化工1203班热力学试卷1

中南大学化工热力学试卷

2014-2015学年第一学期；时间100分钟；化工热力学 课程 64学时 3.5 学分 考试形式：闭卷；专业年级：化工12级、高工；总分100分，占总评成绩70% 一、填空题（每空一分，共25分）

1:封闭系统的热力学第一定律 ______ ，稳流系统的热力学第一定律______ ?U?Q?W?H?1?u2?g?Z?Q?W 22：真实气体混合物的非理想性由 ____________ 和____________导致 气体纯组分的非理想性 混合引起的非理想性

3：最大的热机效率是____________，____________就是其中的一种，其效率的表达式为____

____________ 可逆热机的效率 卡诺热机 nc?WcT?1?L QHTH

4：在制冷循环中，获得低温的方法通常是用高压、常温的流体进行绝热膨胀来实现的。绝热膨胀有____________和____________ 节流膨胀 作功膨胀

5：熵产的原因是____________________________________ 有序能量耗散为无序的热能，并被体系吸收

6：热力学一致性检验的主要原理是__________________，其方法分为两类，一类是____________，另一类是____________

吉布斯-杜亥姆方程 积分式的总包检验 对每一数据点进行校验

7.初压初温相同的空气，分别经过可逆等温压缩、多变压缩、绝热压缩至相同压力，功耗|ωs|的大小顺序是________________________________。

绝热压缩＞多变压缩＞等温压缩

8.某干度为0.9853的蒸汽在0.01235MPa，50℃下，hf=209.33 kJ/kg,hg=2592.1 kJ/kg,则其h为_____________。

2557.1 kJ/kg 2592.1*0.9853+209.33*(1-0.9853)=2557.1

9.

如图，一热机经过卡诺循环A→B→C→D→A，其中SABCD=S1，SABGF=S2，则卡诺效率为__________。

S1/S2 10.温度差决定________的趋向，压力差决定_________的趋向，化学位之差决定_____________________的趋向。

热传导；物体运动；化学反应或物质在相间传递； 11.透平的作用是________________________。 将流体中的能量转换为机械功

12.溶液的活度与________和__________有关，活度系数γ可用来描述溶液非理想性，γ越大，非理想性________。 温度；压力；越小 13.

表

示

________________________

，

表

示

________________________。

理想溶液中组分i的摩尔自由焓；理想溶液中组分i的摩尔混合自由焓

二、简答（每题5分，共10分）

1 写出稳定流动系统热力学第一定律的一般形式，并对流体流经泵和流经换热器的系统进行适当的简化。 答

稳定流动系统的热力学第一定律表达式为:ΔH+1/2Δu2+gΔz=Q+Ws

（1)流体流经换热器传质设备：Ws=0；另外，考虑动能项和势能项与焙变之间的数量级差别，动能项和势能项可以忽略，即1/2Δu2≈0，gΔz≈0因此，稳流系统热力学第一定律可化简为:ΔH=Q

(2)流体流经泵、压缩机、透平等设备，在数量级的角度上，动能项和势能项不能与焙变相比较，可以忽略，即1/2Δu2≈0，gΔz≈0即ΔH=Q+Ws。若这些设备可视为与环境绝热，或传热量与所做功的数值相比可忽略不计，那么进一步可化简为:ΔH=Ws

三、计算题（每题15分，共65分）

1、将一刚性容器抽空，在液氮的常沸点下装到容积的一半，然后关闭这个容器，加热到21℃，试计算所产生的压力。已知液氮的常沸点KTb4.77,其摩尔体积在

常沸点时为0.0347m3·kmol-1。Tc=126.2K,Pc=3.394Pa, =0.04。 解：加热到T＝294.5K时，液氮汽化为氮气N2 21℃下N2的摩尔体积：（1）由R－K方程计算：

（2）采用SRK方程计算

21℃代入下式：

所以：

由于高压低温，采用SRK方程计算，精度较高。但若过程结果正确，两种方法都正确。

2、某蒸汽动力装置，进入蒸汽透平的蒸汽流量为1680kg·h-1，温度为430℃，压力为3.727MPa。蒸汽透平绝热膨胀对外做功。产功后的乏汽分别为：

（1）0.1049MPa的饱和蒸汽；（h2=2680 kJ·kg-1，s2=7.36 kJ·kg-1·K-1） （2）0.1047kPa、60℃的蒸汽。（h3=2620 kJ·kg-1，s3=8.02 kJ·kg-1·K-1） 试求此两种情况下，蒸汽经透平的理想功与热力学效率。已知大气温度为25℃。

-1-1-1

（已知3.727MPa，430℃时 h1=3280kJ·kg，s1=6.92kJ·kg·K） 解：（1）h1=3280kJ·kg-1 s1=6.92kJ·kg-1·K-1

h2=2680 kJ·kg-1 s2=7.36 kJ·kg-1·K-1

Wid=m(h2-h1)-mT（=1680[(2680-3280)-298×(7.36-6.92)]=-12280s2-s1）×103 kJ·h-1

绝热：Q=0，Ws=△H=m（h2-h1）=-1008×103 kJ·h-1

W1008?103?T???0.821 3Wid1228?10 （2）h3?2620kJ?kg?1 s3?8.02kJ?kg?1?k?1

Wid?1680[?(2620?3280)?298?(8.02?6.92)]=1693?103kJ?h?1 Ws???H??1680(2620?3280)?1108.2?103kJ?h?1

1108.2?103?0.651 ?T?31693?103、某二元溶液,Lewis-Randall规则标准态的超额Gibbs自由能可由下式给出：

GE/RT???1?2

式中：?为常数，两纯组元逸度分别为f1和f2，单位为Pa,GE:J?mol?1, T:K,求：

(1)以Lewis-Randall规则为标准态的活度系数?1和?2的表达式。

??(2)以Henry定律为标准态的活度系数?1与?2的表达式。

**??(nGE/RT)??解：（1）由于ln?1??

?ni??T,P,nj 故：对于二元混合物，可以使用二元截距公式计算活度系数

二元截距公式为:

?dMM1?M?x2dx2

dM

M2?M?x1dx1则：

?GEd(GE/RT)ln?1??x2RTdx2ln?2?Gd(G/RT)?x1RTdx1EE

将GE/RT??x1x2代入上式，整理得：

(2)由活度的定义：ai?ln?1??x222

ln?2??x1???fif?i

因此，以Lewis-Randall规则为标准态的活度系数?1和?2分别为：

??f?1??1f1x1?f?2??2f2x2，则

?f?1?fx??fxe?111??2?x2?112?x1

f?2?f2x2?2?f2x2e?fi xi又由于亨利系数：ki?limxi?0则，k1?limx1?02?x2??fifxe?lim11?f1?e? x1x1?0x1??k?f同理可得：22e

?与?2?的表达式为： 则依据定义式：以Henry定律为标准的活度系数?1?2?x2???2f1f1x1e?(x2?1??????e?1)k1x1f1ex12?x1?? 2f2f2x2e?(x1?1)???2????ek2x2f2ex2

4、写出已知压力(p)和液相组成(x1，x2，…，xn)，求泡点温度(T)及与 之相平衡的汽相组成(y1,y2,..., yn)的计算过程(可以写计算框图) 解:

5、写出水在一定温度下的饱和蒸气压的获得方法。 在一定温度下水的蒸气压获得方法可以有以下几种: (1)通过实验进行测量

(2)通过数据手册查找到相应的Antoine常数，使用Antoine方程进行计算 (3)通过饱和水蒸气表查找

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