化工热力学第二章作业参考答案

1、 针对以下体系写出能量平衡方程式的简化形式：

(这是修改后的正确答案)

(1) U Q

(2) H Q

1(3) U2 g Z 02

1(4) H U2 0 2

1(5) H U2 02

(6) U W Q

(7) U Q

2、实验室有一瓶氢气为60atm，0.100m3，由于阀门的原因缓慢漏气。试问到漏完时：

（1）该气体作了多少功？吸收了多少热？

（2）该气体在此条件下最大可以作多少功？吸收多少热量？

（3）该气体焓的变化为多少？瓶中气体焓的变化为多少？已知室温为20℃，气体可以认为是理想气体。

解：（1）id.g，T恒定 U 0；

5W Psur dV Psur(V1 V2) P2V1 P2V2 P2V1 P1V1 (P2 P1)V1 5.978*10J V1V2

Q W 5.978*105J

（2）等温可逆过程做功最大

W PdV nRTlnV1V2V2P2 PVln 2.489*106J 11V1P1

Q W 2.489*106J

（3）id.g, T 恒定 H 0，故总气体的焓变为0。

设起初瓶中气体的焓为H1，则终态总气体的焓仍H1，终态气瓶中气体的焓为

n瓶VP1P59H1 1H1 2H1 H1 H瓶 (1 2)H1 H1 n1V2P60P6011

4. 一台透平机每小时消耗水蒸气4540kg。水蒸气在4.482MPa、728K下以61m/s的速度进

入机内，出口管道比进口管道低3m，排气速度366m/s。透平机产生的轴功为703.2kW，热

损失为1.055×105kJ/h，乏气中的一小部分经节流阀降压至大气压，节流阀前后的流速变化

可以忽略不计。试求经节流阀后水蒸气的温度及其过热度。

解：取透平机为体系，则能量方程为：

H g z u2/2 Q Ws

其中：Q = -1.055 105/4540= - 23.238 kJ·kg-1

Ws= 703.2 3600/4540 - 557.604 kJ·kg-1

kg-1 g z - 9.81 3 = - 0.0294 kJ·

kg-1 u2/2= (3662-612) / 2 = 65.118 kJ·

则： H Q Ws g z u2/2= - 23.238 - 557.604 + 0.0294 - 65.118 = - 645.930 kJ/kg 采用内插法查表得4.482 MPa, 728 K时的蒸汽焓为 3334.78 kJ·kg-1。H2 = 3334.78- 645.93 = 2688.85 kJ·kg-1，

节流为等焓过程，故查1个大气压(100KPa)下该焓所对应的温度可知：

T = 106.31 ℃ 因此过热度为106.31-99.63 = 6.68 ℃。

5. CO2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CO2节流后的温度及节流过程的熵变。如果将CO2气体用理想气体代替的话，节流后的温度及节流过程的熵变为多少？

解：理想气体 H f(T)， 故温度T 不变，即T = 30 ℃

熵变： dS cp V dT dP T T p

V T不变，故 dS dP，1mol理想气体：PV RT T p

所以 dS R2RdP S PdP P1PP

代入数值计算可得： S 22.406 kJ·mol-1·K-1 或

0.5092 kJ·kg-1·K-1

8. 一个绝热很好的罐和一根蒸汽干线相连，干线中有压力为7atm、温度为180℃的蒸汽在流动，打开阀门，则蒸汽迅速进入罐内一直到压力达到7atm。如果没有热向环境损失，或者传回蒸汽主干线，求罐内蒸汽停止流入时罐内蒸汽的温度。

解：注蒸汽过程： Q 0，Ws 0 u2

g z Usys 忽略该过程中动能和位能的变化，故 能量平衡式：Hin 2

Hin Usys，即H管=U罐 用内插法查得管中压力为7atm，温度为180℃时，H管 = 2798.3kJ·kg-1，

所以 U罐=H管=2798.3kJ·kg-1，查表可得：T = 300℃。

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