化工1203班热力学试卷1

中南大学化工热力学试卷2014-2015学年第一学期；时间100分钟；化工热力学课程64学时3.5学分考试形式：闭卷；专业年级：化工12级、高工；总分100分，占总评成绩70%一、填空题（每空一分，共25分）1:封闭系统的热力学第一定律______，稳流系统的热力学第一定律______WQZguHWQU2212：真实气体混合物的非理想性由____________和____________导致气体纯组分的非理想性混合引起的非理想性3：最大的热机效率是____________，____________就是其中的一种，其效率的表达式为________________可逆热机的效率卡诺热机HLHccTTQWn14：在制冷循环中，获得低温的方法通常是用高压、常温的流体进行绝热膨胀来实现的。绝热膨胀有____________和____________节流膨胀作功膨胀5：熵产的原因是____________________________________有序能量耗散为无序的热能，并被体系吸收6：热力学一致性检验的主要原理是__________________，其方法分为两类，一类是____________，另一类是____________吉布斯-杜亥姆方程积分式的总包检验对每一数据点进行校验7.初压初温相同的空气，分别经过可逆等温压缩、多变压缩、绝热压缩至相同压力，功耗|ωs|的大小顺序是________________________________。绝热压缩＞多变压缩＞等温压缩8.某干度为0.9853的蒸汽在0.01235MPa，50℃下，hf=209.33kJ/kg,hg=2592.1kJ/kg,则其h为_____________。2557.1kJ/kg2592.1*0.9853+209.33*(1-0.9853)=2557.19.如图，一热机经过卡诺循环A→B→C→D→A，其中SABCD=S1，SABGF=S2，则卡诺效率为__________。S1/S210.温度差决定________的趋向，压力差决定_________的趋向，化学位之差决定_____________________的趋向。热传导；物体运动；化学反应或物质在相间传递；11.透平的作用是________________________。将流体中的能量转换为机械功12.溶液的活度与________和__________有关，活度系数γ可用来描述溶液非理想性，γ越大，非理想性________。温度；压力；越小13.表示________________________，表示________________________。理想溶液中组分i的摩尔自由焓；理想溶液中组分i的摩尔混合自由焓二、简答（每题5分，共10分）1写出稳定流动系统热力学第一定律的一般形式，并对流体流经泵和流经换热器的系统进行适当的简化。答稳定流动系统的热力学第一定律表达式为:ΔH+1/2Δu2+gΔz=Q+Ws（1)流体流经换热器传质设备：Ws=0；另外，考虑动能项和势能项与焙变之间的数量级差别，动能项和势能项可以忽略，即1/2Δu2≈0，gΔz≈0因此，稳流系统热力学第一定律可化简为:ΔH=Q(2)流体流经泵、压缩机、透平等设备，在数量级的角度上，动能项和势能项不能与焙变相比较，可以忽略，即1/2Δu2≈0，gΔz≈0即ΔH=Q+Ws。若这些设备可视为与环境绝热，或传热量与所做功的数值相比可忽略不计，那么进一步可化简为:ΔH=Ws三、计算题（每题15分，共65分）1、将一刚性容器抽空，在液氮的常沸点下装到容积的一半，然后关闭这个容器，加热到21℃，试计算所产生的压力。已知液氮的常沸点KTb4.77,其摩尔体积在常沸点时为0.0347m3·kmol-1。Tc=126.2K,Pc=3.394Pa,=0.04。解：加热到T＝294.5K时，液氮汽化为氮气N221℃下N2的摩尔体积：（1）由R－K方程计算：（2）采用SRK方程计算21℃代入下式：所以：由于高压低温，采用SRK方程计算，精度较高。但若过程结果正确，两种方法都正确。2、某蒸汽动力装置，进入蒸汽透平的蒸汽流量为1680kg·h-1，温度为430℃，压力为3.727MPa。蒸汽透平绝热膨胀对外做功。产功后的乏汽分别为：（1）0.1049MPa的饱和蒸汽；（h2=2680kJ·kg-1，s2=7.36kJ·kg-1·K-1）（2）0.1047kPa、60℃的蒸汽。（h3=2620kJ·kg-1，s3=8.02kJ·kg-1·K-1）试求此两种情况下，蒸汽经透平的理想功与热力学效率。已知大气温度为25℃。（已知3.727MPa，430℃时h1=3280kJ·kg-1，s1=6.92kJ·kg-1·K-1）解：（1）h1=3280kJ·kg-1s1=6.92kJ·kg-1·K-1h2=2680kJ·kg-1s2=7.36kJ·kg-1·K-1Wid=m(h2-h1)-mT0（s2-s1）=1680[(2680-3280)-298×(7.36-6.92)]=-1228×103kJ·h-1绝热：Q=0，Ws=△H=m（h2-h1）=-1008×103kJ·h-1331008100.821122810TidWW（2）132620hkJkg1138.02skJkgk11680[(26203280)298(8.026.92)]=1693103kJhidW311680(26203280)1108.210kJhsWH331108.2100.651169310T3、某二元溶液,Lewis-Randall规则标准态的超额Gibbs自由能可由下式给出：21/RTGE式中：为常数，两纯组元逸度分别为*1f和*2f，单位为Pa,EG:1molJ,T:K,求：(1)以Lewis-Randall规则为标准态的活度系数1和2的表达式。(2)以Henry定律为标准态的活度系数1与2的表达式。解：（1）由于jn,,1)/(lnPTiEnRTnG故：对于二元混合物，可以使用二元截距公式计算活度系数二元截距公式为:112221dxdMxMMdxdMxMM则：112221)/(ln)/(lndxRTGdxRTGdxRTGdxRTGEEEE将21/xxRTGE代入上式，整理得：212221lnlnxx(2)由活度的定义：iiiffaˆˆ因此，以Lewis-Randall规则为标准态的活度系数1和2分别为：22221111ˆˆxffxff，则2122222222111111ˆˆxxexfxffexfxff又由于亨利系数：iixixfkiˆlim0则，efxexfxfkxxix111101122101limlimˆ同理可得：efk22则依据定义式：以Henry定律为标准的活度系数1与2的表达式为：)1(22222222)1(1111111121212222ˆˆˆxxxxexefexfxkfexefexfxkf4、写出已知压力(p)和液相组成(x1，x2，…，xn)，求泡点温度(T)及与之相平衡的汽相组成(y1,y2,...,yn)的计算过程(可以写计算框图)解:5、写出水在一定温度下的饱和蒸气压的获得方法。在一定温度下水的蒸气压获得方法可以有以下几种:(1)通过实验进行测量(2)通过数据手册查找到相应的Antoine常数，使用Antoine方程进行计算(3)通过饱和水蒸气表查找