《化工熱力學(xué)》課程考試大綱

1、化工熱力學(xué)課程考試大綱第一部分 考試說明一、考試性質(zhì)化工熱力學(xué)是是化學(xué)工程學(xué)分支學(xué)科之一，是化學(xué)工程與工藝專業(yè)（本科段）的一門專業(yè)課，化工熱力學(xué)課程結(jié)合化工過程闡述熱力學(xué)定律及其運(yùn)用，是化工過程研究、設(shè)計(jì)和開發(fā)的理論基礎(chǔ)。應(yīng)考者學(xué)完本課程后，學(xué)生應(yīng)初步具備運(yùn)用熱力學(xué)定律和有關(guān)理論知識(shí)，對(duì)化工過程進(jìn)行熱力學(xué)分析的基本能力；應(yīng)初步掌握化學(xué)工程設(shè)計(jì)和研究中獲取熱力學(xué)數(shù)據(jù)的方法，對(duì)化工過程進(jìn)行相關(guān)計(jì)算的方法，目標(biāo)是培養(yǎng)他們能理論聯(lián)系實(shí)際，靈活分析和解決實(shí)際化工生產(chǎn)和設(shè)計(jì)中的有關(guān)涉及平衡的問題，并為學(xué)習(xí)后續(xù)課程和從事化工類專業(yè)實(shí)際工作奠定基礎(chǔ)。二、考試目標(biāo)本課程的考試目的在于檢驗(yàn)學(xué)生掌握化工熱力學(xué)的基本

2、概念、理論和計(jì)算方法知識(shí)的程度。利用化工熱力學(xué)的原理和模型對(duì)化工中涉及到的化學(xué)反應(yīng)平衡原理、相平衡原理等進(jìn)行分析和研究；利用化工熱力學(xué)的方法對(duì)化工中涉及的物系的熱力學(xué)性質(zhì)和其它化工物性進(jìn)行關(guān)聯(lián)和推算；以及利用化工熱力學(xué)的基本理論對(duì)化工中能量進(jìn)行分析等的能力。三、考試形式與試卷結(jié)構(gòu)（一）答題方式閉卷/開卷/A4，筆試/小論文/讀書報(bào)告/其他請(qǐng)注明。考試方式采用開卷形式。答案必須全部答在答題紙上，答在試卷上無效。（如有答題卡，請(qǐng)注明選擇題的答案必須答在答題卡上，非選擇題的答案答在答題紙上。）（二）答題時(shí)間 90分鐘。（三）基本題型(1)基礎(chǔ)概念題包括單(多)選題、判斷題、簡述題，通常約占卷面成績的

3、2030%。(2)計(jì)算題涵蓋課程章節(jié)的全部內(nèi)容，如流體(純流體或混合物)的pVT性質(zhì)計(jì)算、溶液的熱力學(xué)性質(zhì)計(jì)算、相平衡計(jì)算、化學(xué)反應(yīng)平衡計(jì)算和熱力學(xué)第一定律、熱力學(xué)第二定律的應(yīng)用計(jì)算、熵分析計(jì)算和有效能計(jì)算。該部分內(nèi)容約占卷面成績的60%75%(3)證明推導(dǎo)題基本熱力學(xué)方程及其關(guān)系的推導(dǎo)，約占卷面成績的5%10%。第二部分 考查的知識(shí)范圍與要求第一章 緒論考核知識(shí)點(diǎn)1.1 化工熱力學(xué)的地位和作用1.2 化工熱力學(xué)的主要內(nèi)容、方法與局限性1.2.1化工熱力學(xué)研究的主要內(nèi)容1.2.2化工熱力學(xué)研究的主要方法1.2.3化工熱力學(xué)的局限性1.3化工熱力學(xué)在化工研究與開發(fā)中的重要應(yīng)用1.4 如何學(xué)好化工

4、熱力學(xué)1.5 熱力學(xué)基本概念回顧考核要求領(lǐng)會(huì)：（1）熱力學(xué)是研究能量、能量轉(zhuǎn)化以及與能量轉(zhuǎn)化有關(guān)的熱力學(xué)性質(zhì)間相互關(guān)系的科學(xué)；（2）化工熱力學(xué)是研究熱力學(xué)原理在化工過程中的應(yīng)用。了解：熱力學(xué)的狀態(tài)函數(shù)法、熱力學(xué)演繹方法與理想化方法等基本研究方法，以及以Gibbs函數(shù)作為學(xué)習(xí)化工熱力學(xué)課程的學(xué)習(xí)方法。第二章流體的p-V-T關(guān)系考核知識(shí)點(diǎn)2.1純物質(zhì)的p-V-T性質(zhì)2.2 流體的狀態(tài)方程2.2.1 立方型狀態(tài)方程2.2.2 多參數(shù)狀態(tài)方程2.3 對(duì)應(yīng)態(tài)原理及其應(yīng)用2.3.1對(duì)應(yīng)態(tài)原理2.3.2 三參數(shù)對(duì)應(yīng)態(tài)原理2.3.3 普遍化狀態(tài)方程2.4流體的蒸氣壓、蒸發(fā)焓和蒸發(fā)熵2.4.1 蒸氣壓2.4.2

5、蒸發(fā)焓和蒸發(fā)熵2.5 混合規(guī)則與混合物的p-V-T關(guān)系2.5.1混合規(guī)則2.5.2混合物的狀態(tài)方程2.6液體的pVT關(guān)系2.6.1液體狀態(tài)方程2.6.2普遍化關(guān)聯(lián)式考核重點(diǎn)：Virial 方程；立方型狀態(tài)方程要求了解與掌握：(1)純流體p、V、T行為：純物質(zhì)pV圖、pT圖及圖中點(diǎn)、線和區(qū)域意義；臨界點(diǎn)意義、超臨界區(qū)（流相區(qū)）特性。(2)狀態(tài)方程分類和價(jià)值：理想氣體狀態(tài)方程、氣體通用常數(shù)R的意義和單位； Virial方程：壓力多項(xiàng)式、體積多項(xiàng)式、截項(xiàng)Virial方程，Virial系數(shù)B，C意義；立方型狀態(tài)方程：立方型狀態(tài)方程中參數(shù)a，b意義；立方型狀態(tài)方程迭代計(jì)算法；立方型狀態(tài)方程三個(gè)根的意義。

6、(3)對(duì)比態(tài)原理和普遍化關(guān)系對(duì)比態(tài)原理。偏心因子定義、物理意義和計(jì)算；以偏心因子為第三參數(shù)計(jì)算壓縮因子的方法：普遍化第二Virial系數(shù)法和普遍化壓縮因子法。(4)真實(shí)氣體混合物與液體的pVT關(guān)系真實(shí)氣體混合物pVT關(guān)系簡便計(jì)算方法：虛擬臨界參數(shù)法；常用混合規(guī)則意義，混合物的第二Virial系數(shù)與混合物立方型方程；液體的p-V-T關(guān)系。第三章 純物質(zhì)(流體)的熱力學(xué)性質(zhì)與計(jì)算考核知識(shí)點(diǎn)3.1 熱力學(xué)性質(zhì)間的關(guān)系3.1.1 熱力學(xué)基本方程3.1.2 點(diǎn)函數(shù)間的數(shù)學(xué)關(guān)系3.1.3 Maxwell關(guān)系式3.1.4 Maxwell關(guān)系式的應(yīng)用3.2 單相系統(tǒng)的熱力學(xué)性質(zhì)3.3 用剩余性質(zhì)計(jì)算系統(tǒng)的熱力

7、學(xué)性質(zhì)3.4 用狀態(tài)方程計(jì)算熱力學(xué)性質(zhì)3.5 氣體熱力學(xué)性質(zhì)的普遍化關(guān)系3.5.1 普遍化Virial系數(shù)法3.5.2 普遍化壓縮因子法3.6 純組分的逸度與逸度系數(shù)3.6.1 逸度和逸度系數(shù)的定義3.6.2 純氣體逸度(系數(shù))的計(jì)算3.6.3 溫度和壓力對(duì)逸度的影響3.6.4 純液體的逸度3.7 純物質(zhì)的飽和熱力學(xué)性質(zhì)計(jì)算3.7.1 純組分的氣液平衡原理3.7.2 飽和熱力學(xué)性質(zhì)計(jì)算3.8 純組分兩相系統(tǒng)的熱力學(xué)性質(zhì)及熱力學(xué)圖表3.8.1 純組分兩相系統(tǒng)熱力學(xué)性質(zhì)3.8.2 熱力學(xué)性質(zhì)圖表3.8.3 熱力學(xué)性質(zhì)圖表制作原理考核重點(diǎn)：熱力學(xué)性質(zhì)計(jì)算、剩余性質(zhì)及其應(yīng)用；TS圖及水蒸氣特性表意義和

8、應(yīng)用考核要求(1)熱力學(xué)性質(zhì)間關(guān)系單相封閉系統(tǒng)的熱力學(xué)基本方程；狀態(tài)函數(shù)間的數(shù)學(xué)關(guān)系式；Maxwell關(guān)系式。要求了解與掌握：(1)dS方程、dH方程和dU方程。(2)熱力學(xué)性質(zhì)計(jì)算剩余性質(zhì)MR定義：HR、SR和GR基本計(jì)算式；由HR和SR計(jì)算焓H和熵S的方法；由普遍化第二Virial系數(shù)法和普遍化壓縮因子法計(jì)算HR和SR以及H和S的方法。(3)純物質(zhì)逸度和逸度系數(shù)純物質(zhì)逸度、逸度系數(shù)完整定義和物理意義；純氣體逸度計(jì)算方法；純液體逸度計(jì)算方法。(4)兩相系統(tǒng)熱力學(xué)性質(zhì)及熱力學(xué)圖表單組分系統(tǒng)氣液平衡兩相混合物熱力學(xué)性質(zhì)計(jì)算方法；干度x的意義；TS圖意義及應(yīng)用；常見化工過程物質(zhì)狀態(tài)變化在TS圖上的

9、表示方法；用TS圖數(shù)據(jù)計(jì)算過程熱和功以及熱力學(xué)性質(zhì)的變化值；水蒸汽表中各欄目意義及關(guān)系，水蒸汽表使用方法。第四章 溶液熱力學(xué)基礎(chǔ)考核知識(shí)點(diǎn)4.1 可變組成系統(tǒng)的熱力學(xué)關(guān)系4.2 偏摩爾性質(zhì)4.3 Gibbs.Duhem方程4.4 混合物組分的逸度和逸度系數(shù)4.4.1 混合物逸度與逸度系數(shù)的計(jì)算方法4.4.2 混合物逸度與組分逸度之間的關(guān)系4.4.3 組分逸度與溫度、壓力間的關(guān)系4.5 理想溶液4.5.1 理想溶液與標(biāo)準(zhǔn)態(tài)4.5.2理想溶液的特征4.5.3理想溶液標(biāo)準(zhǔn)態(tài)之間的關(guān)系4.6 混合過程性質(zhì)變化、體積效應(yīng)與熱效應(yīng)4.6.1 混合體積效應(yīng)與混合熱效應(yīng)4.6.2 混合熱效應(yīng)4.7過量性質(zhì)與活

10、度系數(shù)4.8液體混合物中組分活度系數(shù)的測定方法4.8.1 汽液平衡法4.8.2 Gibbs-Duhem方程法4.8.3 溶劑與溶質(zhì)的活度系數(shù)4.8.4 溶劑與溶質(zhì)的活度系數(shù)測定法4.9 活度系數(shù)模型4.9.1 正規(guī)溶液與Scatchard-Hildebrand活度系數(shù)方程4.9.2 無熱溶液與Flory-Huggins方程4.9.3 Wohl方程4.9.4 基于局部組成概念的活度系數(shù)方程考核重點(diǎn): 偏摩爾性質(zhì)；逸度和逸度系數(shù)；活度、活度系數(shù)和超額自由焓；理想溶液與非理想溶液考核要求(1)敞開系統(tǒng)的熱力學(xué)基本方程單相敞開系統(tǒng)的熱力學(xué)基本方程：d(nU)，d(nH)，d(nG)，d(nA)表達(dá)式及

11、應(yīng)用范圍；化學(xué)位i定義式的各種形式。(2)偏摩爾性質(zhì)偏摩爾性質(zhì)定義和物理意義與計(jì)算法；與，M的關(guān)系；與i關(guān)系；Gibbs - Duhem方程的常用形式及用途。(3)混合物逸度和逸度系數(shù)混合物的組分逸度和逸度系數(shù)定義； 混合物的組分逸度和逸度系數(shù)基本計(jì)算式；混合物（整體）的逸度與組分逸度的關(guān)系，溫度和壓力對(duì)逸度的影響。(4)理想溶液研究理想溶液的目的與理想溶液模型； 理想溶液中組分i的逸度與i組分在標(biāo)準(zhǔn)態(tài)下的逸度的關(guān)系；兩種理想溶液模型與相應(yīng)的兩種標(biāo)準(zhǔn)態(tài)、的表示方法；理想溶液的特征。(5)活度和活度系數(shù)活度和活度系數(shù)定義、物理意義和應(yīng)用。(6)混合性質(zhì)變化M混合性質(zhì)變化M和混合偏摩爾性質(zhì)變化定義

12、、物理意義和兩者關(guān)系；M和與標(biāo)準(zhǔn)關(guān)系；G與活度關(guān)系；理想溶液混合性質(zhì)變化Gid、Uid、Hid和Sid。(7)過量性質(zhì)ME過量性質(zhì)ME和偏摩爾過量性質(zhì)定義和物理意義；ME與混合過程過量性質(zhì)變化ME以及混合性質(zhì)變化M的關(guān)系；GE物理意義，GE與活度系數(shù)i關(guān)系式及應(yīng)用。(8)活度系數(shù)與組成關(guān)聯(lián)式，由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)確定活度系數(shù)非理想溶液的GE模型：正規(guī)溶液模型和無熱溶液模型；常用活度系數(shù)與組成關(guān)聯(lián)式：Redlich-Kister關(guān)系式；Wohl型方程及其常用形式；Margules方程、Van Laar 方程，局部組成概念與Wilson方程、NRTL方程；確定活度系數(shù)與組成關(guān)聯(lián)式中參數(shù)的簡便方法：由一組精確

13、的氣液平衡實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，由恒沸點(diǎn)下氣液平衡數(shù)據(jù)以及由無限稀釋活度系數(shù)；以及由少量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)確定全濃度范圍的活度系數(shù)。了解與掌握(1)Wilson 方程優(yōu)點(diǎn)和局限性；(2)UNIQUAC方程與UNIFAC方程。第五章 相平衡熱力學(xué)考核知識(shí)點(diǎn)5.1 平衡性質(zhì)與判據(jù)5.2 相律與Gibbs.Duhem方程5.3 二元?dú)庖浩胶庀鄨D5.4 氣液相平衡類型及計(jì)算類型5.4.1 氣液相平衡類型5.4.2 氣液相平衡計(jì)算的準(zhǔn)則與方法5.4.3氣液平衡過程5.5 由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)計(jì)算活度系數(shù)模型參數(shù)5.6 Gibbs-Duhem方程與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的熱力學(xué)一致性檢驗(yàn)5.6.1等溫二元汽液平衡數(shù)據(jù)熱力學(xué)一致性校驗(yàn)5.6.2 等壓二

14、元汽液平衡數(shù)據(jù)熱力學(xué)一致性校驗(yàn)5.7 共存方程與穩(wěn)定性5.7.1 溶液相分裂的熱力學(xué)條件5.7.2 液液平衡相圖及類型5.8 液.液相平衡關(guān)系與計(jì)算類型5.8.1 液液相平衡準(zhǔn)則5.8.2二元系液-液平衡的計(jì)算5.8.3 三元系液-液平衡的計(jì)算5.9 固.液相平衡關(guān)系及計(jì)算類型5.10 含超臨界組分的氣液相平衡考核重點(diǎn)：汽液平衡基本問題及中低壓下汽液平衡計(jì)算考核要求(1)平衡判據(jù)與相律多相多元系統(tǒng)的相平衡判據(jù)及其最常用形式：相律及其應(yīng)用。(2)汽液平衡基本問題相變化過程需解決的兩類問題：由平衡的溫度壓力計(jì)算平衡各相組成及由平衡各相組成確定平衡的溫度壓力；完全互溶二元體系汽液平衡相圖；汽液平衡兩

15、種常用的熱力學(xué)處理方法：活度系數(shù)法和狀態(tài)方程法。(3)汽液平衡的計(jì)算工程上常見汽液平衡問題的五種類型：泡點(diǎn)溫度、泡點(diǎn)壓力、露點(diǎn)溫度、露點(diǎn)壓力、閃蒸計(jì)算。常壓或低壓下汽液平衡計(jì)算方法：完全理想系（氣相為理想氣體、液相為理想溶液）和部分理想系（氣相為理想氣體、液相為非理想溶液）汽液平衡計(jì)算法。(4)汽液平衡數(shù)據(jù)的熱力學(xué)一致性檢驗(yàn)熱力學(xué)一致性檢驗(yàn)的基本方程Gibbs Duhem方程及其擴(kuò)展形式；面積法檢驗(yàn)恒溫VLE數(shù)據(jù)和恒壓VLE數(shù)據(jù)。第六章 熱力學(xué)第一定律及其工程應(yīng)用考核知識(shí)點(diǎn)6.1敞開系統(tǒng)熱力學(xué)第一定律6.1.1 封閉系統(tǒng)的能量平衡6.1.2 敞開系統(tǒng)的能量平衡6.2 穩(wěn)定流動(dòng)與可逆過程6.2.

16、1 穩(wěn)定流動(dòng)過程6.2.2 可逆過程6.3 軸功的計(jì)算6.3.1 可逆軸功6.3.2 氣體壓縮及膨脹過程熱力學(xué)分析6.3.3節(jié)流膨脹6.3.4等熵膨脹6.3.5膨脹過程中的溫度效應(yīng)6.4 噴管的熱力學(xué)基礎(chǔ)6.4.1 等熵流動(dòng)的基本特征6.4.2 氣體的流速與臨界速度考核重點(diǎn)：能量平衡方程在穩(wěn)流過程中的應(yīng)用考核要求：熱力學(xué)第一定律和能量平衡方程能量守恒和轉(zhuǎn)化原理；敞開體系能量平衡方程；能量平衡方程的不同形式，穩(wěn)流體系能量平衡方程的應(yīng)用；軸功的計(jì)算；噴管的熱力學(xué)基礎(chǔ)。第七章 熱力學(xué)第二定律及其工程應(yīng)用考核知識(shí)點(diǎn)7.1熱力學(xué)第二定律的表述方法7.1.1過程的不可逆性7.1.2熵7.1.3熱源熵變與功

17、源熵變7.2熵平衡方程7.2.1 封閉系統(tǒng)的熵平衡方程式7.2.2 敞開系統(tǒng)熵平衡方程式7.3 熱機(jī)效率7.4 理想功、損失功與熱力學(xué)效率7.4.1 理想功7.4.2 穩(wěn)定流動(dòng)過程理想功7.4.3 損耗功7.4.4 熱力學(xué)效率7.5 熵分析法在化工過程中的應(yīng)用7.5.1 傳熱過程7.5.2混合與分離過程7.6 有效能及其計(jì)算方法7.6.1 有效能的概念7.6.2 有效能組成7.6.3 有效能的計(jì)算7.6.4 無效能7.7 有效能衡算方程與有效能損失7.7.1有效能平衡方程7.7.2有效能損失7.8 化工過程能量分析及合理用能7.8.1能量平衡法7.8.2 有效能分析法7.8.3 合理用能準(zhǔn)則5

18、.2 考核重點(diǎn)5.2.1能量平衡方程在穩(wěn)流過程中的應(yīng)用5.2.2 熱功的不等價(jià)、熵增原理5.2.3 理想功和損失功考核目標(biāo)(1)熱力學(xué)第二定律，熱功轉(zhuǎn)換的不等價(jià)性和熵?zé)崃W(xué)第二定律原理，熱功轉(zhuǎn)化的不等價(jià)性：功全部能變化成熱，熱只能夠部分變?yōu)楣?，熱變功的最大效率；熱力學(xué)第二定律的三種不同說法；了解系統(tǒng)的熵變、熵流和熵產(chǎn)等基本概念與描述。(2)理想功和損失功理想功定義和物理意義，“完全可逆”的含義；損耗功定義和物理意義，損耗功與過程不可逆性關(guān)系；熱力學(xué)效率定義和用途。穩(wěn)流過程的理想功和損耗功的計(jì)算。(4)有效能能量存在品質(zhì)（級(jí)別）差異；有效能的物理意義，基態(tài)；有效能和理想功的關(guān)系；穩(wěn)流物系物理有效

19、能、熱量有效能、化學(xué)有效能及動(dòng)能有效能、位能有效能的計(jì)算方法；以及有效能效率；(5)熵衡算方程、有效能衡算方程及其應(yīng)用；(6) 化工過程能量分析及合理用能準(zhǔn)則。第八章蒸汽動(dòng)力循環(huán)與制冷循環(huán)考核知識(shí)點(diǎn)8.1 蒸汽動(dòng)力循環(huán)Rankine 循環(huán)過程分析8.1.1 Rankine循環(huán)8.1.2 Rankine循環(huán)的改進(jìn)8.2 內(nèi)燃機(jī)熱力過程分析8.2.1 定容加熱循環(huán)8.2.2 定壓加熱循環(huán)8.4 燃?xì)廨啓C(jī)過程分析8.5 制冷循環(huán)原理與蒸汽壓縮制冷過程分析8.4.1 逆向Carnot循環(huán)8.4.2 蒸汽壓縮制冷循環(huán)8.6 其它制冷循環(huán)8.6.1 蒸汽噴射制冷8.6.2 吸收制冷8.7 熱泵及其應(yīng)用8.8 深冷循環(huán)與氣體液化8.7.1 Linde-Hampson系統(tǒng)工作原理8.7.2 系統(tǒng)的液化率及壓縮功耗考核要求(1)蒸汽動(dòng)力循環(huán)理想Rankine循環(huán)裝置、工作原理和循環(huán)工質(zhì)狀態(tài)變化；循環(huán)過程熱和功、熱變功的效率、等熵效率及汽耗率的意義和計(jì)算；提高Rankine循環(huán)效率和降低汽耗率的途徑：使用回?zé)嵫h(huán)和熱電循環(huán)。用TS圖表示循環(huán)工質(zhì)各狀態(tài)點(diǎn)，用蒸汽表數(shù)據(jù)進(jìn)行有關(guān)計(jì)算。(2)氣體絕熱膨脹的制冷原理節(jié)流膨脹降溫（制冷）原理、JouleTompson系數(shù)和溫度降；對(duì)外做功絕熱膨脹降溫（制冷）原理、等熵系數(shù)和溫度降；兩種降溫（制冷）方法比較。（深度冷凍循環(huán)不作要求）(2)制冷循環(huán)蒸汽壓縮制冷循