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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

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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

第二章自我测验题

1、写出热力学第一定律的一般表达式，闭口系热力学第一定律表达式。 2、写出稳定流动能量方程式，说明各项的意义。

3、下面所写的热力学第一定律表达式是否正确？若错了，请改正。

q＝du＋dw，

4、说明下列公式的适用条件：

，， ，

，，， ，

5、用稳流能量方程分析锅炉、汽轮机、压气机、汽凝器的能量转换特点，得出对其适用的简化能量方程。

6、稳定流动的定义是什么？满足什么条件才是稳定流动？稳定流动能量方程对不稳定流动是否适用？一般开口系能量方程式与稳定流动能量方程式的区别是什么

7、流动工质进入开口系带入的能量有______，推动切为______。工质流出开口系时带出的能量为________，推动功为______。

8、焓的定义式为_________，单位是________。

9、技术功Wt=________；可逆过程技术功Wt=________；技术功与膨胀功的关系为_________，在同一p-v图上表示出任意一可逆过程的W和Wt。

1O、若气缸中的气体进行膨胀由V1膨胀到V2，活塞外面是大气，大气压力为pO，问工质膨胀所作的功中有多少是对外作的有用功

11、如图所示已知工质从状态a沿路径a－c－b变化到状态b时，吸热84

第九章自我测验题

1、压气机按其工作原理可分为几种形式？其能量转换特点怎样？应用场合怎样？

2、在p-v图和T－s图上画出定熵、定温，n＝1.25的压缩过程，井分别用面积在两个图上表示出压气机的耗功。

3、考虑活塞式压气机的余隙容积的影响，压气机的耗功和产气量如何变化？

4、设有两台氮气压气机。它们的进、出口状态参数相同，但一台实施的是n＝1.6的可逆多变过程，另一台实施是不可逆绝热压缩过程。不通过计算，试利用T－s图说明哪一台压气机生产单位质量压缩气体耗功多？

5、理想的活塞式压气机吸入p1＝0.lMPa．t1＝20℃的空气1000立方米/h，并将其压缩到p2＝0.6MPa。设压缩为n=1,n=1.25,n=1.4的各种可逆过程，求理想压气机的耗功率及各过程中压气机的排气温度。

6、轴流式压气机每分钟吸入p1＝98kPa，t1＝20℃的空气200立方米，经绝热压缩到p2＝600kPa，该压气机的绝热效率为0.88，求压气机出口空气的温度及压气机所消耗的功率。 7、一压气机的增压比为6，进口空气的温度为17℃经绝热压缩至260℃。 （1）问该压气机压缩过程是否可逆？为什么？ （2）求压气机的耗功量及压气机效率。 （3）将此过程定性画在p-v图

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

这是化工热力学(第三版)的答案,是由陈新志,蔡振超,胡望明,钱超编著化工热力学是一门比较难学的课程其中含有很复杂的公式计算。希望这份课后习题的答案对复习期末考试的学子们能提供一点小小的帮助!!!欢迎下载

第1章 绪言

一、是否题

1. 封闭体系中有两个相 , 。在尚未达到平衡时， , 两个相都是均相敞开体系；

达到平衡时，则 , 两个相都等价于均相封闭体系。（对） 2. 理想气体的焓和热容仅是温度的函数。（对）

3. 封闭体系的1mol气体进行了某一过程，其体积总是变化着的，但是初态和终态的体积

T2

相等，初态和终态的温度分别为T1和T2，则该过程的 U CVdT；同样，对于初、

T1

T2

终态压力相等的过程有 H CPdT。（对。状态函数的变化仅决定于初、终态与途径

T1

无关。） 二、填空题

1.

2. 封闭体系中，温度是T的1mol理想气体从(Pi，Vi)等温可逆地膨胀到(Pf，Vf)，则所做的

以V表示)

(以P表示)。

3. 封闭体系中的1mol理想气体(已知CP)，按下列途径由T1、P1和V1可逆地变化至P2，则

P2 P2 igig

A 等容过程的 WQ=CPU= R 1TC R 1， P P 1 P T1， H=

1 1

ig

ig P2

CP

化工热力学课后答案

第1章 绪言

一、是否题

1. 封闭体系的体积为一常数。（错）

2. 封闭体系中有两个相?,?。在尚未达到平衡时，?,?两个相都是均相敞开体系；

达到平衡时，则?,?两个相都等价于均相封闭体系。（对）

3. 理想气体的焓和热容仅是温度的函数。（对） 4. 理想气体的熵和吉氏函数仅是温度的函数。（错。还与压力或摩尔体积有关。） 5. 封闭体系的1mol气体进行了某一过程，其体积总是变化着的，但是初态和终态的体积相

T2等，初态和终态的温度分别为T1和T2，则该过程的?U?CVdT；同样，对于初、终态

T1T2?压力相等的过程有?H?CPdT。（对。状态函数的变化仅决定于初、终态与途径无关。）

T1?二、填空题

1. 状态函数的特点是：状态函数的变化与途径无关，仅决定于初、终态 。

2. 封闭体系中，温度是T的1mol理想气体从(Pi，Vi)等温可逆地膨胀到(Pf，Vf)，则所做的

功为Wrev?RTlnViVf(以V表示)或Wrev?RTlnPfPi (以P表示)。

ig3. 封闭体系中的1mol理想气体(已知CP)，按下列途径由T1、P1和V1可逆地变化至P2，则

?????P2?ig?A 等容过程的 W= 0 ，Q=CP?

此文档为教材配套的课后习题答案

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

R2Tc2.5

a 0.427

Pc

b 0.08664

2.5

8.314 190.260.4 6

4.6 10

6

Pa3. 2m22 K0. 5mol

2

RTc8.314 190.6 53 1

0.08664 2.985 10m mol6

Pc4.6 10

∴P

RTa

0.5

V bTVV b8.314 323.153.222

12.46 2.985 10 5323.150.5 12.46 10 512.46 2.985 10 5

=19.04MPa (3) 普遍化关系式

Tr TTc 323.519 0.6

Z0 Z1

6 V1.