化工热力学第六章习题集解答

思考题：

6-1 空气被压缩机绝热压缩后温度是否上升，为什么？ 6-2 为什么节流装置通常用于制冷和空调场合？ 6-3 请指出下列说法的不妥之处：

① 不可逆过程中系统的熵只能增大不能减少。 ② 系统经历一个不可逆循环后，系统的熵值必定增大。

③ 在相同的始末态之间经历不可逆过程的熵变必定大于可逆过程的熵变。

④ 如果始末态的熵值相等，则必定是绝热过程；如果熵值增加，则必定是吸热过程。 6-4 某封闭体系经历一可逆过程。体系所做的功和排出的热量分别为15kJ 和5kJ 。试问体系的熵变： （a ）是正？（b ）是负？（c ）可正可负？

6-5 某封闭体系经历一不可逆过程。体系所做的功为15kJ ，排出的热量为5kJ 。试问体系的熵变： （a ）是正？（b ）是负？（c ）可正可负？

6-6 某流体在稳流装置内经历一不可逆过程。加给装置的功为25kJ ，从装置带走的热（即流体吸热）

是10kJ 。试问流体的熵变：

（a ）是正？（b ）是负？（c ）可正可负？

6-7 某流体在稳流装置内经历一个不可逆绝热过程，加给装置的功是24kJ ，从装置带走的热量（即

流体吸热）是10kJ 。试问流体的熵变： （a ）是正？（b ）是负？（c ）可正可负？

6-8 热力学第二定律的各种表述都是等效的，试证明：违反了克劳休斯说法，则必定违反开尔文说

法。

6-9 理想功和可逆功有什么区别？

6-10 对没有熵产生的过程，其有效能损失是否必定为零？ 6-11 总结典型化工过程热力学分析。

习题

6-1 压力为1.5MPa ，温度为320℃的水蒸气通过一根内径为75㎜的管子，以-1

3m s ⋅的速度进入透平机。由透平机出来的乏气用内径为25㎜的管子引出，其压力为35kPa ，温度为80℃。假定过程无热损失，试问透平机输出的功率为多少？

【解】：查593K 和353K 过热水蒸气焓值，-113255.8kJ kg h =⋅，-122645.6kJ kg h =⋅

由 3

-13

-1176.5c

m g 0.1765m k g

V =⋅=⋅ 进口截面积 ()2

2210.0750.00442m 4

4

A D π

π

=

=

⨯=

-11130.00442

0.0751kg s 0.1756

u A m V ⨯=

==⋅、 m V A u V A u ==111222

忽略位能变化，则 0z ∆=

6-2 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 ⎛

⎫+=∆+∆+ ⎪⎝

⎭

水热容：3-1-14.18410J kg K P C =⨯⋅⋅

6-3 水蒸气在透平机中等熵膨胀，其状态由6MPa 、600℃变为10kPa 。如果水蒸气的质量流量为-1

2kJ s ⋅，试计算透平机的输出功率。

【解】：水蒸气在透平中为等熵膨胀，查水蒸气表知6MPa 、600℃过热水蒸气熵和焓值分别为：

-1-117.1677kJ kg K s =⋅⋅,-1

13658.4kJ kg h =⋅

出口处为湿蒸汽，查10kPa 的饱和水蒸气和饱和水的熵和焓值为：

-1-10.6493kJ kg K l s =⋅⋅，-1

191.83kJ kg l h =⋅

-1-18.1482kJ kg K g s =⋅⋅，-12583.8kJ kg g h =⋅

由以上数据可确定出口处水蒸气的干度 出口处水蒸气的焓值为：

等熵膨胀为绝热可逆过程，忽略动、位能变化，由能量平衡方程知：

6-4 某特定工艺过程每小时需要0.138MPa ，品质（干度）不低于0.96、过热度不大于7℃的蒸汽450kg 。现有的蒸汽压力为1.794MPa 、温度为260℃。

（a ）为充分利用现有蒸汽，先用现有蒸汽驱动一蒸汽透平，而后将其乏汽用于上述特定工艺工程。已知透平机的热损失为5272 kJ ﹒h -1，蒸汽流量为450 kJ ﹒h -1，试求透平机输出的最大功率为多少KW 。

（b ）为了在透平机停工检修时工艺过程蒸汽不至于中断，有人建议将现有蒸汽经节流阀使其降至0.138MPa ，然后再经冷却就可得到工艺过程所要求的蒸汽。试计算节流后的蒸汽需要移去的最少热量。

6-5 某理想气体（分子量为28）在0.7MPa 、1089K 下，以，热损失6710 kJ.h -1。透平机进、

出口连接钢管的内径为0.016 m ，气体的热容为1.005kJ/（kg ﹒K ），试求透平机排汽的温度和速度。 【解】：以透平机为研究对象，1kg 理想气体为计算基准，忽略动、位能变化 由理想气体状态方程M

p

RT ρ

=知

对于稳流过程 因此

由热力学第一定律表达式 解得：233.02T K =

6-6 2CO 气体在1.5MPa ，30℃时稳流经过一个节流装置后减压至0.10133MPa 。试求：2CO 节流后的温度及节流过程的熵变。

解：（1）等焓过程：()21210

id

R

R

p H C T T H H ∆=-+-=

MPa 10133.0气体可看成理想气体02

=R

H 、所以121R

id p

H T T C =

+

查附表： 2CO ：304.19C T K =、 7.382C P MPa =、 0.228ω=

所以：10.9966r T = 、10.2032r P = R

H 1由普遍化第二维里系数关联 查附表：CO 2热容

3528311

43.259 1.35610 1.50210 2.37410 1.05610id

P C T T T T R

----=+⨯+⨯-⨯+⨯

估算303.15K 下的id

p C 值:

所以 2614.15

303.15286.6

537.23

T K =-

+= 平均温度: 286.65303.15

294.652

am T K +==

求出 -1

-1

36.88J mo l K id

p C =⋅⋅ 重算2T : 2614.15

303.15286.536.88

T K =-

+= 与前面一致

求T 2＝286.5K 下的热容，-1

-1

236.525J mol K id

p C =⋅⋅ 平均热容 -1-137.2336.525

36.878J mol K 2

id

p C +==⋅⋅

(2) 求S ∆

6-7 2.5 MPa 、200℃的乙烷气体在透平中绝热膨胀到0.2 MPa 。试求绝热可逆膨胀（等熵）至中压时乙烷的温度与膨胀过程产生的轴功。乙烷的热力学性质可分别用下述两种方法计算：