化工過(guò)程的能量分析

1、精選文檔第5章 化工過(guò)程的能量分析一、是否題1系統(tǒng)熵增加的過(guò)程必為不行逆過(guò)程。錯(cuò)2絕熱過(guò)程必是定熵過(guò)程。錯(cuò)3. 熱溫熵即過(guò)程的熵變。錯(cuò)。過(guò)程熵變的定義為，即可逆過(guò)程的熱溫商才是熵變。4對(duì)一個(gè)絕熱不行逆過(guò)程，是否可以設(shè)計(jì)一個(gè)絕熱可逆過(guò)程來(lái)計(jì)算其熵變化？否。絕熱不行逆過(guò)程是自發(fā)過(guò)程，而絕熱可逆過(guò)程是平衡過(guò)程，兩者不能替代。但是對(duì)一個(gè)不行逆過(guò)程的熵變，可以設(shè)計(jì)一系列可逆過(guò)程來(lái)計(jì)算有相同初、終態(tài)的過(guò)程熵變。5. 不行逆過(guò)程肯定是自發(fā)的，自發(fā)過(guò)程肯定是不行逆的。 否。自發(fā)過(guò)程肯定是不行逆的，但不行逆過(guò)程不肯定是自發(fā)的。例如：抱負(fù)氣體的等外壓壓縮就不是自發(fā)過(guò)程，但是不行逆過(guò)程。 6. 功可以全部轉(zhuǎn)變成熱，

2、但熱肯定不能全部轉(zhuǎn)化為功。否。功可以自發(fā)地全部變?yōu)闊?，熱也可以全部轉(zhuǎn)化為功，但肯定會(huì)引起其他變化。例如，抱負(fù)氣體等溫膨脹是T=0；U=0，Q=W，熱全部轉(zhuǎn)化為功，但系統(tǒng)的體積變大了，壓力變小了。7. 無(wú)論流體的溫度高于或低于環(huán)境溫度，其有效能均為正對(duì)。依據(jù)熱力學(xué)原理，一切不平衡狀態(tài)均走向平衡，可以作功。因此全部偏離環(huán)境溫度的狀態(tài)應(yīng)具有正的有效能。二、選擇題1抱負(fù)氣體流過(guò)節(jié)流閥，其參數(shù)變化為 。A T 0, S 0 B T 0, S 0 C T 0, S 0 D T 0, S 0 (B)。系統(tǒng)工質(zhì)經(jīng)受一個(gè)可逆定溫過(guò)程，由于溫度沒(méi)有變化，故該系統(tǒng)不能與外界交換能量。2（1）孤立體系的熵永久增加。

3、（2）在絕熱的條件下，趨向平衡的過(guò)程中，體系的熵增加。 （3）孤立體系的熵永不削減。 （4）可用體系的熵函數(shù)的增加或不變來(lái)推斷過(guò)程是否可逆。上述表述中全部錯(cuò)誤的是 A (1) (4) B (2) (4) C (2) (3) D (1) (2)A。 (1) 孤立體系的自發(fā)過(guò)程向著熵值增大的方向進(jìn)行，直到體系的熵具有極大值（dS = 0）時(shí)達(dá)到平衡態(tài)。(4) 熵增原理必需在孤立體系或絕熱體系中應(yīng)用。 3在HgZ0.5u2=Q+Ws中，假如u的單位用m/s,則H的單位為:A J/s B kJ/kg C J/kg D kJ/g( C ) 三、計(jì)算題1. 試確定1kmol的蒸氣（1470kPa，過(guò)熱到5

4、38，環(huán)境溫度t0=16）在流淌過(guò)程中可能得到的最大功。 解：這是求算1kmol的蒸氣由始態(tài)（538，1470kPa）變化到終態(tài)（16，101.32kPa）的液體水時(shí)所得到的最大功。 由過(guò)熱水蒸氣表查得初始態(tài)時(shí)的焓與熵分別為H1=3543.34kJ/kg， S1=7.6584kJ/（kg·K）由飽和水蒸氣表可查得終態(tài)時(shí)水的焓與熵分別為 H2=67.18kJ/kg， S2=0.2389kJ/（kg·K）所以過(guò)程的焓變和熵變分別為H =M（H2H1）=18.02（67.183543.34）=62640.33（kJ/kmol）S=M（S2S1）=18.02（0.23897.658

5、4）=133.6994（kJ/（kkmol·K）若抱負(fù)功為所能供應(yīng)的最大有用功，則Wid=HT0S=62640.33（16273.15）（133.6994） =2.398×104（kJ/kmol）2. 1kg的水在100kPa的恒壓下從20加熱到沸點(diǎn)，并且在此溫度下完全蒸發(fā)，假如環(huán)境溫度為20，試問(wèn)加給水的熱量中最大有多少可轉(zhuǎn)變成功量。 解：100kPa壓力下水的沸點(diǎn)約為100，有水蒸氣表查得H1=2676.1kJ/kg， S1=7.3549kJ/（kg·K）在環(huán)境溫度（T0=t0273.15=293.15K）下，100kPa壓力下水的焓和熵為 H0=83.96k

6、J/kg， S0=0.2966 kJ/（kg·K）所以加給水的熱量為 Qp=H=H1H0=2676.183.96=2592.1（kJ/kg）100kPa壓力下水蒸氣轉(zhuǎn)化為20的水所能產(chǎn)生的最大功為 Wid=HT0S =2592. 1293.15（0.29667.3549）=523.0（kJ/kg）加給水的熱量中最大可能轉(zhuǎn)變成功量部分所占的百分?jǐn)?shù)為 3.確定冷卻45kmol/min的空氣，從初始溫度305K降低到278K所需的最小功率Nmin，環(huán)境溫度305K。已知空氣的比熱容為29.3kJ/（kmol·K）。 解：在冷卻過(guò)程中，空氣的焓變和熵變分別為過(guò)程所需的最小功為Wid

7、=H T0S=791.1305（2.7158）=37.2（kJ/kmol）所以這一冷卻過(guò)程所需的最小功率為Nid=nWid=45×37.2=1674.0（kJ/min）=27.9kW4. 在一個(gè)往復(fù)式壓氣機(jī)的試驗(yàn)中，環(huán)境空氣從100kPa及5壓縮到1000kPa，壓縮機(jī)的氣缸用水冷卻。在此特殊試驗(yàn)中，水通過(guò)冷卻夾套，其流率為100kg/kmol（空氣）。冷卻水入口溫度為5，出口溫度為16，空氣離開(kāi)壓縮機(jī)時(shí)的溫度為145。假設(shè)全部對(duì)環(huán)境的傳熱均可忽視。試計(jì)算實(shí)際供應(yīng)壓氣機(jī)的功和該過(guò)程的抱負(fù)功的比值。假設(shè)空氣為抱負(fù)氣體，其摩爾定壓熱容CP=29.3kJ/（kmol·K）。 解：

8、以被壓縮的空氣為系統(tǒng)，以1kmol空氣作為基準(zhǔn)。假設(shè)空氣為抱負(fù)氣體，在此過(guò)程中空氣放出的熱量為Q=WWCP，W（touttin）式中WW為冷卻水的流率；CP,W為水的熱容，取值為4.18kJ/（kg·K），tout和tin分別為冷卻水的出、入口溫度。所以Q=100×4.18（165）=4.598×103（kJ/kmol）壓縮過(guò)程中空氣的焓變?yōu)?若忽視此壓縮過(guò)程中動(dòng)能和勢(shì)能的變化，則所需的功為WS=Q =4.102×1034.598×103=8.700×103（kJ/kmol）過(guò)程的熵變可以按下式計(jì)算所以壓縮過(guò)程的抱負(fù)功為Wid=HT0

9、S=4.102×103278.15（7.199）=6.104×103（kJ/kmol）因此實(shí)際供應(yīng)壓氣機(jī)的功與該過(guò)程的抱負(fù)功的比值為 WS/Wid=8700/6104=1.4255. 水與高溫燃?xì)膺M(jìn)行熱交換轉(zhuǎn)變成260的恒溫蒸氣，在此過(guò)程中，燃?xì)鉁囟扔?375降到315，已知環(huán)境溫度為27。試確定1kg氣體由于熱交換過(guò)程，其有效能的降低值，設(shè)氣體的比熱容為1kJ/（kg·K）。 解：若忽視在進(jìn)行熱交換過(guò)程中燃?xì)鈩?dòng)能和位能的變化，則有效能的降低可表示為B=B2B1（H2T0S2）（H1T0S1）將上式整理可得B=（H2H1）T0（S2S1）其中 T027273.15

10、300.15（K） H2H1CP（T2T1）1060.00kJ/kg S2S1因此該過(guò)程有效能的降低為B1060.00300.15（1.030）750.72（kJ/kg）6. 假如空氣絕熱節(jié)流膨脹，從2100kPa降到100kPa不做任何功。若傳熱以及位能和動(dòng)能變化均可忽視，試提出一些假設(shè)，確定此過(guò)程所產(chǎn)生的功損失。 解：假設(shè)環(huán)境溫度T025273.15298.15（K），并假定空氣為抱負(fù)氣體。絕熱節(jié)流膨脹，Q0，H0，T0，所以過(guò)程的熵變?yōu)镾Rln（p2/p1）8.314ln（100/2100）25.312（kJ/（kmol·K） 若忽視傳熱以及位能和動(dòng)能的變化，此過(guò)程所產(chǎn)生的功損

11、失為 WLT0SQ298.15×25.31207.547×104（kJ/kmol）7. 一冷凍機(jī)連續(xù)冷卻一鹽水溶液，使其溫度有21降低到7，熱被排到溫度為27的大氣中。確定冷凍機(jī)所需確定最小功率，假如每小時(shí)冷卻25m3鹽水，必需放給大氣多少熱量？鹽水的數(shù)據(jù)為：CP3.5kJ/（kg·K），1150kg/m3。 解：在鹽水冷卻過(guò)程中，其始態(tài)溫度為T(mén)121273.15294.15（K），終態(tài)溫度為T(mén)27273.15266.15（K），環(huán)境溫度T027273.15300.15（K），鹽水的焓變?yōu)辂}水的熵變?yōu)槔鋮s鹽水所需的最小功為 WidH T0S98.00300.15（

12、0.350）7.052（kJ/kg）單位時(shí)間內(nèi)冷卻的鹽水量為mVS25×115028750（kg/h）7.986kg/s于是冷凍機(jī)所需的最小功率為 NminmWid7.986×7.05256.32（kW）放到大氣中的熱量為 Qm（HWid）28750（98.007.052）3.020×106（kJ/h）8. 如果一含有30%（摩爾分?jǐn)?shù)）氨的混合物在一平衡狀態(tài)下蒸發(fā)，保持恒溫38，壓力100kPa，環(huán)境溫度為16，試計(jì)算最小功Wmin。 解：環(huán)境溫度為T(mén)016273.15=289.15K，設(shè)溫度T=38273.15=311.15K，壓力為100kPa的純?nèi)軇┖图円簯B(tài)

13、氨的有效能為零，則蒸發(fā)前后混合物的有效能為Bm=HmT0Sm （1）若忽視混合熱和超額熵，即 Hm=HE=0 （2） Sm=R（x1lnx1x2lnx2） （3）這樣，氨的混合物的有效能為 Bm=RT0（x1lnx1x2lnx2）=1.4685×103J/mol （4）由于設(shè)311.15K，壓力為100kPa的純?nèi)軇┖图円簯B(tài)氨的有效能為零，所以蒸發(fā)后溶劑的有效能B1=0，氨在311.15K，100kPa下的氣態(tài)，其有效能為B2=（）T0（） （5）但在311.15K，100kPa下不行能存在液態(tài)的氨。若忽視壓力對(duì)液態(tài)氨的性質(zhì)的影響，則可用311.15K時(shí)飽和液體氨的焓與熵代替，即由式

14、（5）得B2=（）T0（） （6）由飽和氨的性質(zhì)表13可查得311.15K時(shí)飽和液體氨的焓與熵為 =1141.4kJ/kg=19403.8J/mol=6.304kJ/（kg·K）=107.2J/（mol·K）由氣態(tài)氨不同溫度壓力下的性質(zhì)表12可查得311.15K，100kPa時(shí) =2332.4kJ/kg=39650.8J/mol=11.382kJ/（kg·K）=193.5J/（mol·K）將各數(shù)據(jù)代入式（6）便可得氨氣的有效能為 B2=（39650.819403.8）289.15（193.15107.2）=4706.6（J/mol）所以蒸發(fā)過(guò)程的最小分別

15、功為Wmin=B=x1B1x2B2Bm0.3（4706.6）（1468.5）=56.5（J/mol）9. 將含有氧氣和氮?dú)飧?0%（摩爾分?jǐn)?shù)）的混合氣體于4Mpa和298.15K下連續(xù)地分別為同溫度和同壓力下的氣體產(chǎn)品，氧氣產(chǎn)品中含氣為10%（摩爾分?jǐn)?shù)），氧氣的回收率為90%，試計(jì)算此過(guò)程所需的最小分別功。 解：由題中所給條件，知原料中氧氣的摩爾分?jǐn)?shù)為=0.5；氧氣產(chǎn)品中氧氣的含量為=0.9，氮?dú)獾暮繛?0.1；氮?dú)猱a(chǎn)品中氧氣的含量為=0.1，氮?dú)獾暮繛?0.9。由物料衡算知，由1mol原料可分別為0.5mol 的氧氣產(chǎn)品和0.5mol的氮?dú)猱a(chǎn)品。方法一：以4Mpa和298.15K條件下的

16、純氧氣和純氮?dú)鉃榛鶞?zhǔn)計(jì)算有效能，依據(jù)有效能差得到最小分別功。進(jìn)料的有效能為 Bf=（HfH0）T0（SfS0）其中Hf=（H1H2H）H0= H1H2Sf=R（lnln）SES0=設(shè)原料及產(chǎn)品為抱負(fù)混合物，即H=0，SE=0，于是原料的有效能變?yōu)?Bf=RT0（lnln）=1718.19J/mol同樣可得出氧氣產(chǎn)品和氮?dú)猱a(chǎn)品的有效能分別為 Ba=RT0（）=805.82J/mol Bb=RT0（）=805.82J/mol這樣對(duì)于1mol的氧氣與氮?dú)獾幕旌衔锼璧淖钚》謩e功為 Wmin=B=aBabBbfBf=912.37J/mol方法二：完成氣體分別過(guò)程所消耗的最小功，就是壓縮氣體時(shí)所消耗的等

17、溫可逆壓縮功。壓縮氧氣和氮?dú)猱a(chǎn)品中的氧氣時(shí)的等溫可逆壓縮功分別為 Wa1=0.5RT0ln（/）655.66J/mol Wb10.5RT0ln（/）199.48J/mol壓縮兩種產(chǎn)品中的氮?dú)馑璧牡葴乜赡鎵嚎s功分別為Wa20.5RT0ln（/）199.48J/molWb20.5RT0ln（/）655.66J/mol所以該分別過(guò)程所需的最小分別功為 WminWa1Wa2Wb1Wb2912.36J/mol10. 兩股熱水在絕熱條件下相混合，其中一股水的溫度為353.15K，流量為25kg/s；另一股水的溫度為313.15K，流量為30kg/s。以知環(huán)境溫度為298.15K，試計(jì)算這一混合過(guò)程有效能

18、的降低。 解：設(shè)溫度為353.15K的水的流量用a表示，下標(biāo)a表示其性質(zhì)；用小標(biāo)b表示溫度為313.15K的水的性質(zhì)，b表示其流量；下標(biāo)m表示混合后水流的性質(zhì)，m表示混合后水的流量。由飽和水和飽和水蒸汽表可查得兩股水的焓和熵為 Ha=334.91kJ/kg， Sa=1.0753kJ/（kg·K） Hb=167.57kJ/kg， Sb=0.5725kJ/（kg·K）由此可計(jì)算出混合前兩股水的有效能函數(shù)為 Ba=HaT0Sa=334.91298.15×1.0753=14.309（kJ/kg） Bb=HbT0Sb=167.57298.15×0.57253.12

19、1（kJ/kg）由于混合過(guò)程是在絕熱條件下進(jìn)行的，其焓平衡方程為 aHabHb=mHm所以混合后水流的焓為 Hm=243.63（kJ/kg）依據(jù)Hm的值由飽和水和飽和水蒸汽表可查得混合后水流的溫度為331.36K，進(jìn)而可查得混合后水流的熵為Sm=0.8085kJ/（kg·K），這樣混合后水流的有效能函數(shù)為 Bm=HmT0Sm=243.63298.15×0.8085=2.576（kJ/kg）于是這一混合過(guò)程的有效能降低為 B=mBmaBabBb=55×2.57625×14.30930（3.121）122.42（kJ/s）11. 壓力為1500kPa，溫度為

20、673.15K的水蒸汽通過(guò)如圖6-2所示的噴管膨脹到100kPa，其噴管效率為90%，環(huán)境溫度為298.15K，試計(jì)算水蒸汽通過(guò)噴管膨脹后有效能降低的百分?jǐn)?shù)（相對(duì)于初態(tài)）。 解：如圖所示，在T-S圖上水蒸汽在通過(guò)噴管錢(qián)在點(diǎn)1處，通過(guò)噴管后由于噴管效率不是100%而到達(dá)終態(tài)2；假如是完全絕熱(的噴管效率為100%)，則應(yīng)沿等熵線到達(dá)a點(diǎn)。所以對(duì)于噴管效率為90%的膨脹過(guò)程，我們可設(shè)它先經(jīng)過(guò)絕熱膨脹到a，然后由a等壓膨脹到2。在初態(tài)1時(shí)，由過(guò)熱水蒸汽表查得H1=3255.8kJ/kg， S1=7.2690kJ/（kg·K）若忽視初態(tài)1時(shí)的流速，則其有效能函數(shù)為B1=H1T0S1=3255

21、.8298.15×7.2690=1088.6（kJ/kg） （1）由狀態(tài)1到狀態(tài)a是完全可逆絕熱過(guò)程，所以Sa=S1=7.2690kJ/（kg·K）由Sa的數(shù)值知道在100kPa時(shí)，狀態(tài)a為飽和水和飽和蒸汽的混合物，由飽和水和飽和蒸汽表查得100kPa時(shí)Hf=417.46kJ/kg， Sf=1.3026kJ/（kg·K）Hg=2675.5kJ/kg， Sg=7.3594kJ/（kg·K）設(shè)狀態(tài)a的汽液混合物中含液體水的摩爾分?jǐn)?shù)為xw，則有Sa=SfxwSg（1xw） （2）由式（2）得 xw=所以狀態(tài)a的焓值為Ha=Hfxw（1xw）Hg=417.46&

22、#215;0.0149（10.0149）×2675.5=2641.8（kJ/kg）對(duì)于穩(wěn)定流淌過(guò)程，在沒(méi)有軸功和位能變化時(shí)，其能量方程為 H2H1（）/2g=0 （3）HaH1（）/2g=0 （4）忽視初態(tài)1時(shí)過(guò)熱水蒸汽的流速，即u1=0，結(jié)合噴管效率的定義，由式（3）和式（4）可得（H2H1）/（HaH1）= （5）于是終態(tài)2的焓值為 H2=（HaH1）H1=0.9（2641.83255.8）3255.8=2703.2（kJ/kg）依據(jù)H2的數(shù)值由過(guò)熱水蒸汽表可查得 T2 386.52K， S2 7.4318kJ/（kg·K）由式（3）可以得到 （6）所以狀態(tài)2時(shí)水蒸汽的

23、有效能函數(shù)為 B2=H2T0S2=H1T0S2 （7）由式（1）和式（7）可以得到有效能的降低為B=B2B1=T0（S1S2）=298.15（7.26907.4318）48.54（kJ/kg）相對(duì)于初態(tài)，有效能降低的百分率為 12. 溫度為393.15K的水（流量為2×105kg/h）在絕熱的條件下，通過(guò)過(guò)熱蒸汽降溫器與溫度為573.15K，壓力為700kPa的過(guò)熱水蒸汽（流量為5×105kg/h）相混合。選擇基準(zhǔn)態(tài)溫度為288K，試計(jì)算相對(duì)于初態(tài)有效能降低的百分率。 解：設(shè)393.15K時(shí)水的性質(zhì)用下標(biāo)a表示，573.15K時(shí)過(guò)熱水蒸汽的性質(zhì)用小標(biāo)b表示，混合后的性質(zhì)用小

24、標(biāo)m表示。由飽和水、飽和水蒸汽表及過(guò)熱水蒸汽表可查得 Ha503.71kJ/kg， Sa1.5276kJ/（kg·K） Hb3059.0kJ/kg， Sb7.2965kJ/（kg·K）若過(guò)熱蒸汽降溫器中的混合是絕熱的，則 Hm2328.9（kJ/kg）依據(jù)Hm的數(shù)值可知混合后降溫器中是壓力為700kPa的液體水和蒸汽的混合物，此時(shí)由飽和水和飽和水蒸汽表查得水及蒸汽的焓與熵分別為Hf697.21kJ/kg， Sf1.9922kJ/（kg·K） Hg2763.5kJ/kg， Sg6.7080kJ/（kg·K）在水和蒸汽混合物中，水的摩爾分?jǐn)?shù)xw為 混合后濕蒸

25、汽的熵為SmxwSf（1xw）Sg 0.2103×1.9922（10.2103）×6.70805.7163（kJ/（kg·K）于是混合前水和過(guò)熱水蒸汽的有效能函數(shù)分別為 BaHaT0Sa503.71288×1.527663.76（kJ/kg） BbHbT0Sb3059.0288×7.2965957.61（kJ/kg）這樣混合前總的有效能為 B1t=aBabBb=2×105×63.765×105×957.614.9156×108（kJ/h）混合后水和蒸汽混合物的有效能函數(shù)為Bm=HmT0Sm=23

26、28.9288×5.7163=682.60（kJ/kg）因此這一過(guò)程的總的有效能的降低為Bt=mBmB1t=（2+5）×105×682.604.9156×1081.374×107（kJ/h）有效能相對(duì)于初態(tài)時(shí)降低的百分率為 13某工廠一工段需要流量為10 m3·h-1，溫度為80的熱水?，F(xiàn)有0.3MPa的飽和水蒸汽和30的循環(huán)回水可供調(diào)用。請(qǐng)你設(shè)計(jì)一個(gè)熱水槽，進(jìn)入該槽的蒸汽和冷水各為多少流率？相應(yīng)的蒸汽管和冷水管尺寸如何？ 解：這是一個(gè)穩(wěn)定流淌系統(tǒng)，動(dòng)能及勢(shì)能不是很突出，可以忽視不計(jì)。若忽視混合時(shí)的熱量損失，而混合過(guò)程無(wú)機(jī)械軸功產(chǎn)生，

27、即Q=0，Ws=0。 穩(wěn)流系統(tǒng)熱力學(xué)第肯定律，H=Q Ws=0，即進(jìn)出焓相等 冷水的熱力學(xué)性質(zhì)：30，近似為飽和液體，H冷水=125.79 kJ·kg-1，比容1.0043l*10-3m3·kg-1飽和蒸汽的熱力學(xué)性質(zhì)：0.3MPa，飽和溫度為133.55，H蒸汽=2725.3 kJ·kg-1，比容 60610-3 m3·kg-1熱水的熱力學(xué)性質(zhì)：80，近似為飽和液體，H熱水=334.91 kJ·kg-1 比容為 設(shè)冷水的流量為m水，蒸汽的質(zhì)量流量為m汽。 熱水流量為 則 解得 查閱“化工工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)”，可知：一般工業(yè)用水在管中的流速要求在1.

28、0m/s左右，低壓蒸汽流速為20m/s左右。 則 即 式中A為管道截面積，D為管徑，U為流速，V為比容。 冷水管徑 依據(jù)管道規(guī)格尺寸，選取DN50的冷水管道。蒸汽管徑 選取DN100的蒸汽管道。14用液體輸送泵，將溫度為25的水，從0.1Mpa加壓到1.0Mpa，進(jìn)入鍋爐去產(chǎn)生蒸汽，假設(shè)加壓過(guò)程是絕熱的，泵的實(shí)際效率相當(dāng)于絕熱可逆過(guò)程效率的0.6，求需要的功為多少？ 解：按題意，穩(wěn)流過(guò)程中Q=0，忽視動(dòng)能和勢(shì)能的影響，H=-Ws 由熱力學(xué)基本關(guān)系式可知，dH=TdS+VdP對(duì)絕熱可逆過(guò)程，即等熵過(guò)程，dS=0 ，水可近似為不行壓縮液體，實(shí)際功率 15.試求將1kg，0.6MPa的空氣，按如下條

29、件變化時(shí)的熱量變化，以及有效能變化。取環(huán)境溫度為25（298K）。（1）等壓下由-38加熱至30；（2）等壓下由30冷卻至-170。解：由空氣的TS圖可查得0.6MPa下各溫度狀態(tài)的焓及熵值如下： -38（235K），H1=11620 J·mol-1 S1=104 J·mol-1·K-1 30（303K），H2=13660 J·mol-1 S2=111 J·mol-1·K-1 -170（103K），H3=7440 J·mol-1 S3=77 J·mol-1·K-1 （1）等壓加熱熱量 有效能變化 （2）等

30、壓冷卻熱量 有效能變化 16. 試求1kmol，300K的空氣，由0.1MPa等溫可逆壓縮到10MPa的軸功和抱負(fù)功。環(huán)境溫度取T0為298K。解：由空氣的TS圖可查得，在300K下，各壓力狀態(tài)下的焓值和熵值如下： 0.1MPa，H1=13577 kJ·kmol-1 S1=126 kJ·kmol-1·K-1 10MPa，H2=1300 kJ·kmol-1 S2=87 kJ·kmol-1·K-1 穩(wěn)流系統(tǒng) H=QWS 可逆過(guò)程 WS=QrevH 其中可逆熱Qrev=TS=T（S2S1）=300×（87126）=-11700 k

31、J·kmol-1所以 抱負(fù)功 計(jì)算結(jié)果表明，等溫下將空氣從0.1MPa壓縮至10MPa時(shí)，其消耗的抱負(fù)功比可逆軸功要少一些，這是由于壓縮時(shí)放出的熱量可逆地傳遞給環(huán)境，環(huán)境獲到了部分功，消耗的功最少。17. 試比較如下幾種水蒸汽，水和冰的有效能大小。設(shè)環(huán)境溫度為298K。 0.15MPa，160，過(guò)熱蒸汽； 0.3MPa， 160，過(guò)熱蒸汽； 0.07MPa，100，過(guò)冷蒸汽； 100，飽和蒸汽； 0.1MPa，100，飽和水； 0.1MPa，0，冰。 解：由水和水蒸汽性質(zhì)表可查得各狀態(tài)點(diǎn)的焓和熵值，設(shè)298K，液態(tài)水為基準(zhǔn)態(tài)，有效能為另。 依據(jù)有效能計(jì)算式： 計(jì)算結(jié)果見(jiàn)下表所列。序號(hào)

32、t,P,MPaH,kJ·kg-1S,kJ·kg-1·K-1B,kJ·kg-10250.1104.890.3674011600.152792.87.4665572.421600.32782.37.1276662.931000.072680.07.5341439.441000.12676.27.3614487.151000.1419.041.306934.2600.1-334.4-1.224735.2 推斷水蒸汽的價(jià)值，應(yīng)當(dāng)用有效能而不是焓，從表中1，2可見(jiàn)，相同溫度下，高壓蒸汽的焓值雖不如低壓蒸汽高，但是其有效能卻比低壓蒸汽為高。實(shí)際使用中，當(dāng)然高壓蒸汽的

33、使用價(jià)值高，相對(duì)稱(chēng)為高品質(zhì)能量。18.求將室溫空氣由常壓壓縮至0.6MPa的有效能為多少？ 假設(shè)環(huán)境溫度為298K。 解：若假設(shè)空氣為抱負(fù)氣體，則壓力對(duì)焓變化無(wú)影響，壓力對(duì)熵變化為 則有效能變化 19.某人稱(chēng)其能用100的飽和水蒸汽，供應(yīng)140的熱能，且每公斤水蒸汽可供熱量1800kJ·kg-1。請(qǐng)驗(yàn)證其牢靠性。 解：熱泵可以提高熱能的溫度，其原理接受某工質(zhì)，使其在低于環(huán)境的溫度下蒸發(fā)，即從環(huán)境吸入熱量，再壓縮到較高壓力，在高于環(huán)境溫度下冷凝放熱，達(dá)到供熱的目的。0.1MPa，100的飽和水蒸汽，若取298K，液態(tài)水為基準(zhǔn)態(tài)，其有效能 熱能的有效能為： 487.1<501.2，

34、明顯這一說(shuō)法是不行行的，實(shí)際過(guò)程中熱損耗是不行避開(kāi)的，二者之間的差距更大。20有一臺(tái)空氣壓縮機(jī)，為氣動(dòng)調(diào)整儀表供應(yīng)壓縮空氣，平均空氣流量為500m3·h-1，進(jìn)氣初態(tài)為25，0.1Mpa，壓縮到0.6Mpa，假設(shè)壓縮過(guò)程可近似為絕熱可逆壓縮，試求壓縮機(jī)出口空氣溫度，以及消耗功率為多少？ 解：對(duì)絕熱過(guò)程 H=-Ws 初、終態(tài)的焓值可以查空氣的有關(guān)圖表得到，也可以從氣體的P-V-T關(guān)系式求得。由于壓力不高，此時(shí)空氣可當(dāng)成抱負(fù)氣體處理。多變指數(shù)k 可導(dǎo)出抱負(fù)氣體絕熱可逆過(guò)程的軸功式壓縮時(shí)溫度變化關(guān)系式為： 即為224，可見(jiàn)出口溫度太高，需要在壓縮機(jī)的出口裝上冷卻器，通常在壓縮機(jī)出口有一緩沖

35、罐，在此對(duì)空氣進(jìn)行冷卻降溫。假如出口壓力較高，則不能當(dāng)成抱負(fù)氣體處理，真實(shí)氣體的PVT性質(zhì)是可以通過(guò)狀態(tài)方程精確計(jì)算的。21某人稱(chēng)其設(shè)計(jì)了一臺(tái)熱機(jī)，該熱機(jī)消耗熱值為42000kJ·kg-1的燃料30kg·h-1，可以產(chǎn)生的輸出功率為170kW。該熱機(jī)的高溫與低溫?zé)嵩捶謩e為670K和330K。試推斷此熱機(jī)是否合理。解：從已知的條件，我們可以計(jì)算出該熱機(jī)的效率，以及卡諾熱機(jī)的效率，然后比較兩者的大小。 熱機(jī)的效率 卡諾熱機(jī)效率 卡諾熱機(jī)是效率最高的熱機(jī)，明顯該人設(shè)計(jì)的熱機(jī)合理。22某動(dòng)力循環(huán)的蒸汽透平機(jī)，進(jìn)入透平的過(guò)熱蒸汽為2.0MPa，400，排出的氣體為0.035MPa飽和

36、蒸汽，若要求透平機(jī)產(chǎn)生3000kW功率，問(wèn)每小時(shí)通過(guò)透平機(jī)的蒸汽流量是多少？等熵膨脹效率的多少？假設(shè)透平機(jī)的熱損失相當(dāng)于軸功的5%。 解：進(jìn)出透平機(jī)的蒸汽狀態(tài)見(jiàn)下圖所示，焓、熵值從附錄水蒸汽表中查到，按穩(wěn)流系統(tǒng)熱力學(xué)第肯定律對(duì)透平機(jī)進(jìn)行能量衡算，H=Q-Ws 則 蒸汽流量 按本題意，等熵膨脹后應(yīng)當(dāng)是濕蒸汽，即為飽和蒸汽和飽和水的混合物，此時(shí)熵值，即為飽和蒸汽和飽和水的熵按比例混合，從附錄查得飽和蒸汽的熵，從飽和水性質(zhì)表查得飽和液體的熵， 設(shè)濕蒸汽中氣相重量百分含量為x,則 7.1271=7.7153×x+(1-x)×0.9875解得 x=0.9126濕蒸汽的焓值 H=x×Hg+（1-x）Hl =0.9126×2631.4+(1-0.9126)×304.25=2428.0kJ·kg-1定熵效率 23. 0.1013Mpa的飽和水蒸汽被絕熱壓縮至.pa，280，蒸汽流率為000gh，環(huán)境溫度25，計(jì)算: ()壓縮機(jī)的功率 ()抱負(fù)功和熱力學(xué)效率0.1013MPa飽和水蒸汽的焓值和熵值分別為:H1=2676.1kJ·kg-1 S1=7.3549 kJ·kg-1·K-1。0.3MPa和280過(guò)熱蒸汽的焓值和熵值分別為:H2=3028.6kJ·kg-1 S2=7.629