《化工熱力學》課程考試大綱

1、化工熱力學課程考試大綱第一部分 考試說明一、考試性質化工熱力學是是化學工程學分支學科之一，是化學工程與工藝專業(yè)（本科段）的一門專業(yè)課，化工熱力學課程結合化工過程闡述熱力學定律及其運用，是化工過程研究、設計和開發(fā)的理論基礎。應考者學完本課程后，學生應初步具備運用熱力學定律和有關理論知識，對化工過程進行熱力學分析的基本能力；應初步掌握化學工程設計和研究中獲取熱力學數(shù)據(jù)的方法，對化工過程進行相關計算的方法，目標是培養(yǎng)他們能理論聯(lián)系實際，靈活分析和解決實際化工生產和設計中的有關涉及平衡的問題，并為學習后續(xù)課程和從事化工類專業(yè)實際工作奠定基礎。二、考試目標本課程的考試目的在于檢驗學生掌握化工熱力學的基本

2、概念、理論和計算方法知識的程度。利用化工熱力學的原理和模型對化工中涉及到的化學反應平衡原理、相平衡原理等進行分析和研究；利用化工熱力學的方法對化工中涉及的物系的熱力學性質和其它化工物性進行關聯(lián)和推算；以及利用化工熱力學的基本理論對化工中能量進行分析等的能力。三、考試形式與試卷結構（一）答題方式閉卷/開卷/A4，筆試/小論文/讀書報告/其他請注明。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）答題時間 90分鐘。（三）基本題型(1)基礎概念題包括單(多)選題、判斷題、簡述題，通常約占卷面成績的

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

4、熱力學1.5 熱力學基本概念回顧考核要求領會：（1）熱力學是研究能量、能量轉化以及與能量轉化有關的熱力學性質間相互關系的科學；（2）化工熱力學是研究熱力學原理在化工過程中的應用。了解：熱力學的狀態(tài)函數(shù)法、熱力學演繹方法與理想化方法等基本研究方法，以及以Gibbs函數(shù)作為學習化工熱力學課程的學習方法。第二章流體的p-V-T關系考核知識點2.1純物質的p-V-T性質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 對應態(tài)原理及其應用2.3.1對應態(tài)原理2.3.2 三參數(shù)對應態(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關系2.6.1液體狀態(tài)方程2.6.2普遍化關聯(lián)式考核重點：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pV圖、pT圖及圖中點、線和區(qū)域意義；臨界點意義、超臨界區(qū)（流相區(qū)）特性。(2)狀態(tài)方程分類和價值：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：壓力多項式、體積多項式、截項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)方程迭代計算法；立方型狀態(tài)方程三個根的意義。

6、(3)對比態(tài)原理和普遍化關系對比態(tài)原理。偏心因子定義、物理意義和計算；以偏心因子為第三參數(shù)計算壓縮因子的方法：普遍化第二Virial系數(shù)法和普遍化壓縮因子法。(4)真實氣體混合物與液體的pVT關系真實氣體混合物pVT關系簡便計算方法：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關系。第三章 純物質(流體)的熱力學性質與計算考核知識點3.1 熱力學性質間的關系3.1.1 熱力學基本方程3.1.2 點函數(shù)間的數(shù)學關系3.1.3 Maxwell關系式3.1.4 Maxwell關系式的應用3.2 單相系統(tǒng)的熱力學性質3.3 用剩余性質計算系統(tǒng)的熱力

7、學性質3.4 用狀態(tài)方程計算熱力學性質3.5 氣體熱力學性質的普遍化關系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))的計算3.6.3 溫度和壓力對逸度的影響3.6.4 純液體的逸度3.7 純物質的飽和熱力學性質計算3.7.1 純組分的氣液平衡原理3.7.2 飽和熱力學性質計算3.8 純組分兩相系統(tǒng)的熱力學性質及熱力學圖表3.8.1 純組分兩相系統(tǒng)熱力學性質3.8.2 熱力學性質圖表3.8.3 熱力學性質圖表制作原理考核重點：熱力學性質計算、剩余性質及其應用；TS圖及水蒸氣特性表意義和

8、應用考核要求(1)熱力學性質間關系單相封閉系統(tǒng)的熱力學基本方程；狀態(tài)函數(shù)間的數(shù)學關系式；Maxwell關系式。要求了解與掌握：(1)dS方程、dH方程和dU方程。(2)熱力學性質計算剩余性質MR定義：HR、SR和GR基本計算式；由HR和SR計算焓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算HR和SR以及H和S的方法。(3)純物質逸度和逸度系數(shù)純物質逸度、逸度系數(shù)完整定義和物理意義；純氣體逸度計算方法；純液體逸度計算方法。(4)兩相系統(tǒng)熱力學性質及熱力學圖表單組分系統(tǒng)氣液平衡兩相混合物熱力學性質計算方法；干度x的意義；TS圖意義及應用；常見化工過程物質狀態(tài)變化在TS圖上的

9、表示方法；用TS圖數(shù)據(jù)計算過程熱和功以及熱力學性質的變化值；水蒸汽表中各欄目意義及關系，水蒸汽表使用方法。第四章 溶液熱力學基礎考核知識點4.1 可變組成系統(tǒng)的熱力學關系4.2 偏摩爾性質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)的計算方法4.4.2 混合物逸度與組分逸度之間的關系4.4.3 組分逸度與溫度、壓力間的關系4.5 理想溶液4.5.1 理想溶液與標準態(tài)4.5.2理想溶液的特征4.5.3理想溶液標準態(tài)之間的關系4.6 混合過程性質變化、體積效應與熱效應4.6.1 混合體積效應與混合熱效應4.6.2 混合熱效應4.7過量性質與活

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 溶劑與溶質的活度系數(shù)4.8.4 溶劑與溶質的活度系數(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: 偏摩爾性質；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)的熱力學基本方程單相敞開系統(tǒng)的熱力學基本方程：d(nU)，d(nH)，d(nG)，d(nA)表達式及

11、應用范圍；化學位i定義式的各種形式。(2)偏摩爾性質偏摩爾性質定義和物理意義與計算法；與，M的關系；與i關系；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)基本計算式；混合物（整體）的逸度與組分逸度的關系，溫度和壓力對逸度的影響。(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組分在標準態(tài)下的逸度的關系；兩種理想溶液模型與相應的兩種標準態(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、物理意義和應用。(6)混合性質變化M混合性質變化M和混合偏摩爾性質變化定義

12、、物理意義和兩者關系；M和與標準關系；G與活度關系；理想溶液混合性質變化Gid、Uid、Hid和Sid。(7)過量性質ME過量性質ME和偏摩爾過量性質定義和物理意義；ME與混合過程過量性質變化ME以及混合性質變化M的關系；GE物理意義，GE與活度系數(shù)i關系式及應用。(8)活度系數(shù)與組成關聯(lián)式，由實驗數(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)與組成關聯(lián)式：Redlich-Kister關系式；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)與組成關聯(lián)式中參數(shù)的簡便方法：由一組精確

13、的氣液平衡實驗數(shù)據(jù)，由恒沸點下氣液平衡數(shù)據(jù)以及由無限稀釋活度系數(shù)；以及由少量實驗數(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)點和局限性；(2)UNIQUAC方程與UNIFAC方程。第五章 相平衡熱力學考核知識點5.1 平衡性質與判據(jù)5.2 相律與Gibbs.Duhem方程5.3 二元氣液平衡相圖5.4 氣液相平衡類型及計算類型5.4.1 氣液相平衡類型5.4.2 氣液相平衡計算的準則與方法5.4.3氣液平衡過程5.5 由實驗數(shù)據(jù)計算活度系數(shù)模型參數(shù)5.6 Gibbs-Duhem方程與實驗數(shù)據(jù)的熱力學一致性檢驗5.6.1等溫二元汽液平衡數(shù)據(jù)熱力學一致性校驗5.6.2 等壓二

14、元汽液平衡數(shù)據(jù)熱力學一致性校驗5.7 共存方程與穩(wěn)定性5.7.1 溶液相分裂的熱力學條件5.7.2 液液平衡相圖及類型5.8 液.液相平衡關系與計算類型5.8.1 液液相平衡準則5.8.2二元系液-液平衡的計算5.8.3 三元系液-液平衡的計算5.9 固.液相平衡關系及計算類型5.10 含超臨界組分的氣液相平衡考核重點：汽液平衡基本問題及中低壓下汽液平衡計算考核要求(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、種常用的熱力學處理方法：活度系數(shù)法和狀態(tài)方程法。(3)汽液平衡的計算工程上常見汽液平衡問題的五種類型：泡點溫度、泡點壓力、露點溫度、露點壓力、閃蒸計算。常壓或低壓下汽液平衡計算方法：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）汽液平衡計算法。(4)汽液平衡數(shù)據(jù)的熱力學一致性檢驗熱力學一致性檢驗的基本方程Gibbs Duhem方程及其擴展形式；面積法檢驗恒溫VLE數(shù)據(jù)和恒壓VLE數(shù)據(jù)。第六章 熱力學第一定律及其工程應用考核知識點6.1敞開系統(tǒng)熱力學第一定律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)定流動與可逆過程6.2.

16、1 穩(wěn)定流動過程6.2.2 可逆過程6.3 軸功的計算6.3.1 可逆軸功6.3.2 氣體壓縮及膨脹過程熱力學分析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6.4 噴管的熱力學基礎6.4.1 等熵流動的基本特征6.4.2 氣體的流速與臨界速度考核重點：能量平衡方程在穩(wěn)流過程中的應用考核要求：熱力學第一定律和能量平衡方程能量守恒和轉化原理；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用；軸功的計算；噴管的熱力學基礎。第七章 熱力學第二定律及其工程應用考核知識點7.1熱力學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 熱機效率7.4 理想功、損失功與熱力學效率7.4.1 理想功7.4.2 穩(wěn)定流動過程理想功7.4.3 損耗功7.4.4 熱力學效率7.5 熵分析法在化工過程中的應用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 合理用能準則5

18、.2 考核重點5.2.1能量平衡方程在穩(wěn)流過程中的應用5.2.2 熱功的不等價、熵增原理5.2.3 理想功和損失功考核目標(1)熱力學第二定律，熱功轉換的不等價性和熵熱力學第二定律原理，熱功轉化的不等價性：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；熱力學第二定律的三種不同說法；了解系統(tǒng)的熵變、熵流和熵產等基本概念與描述。(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系；熱力學效率定義和用途。穩(wěn)流過程的理想功和損耗功的計算。(4)有效能能量存在品質（級別）差異；有效能的物理意義，基態(tài)；有效能和理想功的關系；穩(wěn)流物系物理有效

19、能、熱量有效能、化學有效能及動能有效能、位能有效能的計算方法；以及有效能效率；(5)熵衡算方程、有效能衡算方程及其應用；(6) 化工過程能量分析及合理用能準則。第八章蒸汽動力循環(huán)與制冷循環(huán)考核知識點8.1 蒸汽動力循環(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8.2 內燃機熱力過程分析8.2.1 定容加熱循環(huán)8.2.2 定壓加熱循環(huán)8.4 燃氣輪機過程分析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)蒸汽動力循環(huán)理想Rankine循環(huán)裝置、工作原理和循環(huán)工質狀態(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算；提高Rankine循環(huán)效率和降低汽耗率的途徑：使用回熱循環(huán)和熱電循環(huán)。用TS圖表示循環(huán)工質各狀態(tài)點，用蒸汽表數(shù)據(jù)進行有關計算。(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