礦大北京化工熱力學(xué)練習(xí)計(jì)算題

1、1、有一水泵每小時(shí)從水井抽出的水并泵入儲(chǔ)水槽中，水井深，儲(chǔ)水槽的水位離地面，水泵用功率為的電機(jī)驅(qū)動(dòng)，在泵送水過程中，只耗用該電機(jī)功率的45。儲(chǔ)水槽的進(jìn)、出水位的質(zhì)量流量完全相等，水槽內(nèi)的水位維持不變，從而確保水作穩(wěn)態(tài)流動(dòng)。在冬天，井水溫度為,為防止水槽輸出管路發(fā)生凍結(jié)現(xiàn)象，在水的輸入管路上安設(shè)一臺加熱器對水進(jìn)行加熱，使水溫保持在，試計(jì)算此加熱器所需凈輸入的熱量?！窘狻浚毫鲃?dòng)體系由水井、管路、泵、加熱器和儲(chǔ)水槽組成。計(jì)算基準(zhǔn)：以一小時(shí)操作記， 穩(wěn)流過程： 水熱容： 2、為遠(yuǎn)程輸送天然氣,采用壓縮液化法。若天然氣按甲烷計(jì)算，將天然氣自、27絕熱壓縮到,并經(jīng)冷凝器冷卻至27。已知壓縮機(jī)實(shí)際的功耗為,

2、冷卻水溫為27。試求冷凝器應(yīng)移走的熱量，壓縮、液化過程的理想功、損耗功與熱力學(xué)效率。已知甲烷的焓和熵值如下壓力溫度（）hs0.0980727953.17.0676.66727886.24.717甲烷:. 已知: 求： 壓縮.汽化過程 解：壓縮過程: 、(損耗功:或:)3、有一溫度為、流量為的熱水和另一股溫度為、流量為的水絕熱混合。試分別用熵分析和有效能分析計(jì)算混合過程的有效能損失。大氣溫度為。問此過程用哪個(gè)分析方法求有效能損失較簡便？為什么？解： 求得Q0 W30 H0熵分析法有效能分析法 4、乙醇（1）甲苯（2）二元系統(tǒng)的氣液平衡實(shí)驗(yàn)測得如下數(shù)據(jù)： K，kPa，。并已知318K純組元的飽和蒸

3、氣壓為kPa, kPa。設(shè)蒸氣相為理想氣體，求 （1）液體各組元的活度系數(shù)； （2）液相的和的值； （3）如果還知道混合熱，可近似用下式表示：試估算在333K，時(shí)液體混合物的值。解：（1）根據(jù) 得： （2）根據(jù) 得： 根據(jù) 得： （3）已知 據(jù) 得 （恒，） 將 ，代入上式得 5、在總壓101.3kPa及350.8K下，苯（1）與環(huán)己烷（2）形成的恒沸混合物。在此溫度下，純苯的蒸氣壓是99.40kPa，純環(huán)己烷的蒸氣壓是97.27kPa。（1）試用van Laar方程計(jì)算全濃度范圍內(nèi)，苯和環(huán)己烷的活度系數(shù)；（2）用Scatchard和Hildebrand方程計(jì)算苯和環(huán)己烷的活度系數(shù)，并和（1）

4、的結(jié)果比較。苯和環(huán)己烷的溶解度參數(shù)分別等于18.82和14.93,純組元摩爾體積可取以下數(shù)值：，；（3）計(jì)算350.8K時(shí)與的液體混合物平衡的蒸氣組成。解：（1）van Laar方程 ， 式中和由恒沸點(diǎn)的數(shù)據(jù)求得。 在恒沸點(diǎn)， 則， 全濃度范圍內(nèi)，苯和環(huán)己烷的活度系數(shù)為（2）Statchard和Hildebrand方程 ， ， ， 在恒沸點(diǎn)， 活度系數(shù)比（1）中計(jì)算偏大。（3）當(dāng)時(shí)， 用van Laar方程： 用Scatchard和Hildebrand方程： 6、在一定溫度和壓力下，某二元液體混合物的活度系數(shù)如用下式表示式中，和是溫度和壓力的函數(shù)。試問，這二個(gè)公式在熱力學(xué)上是否正確？為什么？解

5、：兩個(gè)公式在熱力學(xué)上若正確，須滿足恒、的方程，即 （） 這兩個(gè)公式在熱力學(xué)上不正確。7、在303K、105Pa下，苯（1）和環(huán)己烷（2）的液體混合物的摩爾體積和苯的摩爾分?jǐn)?shù)的關(guān)系如下：試導(dǎo)出和和的表達(dá)式。解：根據(jù)摩爾性質(zhì)與偏摩爾性質(zhì)間的關(guān)系，即 已知 得 將及代入和的表達(dá)式中 得 （A） （B） 由式（A） 當(dāng)時(shí)，得 由式（B） 當(dāng)時(shí)，得 根據(jù) 則 8、采用氟利昂12（R-12）作制冷劑的蒸汽壓縮制冷裝置，為了進(jìn)行房屋取暖，將此制冷裝置改用熱泵，已知蒸發(fā)溫度為15，冷凝器溫度為50，冷凝器向房屋排放8.4×104 kJ·h-1的熱量，進(jìn)入壓縮機(jī)為飽和蒸汽，壓縮機(jī)作絕熱膨脹，

6、壓縮后溫度為60，進(jìn)入冷凝器被冷凝成飽和液體后進(jìn)行節(jié)流閥。假定壓縮后R-12的過熱蒸汽可看作理想氣體，其蒸氣比熱為定值，=0.684 kJ·kg-1·h-1，試求：（1）進(jìn)入蒸發(fā)器的R-12的干度；（2）此熱泵所消耗的功率；（3）如采用電爐直接供給相同的熱量，電爐的功率為多少？解：該過程的T-s圖如圖7-30題圖1所示。由附錄10先確定各狀態(tài)點(diǎn)的熱力學(xué)參數(shù)狀態(tài)點(diǎn)1：， ，狀態(tài)點(diǎn)2：，狀態(tài)點(diǎn)3：，假定壓縮后過熱蒸汽為理想氣體，為定值。7-30題圖1 。，因此為不可逆絕熱壓縮。（1）以單位質(zhì)量為基準(zhǔn)計(jì)算, 進(jìn)入蒸發(fā)器的干度為(2) 此泵所消耗的功率制冷劑的循環(huán)量熱泵所消耗的功率

7、 （3）電爐的功率為：=R-12的有關(guān)熱力學(xué)參數(shù)溫度/飽和壓力/kPa1549150.1193.80.19150.690250121984.9206.50.30370.67979、有人設(shè)計(jì)了一套裝置用來降低室溫。所用工質(zhì)為水，工質(zhì)噴入蒸發(fā)器內(nèi)部分汽化，其余變?yōu)?的冷水，被送到使用地點(diǎn)，吸熱升溫后以13的溫度回到蒸發(fā)器，蒸發(fā)器中所形成的干度為98%的蒸氣被離心式壓氣機(jī)送往冷凝器中，在32的溫度下凝結(jié)為水。為使此設(shè)備每分鐘制成750kg的冷水，求（1） 蒸發(fā)器和冷凝器中的壓力；（2） 制冷量（kJ/h）；（3） 冷水循環(huán)所需的補(bǔ)充量；（4） 每分鐘進(jìn)入壓氣機(jī)的蒸氣體積。解：（1） 從飽和水和飽和蒸

8、氣表(附錄5)查得：蒸發(fā)器內(nèi)5水的飽和蒸氣壓p1=0.00872×105Pa，冷凝器的溫度為32水的飽和壓力p2=0.0468×105Pa （2） 本裝置依靠5的冷水從室內(nèi)吸熱，從而升溫至13來降低室溫，故本裝置的制冷量為 Q0=m2（h5h6）=m2CP（T5T6） =750×4.184×（135） =25104（kJ/min）=1506240kJ/h（3） 對蒸發(fā)器作質(zhì)量衡算m1=m3m2 （1）對蒸發(fā)器再作能量衡算m1h5=m3h1m2h6 （2）聯(lián)立方程（1）和（2）求得m3，即為冷水循環(huán)所需的補(bǔ)充量從飽和水和飽和蒸氣表查得h1（t=5，x=0.

9、98）=2460kJ/kg，h5（t=13的飽和水）=54.（kJ/kg）因此m3=10.48（kg/min）（4） 從飽和水和飽和蒸氣表查得：5時(shí)的飽和蒸氣比容g=147.12m3/kg；5時(shí)飽和水的比容f=0.001m3/kg，則干度為0.98的蒸氣比容 =gxf（1x）=147.12×0.980.001×（10.98）=144.18（m3/kg）最后得到每分鐘進(jìn)入壓氣機(jī)的蒸氣體積為 V=m3=10.48×144.18=1511（m3/min）10、在25時(shí)，某氣體的P-V-T可表達(dá)為PV=RT+6.4×104P，在25，30MPa時(shí)將該氣體進(jìn)行節(jié)流

10、膨脹，向膨脹后氣體的溫度上升還是下降？解；判斷節(jié)流膨脹的溫度變化，依據(jù)Joule-Thomson效應(yīng)系數(shù)J，即公式（7-6）。 由熱力學(xué)基本關(guān)系式可得到： （7-6） 由P-V-T關(guān)系式可得求偏導(dǎo)得 ，故有可見，節(jié)流膨脹后，溫度升高。11、在一定T、p下，二元混合物的焓為 其中，a=15000，b=20000，c = - 20000 單位均為，求(1) 組分1與組分2在純態(tài)時(shí)的焓值、；(2) 組分1與組分2在溶液中的偏摩爾焓、和無限稀釋時(shí)的偏摩爾焓、。解：（1）（2）按截距法公式計(jì)算組分1與組分2的偏摩爾焓，先求導(dǎo)： 將代入到偏摩爾焓計(jì)算公式中，得無限稀釋時(shí)的偏摩爾焓、為：12、液態(tài)氬（1）-甲烷（2）系統(tǒng)的超額Gibbs自由能函數(shù)表達(dá)式為其中系數(shù)A、B 如下T/KAB109.00.3036-0.0169112.00.29440.0118115.740.28040.0546試計(jì)算等摩爾混合物的(1) 112.0K的兩組分的活度系數(shù)，并描述的關(guān)系；(2) 混合熱；(3) 超額熵；(4) 及時(shí)，和的極限值。解：（1）同樣得（2）取（c）13、設(shè)已知乙醇（1）-甲苯（2）二元系統(tǒng)在某一氣液平衡狀態(tài)下的實(shí)測數(shù)據(jù)為t