化工1203班熱力學試卷1

1、中南大學化工熱力學試卷2014-2015學年第一學期；時間100分鐘；化工熱力學 課程64學時3.5學分 考試形式：閉卷；專業(yè)年級：化工 12級、高工；總分100分，占總評成績70%一、填空題(每空一分，共25分)1：封閉系統(tǒng)的熱力學第一定律，穩(wěn)流系統(tǒng)的熱力學第一定律2:真實氣體混合物的非理想性由 和 致氣體純組分的非理想性混合引起的非理想性3:最大的熱機效率是 ， 是其中的一種，其效率的表達式為可逆熱機的效率卡諾熱機nc 冬=1 一衛(wèi)QHT H4:在制冷循環(huán)中，獲得低溫的方法通常是用高壓、常溫的流體進行絕熱膨脹來 實現的。絕熱膨脹有和節(jié)流膨脹作功膨脹5:熵產的原因是有序能量耗散為無序的熱能，

2、并被體系吸收6:熱力學一致性檢驗的主要原理是 ，其方法分為兩類，一類是，另一類是吉布斯-杜亥姆方程積分式的總包檢驗 對每一數據點進行校驗7. 初壓初溫相同的空氣，分別經過可逆等溫壓縮、多變壓縮、絕熱壓縮至相同壓力，功耗| 3 S|的大小順序是。絕熱壓縮多變壓縮等溫壓縮8. 某干度為 0.9853 的蒸汽在 0.01235MPa 50C下，hf=209.33 kJ/kg,h g=2592.1kJ/kg,則其h為。9.如圖，一熱機經過卡諾循環(huán) A-B-C-XA,其中Sabc=Si，Sabg=S2，則卡諾效率 為。S1/S29. 溫度差決定的趨向，壓力差決定勺趨向，化學位之差決定勺趨向。熱傳導；物體

3、運動；化學反應或物質在相間傳遞；10. 透平的作用是。將流體中的能量轉換為機械功11. 溶液的活度與和 關，活度系數丫可用來描述溶液非理想性，丫越大，非理想性 。溫度；壓力；越小12. 面d表示 ，y 表示理想溶液中組分i的摩爾自由焓；理想溶液中組分i的摩爾混合自由焓二、簡答(每題5分，共10分)1寫出穩(wěn)定流動系統(tǒng)熱力學第一定律的一般形式，并對流體流經泵和流經換熱器 的系統(tǒng)進行適當的簡化。答穩(wěn)定流動系統(tǒng)的熱力學第一定律表達式為： H+1/24 u2+gA z=Q+Ws(1)流體流經換熱器傳質設備：Ws=0另外，考慮動能項和勢能項與焙變之間的數量級差別，動能項和勢能項可以忽略，即1/2 A u2

4、0, gAz0因此，穩(wěn)流系統(tǒng)熱力學第一定律可化簡為：A H=Q流體流經泵、壓縮機、透平等設備，在數量級的角度上，動能項和勢能項不 能與焙變相比較，可以忽略，即 1/2 A u2 0，gA z0即A H=Q+Ws若這些設備 可視為與環(huán)境絕熱，或傳熱量與所做功的數值相比可忽略不計，那么進一步可化簡為：A H=Ws三、計算題(每題15分，共65分)1、 將一剛性容器抽空，在液氮的常沸點下裝到容積的一半， 然后關閉這個容器， 加熱到21C，試計算所產生的壓力。已知液氮的常沸點 KTb4.77,其摩爾體積在 常沸點時為 0.0347m3 kmol-1。Tc=126.2K,Pc=3.394Pa,=0.04

5、。解：加熱到T= 294.5K時，液氮汽化為氮氣N221C下 N2的摩爾體積：F-2x0.0347x10 1 -6_91xl0 rnoZ 1(1) 由R K方程計算：(2) 采用SRK方程計算Jr = = 2J3121 C代入下式：0-4274M32c2a(r)a =所以：叭由于高壓低溫，采用SRK方程計算，精度較高。但若過程結果正確，兩種方法都 正確。2、 某蒸汽動力裝置，進入蒸汽透平的蒸汽流量為1680kg h-1，溫度為430C, 壓力為3.727MPa蒸汽透平絕熱膨脹對外做功。產功后的乏汽分別為：(1) 0.1049MPa的飽和蒸汽；(h2=2680 kJ kg-1，S2=7.36 k

6、J kg-1 K-1)(2) 0.1047kPa、60C 的蒸汽。(ha=2620 kJ kg-1，sa=8.02 kJ kg-1 K-1) 試求此兩種情況下，蒸汽經透平的理想功與熱力學效率。已知大氣溫度為25C<(已知 3.727MPa 430C 時 h 1=3280kJ kg-1，S1=6.92kJ kg-1 K1解：(1) h1=3280kJ kg-1s 1=6.92kJ kg-1 K1-1-1-1h2=2680 kJ kg s 2=7.36 kJ kg KWid=m(hrh1)-mT°(S2-S1)=1680(2680-3280)-298 X (7.36-6.92)=-

7、1228x 103 kJ h-1絕熱：Q=0 Ws/ H=m( h2-h1) =-1008 x 103 kJ h-1(2) h3 =2620kJ kg*s3 =8.02kJ kg k*3、某二元溶液丄ewis-Randall規(guī)則標準態(tài)的超額 Gibbs自由能可由下式給出:式中：1為常數，兩純組元逸度分別為f1和f2，單位為Pa, Ge： J *moL,T:K,求：（1）以Lewis-Randall規(guī)則為標準態(tài)的活度系數1和2的表達式。（2）以Henry定律為標準態(tài)的活度系數1與2的表達式解: (1)由于 ln 1；(nGE/RT)i卻一 T,P,n故：對于二元混合物，可以使用二元截距公式計算活度系數 二元截距公式為：則：將ge/rt二収兇代入上式，整理得:由活度的定義:ln 1ln 22X22X1因此，以Lewis-Randall規(guī)則為標準態(tài)的活度系數1和2分別為:? = f 1X1 1 =1存，則X2f 2X2 2 二屮&12f 2X2e又由于亨利系數：匕向-Xi 0 xiK1卬為-乍一XIeXI同理可得：k?二f2e 則依據定義式：以Henry定律為標準的活度系數“與2的表達式為：4、寫出已知壓力（p）和液相組成（xi, X2，xn），求泡點溫度（T）及與 之相平衡的汽相組成（y畀2,., yn）的計算過程