系统，因此：根据热力学第二定律得： ①sys

g Q

S

S T ∆=∆+

⎰

()

()

()

-1

H 12g sys H

1

2

150501000.27(k J K )550

350

250

Q Q Q Q

S S T

T T T ---∆=∆-

=--=

-

-

=⋅⎰

②L

g 3000.2781(kJ)

W

T S Θ

=∆=⨯=

③用无数个小Carnot 循环完成传热过程。

3、用1.5MPa ，773K 的过热蒸汽来推动透平机，并在0.07MPa 下排出乏汽，此过程既不可逆，也不绝热，过程的热量损失为79.4

1

k J k g ⋅-蒸汽

，初始状态下蒸汽的焓、熵值为

1H =3473.1-1

k J k g

⋅，1S =7.5698-11 k J k g K -⋅⋅，在0.07MPa ，2S '＝7.5698-11 k J k g K -⋅⋅时蒸汽

的焓值2H '＝2680-1 k J k g ⋅，实际由于过程的不可逆性，出口的泛气2H =2719.6-1 k J k g ⋅，S 2=7.6375-11 k J k g K -⋅⋅，试求：该过程对外实际输出的轴功，做等熵绝热膨胀时对外输出的轴功，过程的熵产、损耗功，设环境温度为T Θ

=

293K 。

解：以1kg 蒸汽为计算基准，则由热力学第一定律得：

S 212719.63473.1(79.4)674.1(kJ)

W H Q H H Q -=∆-=--=---=-

()S 2

1rev 2680.03473.1(79.4)713.7(kJ)W H Q H H Q ''-=∆-=--=---=- 由热力学第二定律得：

-1

g sys f 21(79.4)7.63757.56980.339(k J K )

293

Q S S S S S T

Θ

-∆=∆-∆=--

=--

=⋅

L g 2930.33999.24(kJ)

W T S Θ

=∆=⨯=

4、热力学内能是温度和体积的函数，即(,)U T V 。试推导出d d [?]d V U c T V

=+的方程式。

解：(,)U U T V =，d d d d d V V T T U U U U T V c T V

T V V ∂∂∂⎛⎫⎛⎫⎛⎫

=+=+ ⎪ ⎪ ⎪∂∂∂⎝⎭⎝⎭⎝⎭

∵d d d U

T S p V

=+，T T T V

U S S p T p V V V T ∂∂∂∂⎛⎫⎛⎫⎛⎫⎛⎫

=-=

⎪ ⎪ ⎪ ⎪

∂∂∂∂⎝⎭⎝⎭⎝⎭⎝⎭

d d d V V p U c T T p V

T ⎡⎤

∂⎛⎫=+- ⎪⎢⎥∂⎝⎭⎣⎦

三、单项选择题(下列各题各有一个最合适的答案，请选择并填写在括号内)

1)下列方程中不是气体状态方程的是 ( B )。

A) R-K 方程 B) NRTL 方程