工程热力学第三版第一章答案

17-5

Air at 320 K is flowing in a duct. The temperature that a stationary probe inserted into the duct will read is to be determined for different air velocities. Assumptions The stagnation process is isentropic.

Properties The specific heat of air at room temperature is cp = 1.005 kJ/kg K. Analysis The air which strikes the probe will be brought to a complete stop, and thus it will undergo a stagnation process. The thermometer will sense the temperature of this stagnated air, which is the stagnation temperature, T0. It is

化工热力学（第三版）

习题解答集

朱自强、吴有庭编著

1

第二章 流体的压力、体积、浓度关系：状态方程式

2-1 试分别用下述方法求出400℃、4.053MPa下甲烷气体的摩尔体积。（1） 理想气体方程；（2） RK方程；（3）PR方程；（4） 维里截断式（2-7）。其中B用Pitzer的普遍化关联法计算。

[解] （1） 根据理想气体状态方程，可求出甲烷气体在理想情况下的摩尔体积V为

idVid?RT8.314?(400?273.15)??1.381?10?3m3?mol?1 6p4.053?10（2） 用RK方程求摩尔体积

将RK方程稍加变形，可写为

V?其中

RTa(V?b)?b?0.5 pTpV(V?b) （E1）

0.42748R2Tc2.5a?pc0.08664RTcb?pc

从附表1查得甲烷的临界温度和压力分别为Tc=190.6K, pc =4.60MPa，将它们代入a, b表达式得

0.42748?8.3142?190.62.56-20.5a??3.2217m?Pa?mol?K 64.60?10b?0.08664?8.314?190.6?53?1?2.9846?10m?mol 64.60?10id以理想

第 一 章 基本概念与定义 1.闭口系与外界无物质交换，系统内质量保持恒定，那么系统内质量保持恒定的热力系一定是闭口系统吗？ 答：不一定。稳定流动开口系统内质量也可以保持恒定。

2.有人认为，开口系统中系统与外界有物质交换，而物质又与能量不可分割，所以开口系统不可能是绝热系。对不对，为什么？

答：这种说法是不对的。工质在越过边界时，其热力学能也越过了边界。但热力学能不是热量，只要系统和外界没有热量地交换就是绝热系。

3.平衡状态与稳定状态有何区别和联系，平衡状态与均匀状态有何区别和联系？

答：只有在没有外界影响的条件下，工质的状态不随时间变化，这种状态称之为平衡状态。稳定状态只要其工质的状态不随时间变化，就称之为稳定状态，不考虑是否在外界的影响下，这是他们的本质区别。平衡状态并非稳定状态之必要条件。

物系内部各处的性质均匀一致的状态为均匀状态。平衡状态不一定为均匀状态，均匀并非系统处于平衡状态之必要条件。

4.倘使容器中气体的压力没有改变，试问安装在该容器上的压力表的读数会改变吗？绝对压力计算公式

p?pb?pe(p?pe)， p?pb?pe(p?pe)中，当地大气压是否必定是环境大气压？

答：压力表的读数可能会改变，根据

第一章 热力学基础

1-1 基本概念

能量的传递和转换，是由物质状态变化引起的。 为了进行研究，首先要将研究的对象确定下来。这种确定的方法是人为规定的；所确定的研究对象的范围，可以是实际的，也可以是虚拟的，它不过是我们所要研究的一定量的物质或一定范围的空间，称之为热力学系统，简称系统。

热力学系统是人为划分出来的研究对象，它是人为规定边界内的物质的总和。在该热力系统以外的部分称为外界或环境，系统与外界之间的分界称为边界。边界可以是真实存在的，也可以是假想的；可以是移动的，也可以是固定的。

根据热力学系统和外界之间的能量和物质交换情况，可以将热力学系统分为不同的类型。热力学系统如果和外界只有能量交换而无物质交换，则称之为封闭系统。封闭系统不容许物质通过边界，其物质量是恒定的，所以封闭系统又称为控制质量。如果热力学系统和外界不仅有能量交换而且有物质交换，则称之为开口系统。开口系统容许物质通过边界，它包含的质量可以是不恒定的，也可以是始终恒定的。虽然开口系统中的能量和质量都可以变化，但这种变化通常是在某一规定的空间范围内进行的，所以开口系统又称为控制容积。

对热力学系统进行研究，需要借助于热力学参数。热力学参数是表示热力学状态的参数，热力学系统的

第一章 热力学基础

1-1 基本概念

能量的传递和转换，是由物质状态变化引起的。 为了进行研究，首先要将研究的对象确定下来。这种确定的方法是人为规定的；所确定的研究对象的范围，可以是实际的，也可以是虚拟的，它不过是我们所要研究的一定量的物质或一定范围的空间，称之为热力学系统，简称系统。

热力学系统是人为划分出来的研究对象，它是人为规定边界内的物质的总和。在该热力系统以外的部分称为外界或环境，系统与外界之间的分界称为边界。边界可以是真实存在的，也可以是假想的；可以是移动的，也可以是固定的。

根据热力学系统和外界之间的能量和物质交换情况，可以将热力学系统分为不同的类型。热力学系统如果和外界只有能量交换而无物质交换，则称之为封闭系统。封闭系统不容许物质通过边界，其物质量是恒定的，所以封闭系统又称为控制质量。如果热力学系统和外界不仅有能量交换而且有物质交换，则称之为开口系统。开口系统容许物质通过边界，它包含的质量可以是不恒定的，也可以是始终恒定的。虽然开口系统中的能量和质量都可以变化，但这种变化通常是在某一规定的空间范围内进行的，所以开口系统又称为控制容积。

对热力学系统进行研究，需要借助于热力学参数。热力学参数是表示热力学状态的参数，热力学系统的

朱自强

第二章 流体的压力、体积、浓度关系：状态方程式

2-1 试分别用下述方法求出400℃、4.053MPa下甲烷气体的摩尔体积。（1） 理想气体方程；（2） RK方程；（3）PR方程；（4） 维里截断式（2-7）。其中B用Pitzer的普遍化关联法计算。

[解] （1） 根据理想气体状态方程，可求出甲烷气体在理想情况下的摩尔体积V

V

id

id

为

RTp

8.314 (400 273.15)

4.053 10

6

1.381 10

3

m mol

3 1

（2） 用RK方程求摩尔体积

将RK方程稍加变形，可写为

V

RTp b

a(V b)T

0.5

pV(V b)

（E1）

其中

a

0.42748RTc

pc

0.08664RTc

pc

2

2.5

b

从附表1查得甲烷的临界温度和压力分别为Tc=190.6K, pc =4.60MPa，将它们代入a, b表达式得

a

0.42748 8.314 190.6

4.60 10

62

2.5

3.2217m Pa mol K

6-20.5

b

0.08664 8.314 190.6

4.60 10

6

2.9846 10

5

m mol

3 1

以理想气体状态方程求得的V

V1

8.314 673.154.053 10

6

id

为初值，代入式（E1）中迭代求解，第一次

2-1.使用下述方法计算1kmol甲烷贮存在体积为0.1246m3、温度为50℃的容器中产生的压力：（1）理想气体方程；（2）R-K方程；（3）普遍化关系式。 解：甲烷的摩尔体积V=0.1246 m3/1kmol=124.6 cm3/mol

查附录二得甲烷的临界参数：Tc=190.6K Pc=4.600MPa Vc=99 cm3/mol ω=0.008 (1) 理想气体方程

P=RT/V=8.314×323.15/124.6×10-6=21.56MPa

(2) R-K方程

R2Tc2.5a?0.42748?Pcb?0.086642.58.314?190.260.42748?64.6?106Pa3.?2m22?K0.?5mol?

2RTc8.314?190.6?53?1 ?0.08664?2.985?10m?mol6Pc4.6?10∴P?RTa ?0.5V?bTV?V?b?8.314?323.153.222??12.46?2.985??10?5323.150.5?12.46?10?5?12.46?2.985??10?5

? =19.04MPa (3) 普遍化关系式

Tr?TTc?323.1519?0.6?Z

第二章

2-1.使用下述方法计算1kmol甲烷贮存在体积为0.1246m3、温度为50℃的容器中产生的压力：（1）理想气体方程；（2）R-K方程；（3）普遍化关系式。 解：甲烷的摩尔体积V=0.1246 m3/1kmol=124.6 cm3/mol

查附录二得甲烷的临界参数：Tc=190.6K Pc=4.600MPa Vc=99 cm3/mol ω=0.008 (1) 理想气体方程

P=RT/V=8.314×323.15/124.6×10-6=21.56MPa

(2) R-K方程

R2Tc2.5a?0.42748?Pcb?0.086642.58.314?190.260.42748?64.6?106Pa3.?2m22?K0.?5mol?

2RTc8.314?190.6?53?1?0.08664?2.985?10m?mol 6Pc4.6?10∴P?RTa?0.5

V?bTV?V?b?8.314?323.153.222??12.46?2.985??10?5323.150.5?12.46?10?5?12.46?2.985??10?5

? =19.04MPa (3) 普遍化关系式

Tr?TTc?323.1519?0

第一章 化学热力学基础

热力学是研究在物理、化学和生物过程伴 随的热和其它形成能量之间的转换关系，它包 含当体系变化时所引起的这些物理量的变化或 者反应。热力学基础 热力学第一定律、热力学第二定律及热力 学第三定律 上一内容 下一内容 回主目录

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2014-11-3

研究对象：宏观体系

化学热力学所研究的对象是宏观体系 对物质的微观性质不适用，对于物质的 内部结构，变化的速度以及进行的机理、 时间等问题热力学不涉及也无法解决。

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2014-11-3

主要内容

本章主要内容：1.热力学的基本概念2.热力学第一定律应用于理想气体

3.焓与化学反应热4.盖斯定律与Kirchhoff公式

5.热力学第二定律与熵6.熵增原理和熵变的计算 7.热力学第三定律 上一内容 下一内容 回主目录

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2014-11-3

热力学第一定律

几个基本概念 体系与环境 体系的分类 体系的性质 热力学平衡态 状态函数 状态方程 热和功 上一内容 下一内容 回主目录

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2014-11-3

基本概念体系与环境：被研究的对象称为体系(System) 与体系密切相关的部分称为环境(Surrounding)

体系与环境之间的界面 可以是实际存在

第一章 热力学基本概念

英文习题

1. Expressing temperature rise in different units

During a heating process, the temperature of a system rises by 10℃. Express this rise in temperature in K, ℉ and R.

2. Absolute pressure of a vacuum chamber

A vacuum gage connected to a chamber reads 5.8 psi at where the atmosphere pressure is 14.5 psi. Determine the pressure in the chamber.

location absolute

3. Measuring pressure with a manometer

A manometer is used to measure the pressure in a tank. The has a specific gravity of 0.85, and the manometer co