北京化工大学2014-2015学年《化工热力学》期末试卷

1北京化工大学2014——2015学年第一学期《化工热力学（双语）》期末考试试卷课程代码CHE33500T班级：姓名：学号：任课教师：分数：题号一二三四五六总分得分一、（28=16分）正误题（正确的画○，错误的画×，标在[]中）［○］气体混合物的维里系数仅为温度和组成的函数。［○］气体经节流阀膨胀后，温度可能降低或升高，这取决于其初态。［×］理想气体的焓和熵都与体系压力无关。［×］若绝热过程的熵增加，则其必然减少。［○］理想溶液中组分的逸度正比于其摩尔分数。［×］若某二元混合物形成共沸，则各组分的无限稀释活度系数必大于1。［○］饱和液体经过可逆绝热膨胀达到更低压力，部分液体必然会汽化。［×］二元VLE体系的泡点曲线对应着饱和蒸汽混合物的状态。二、（64=24分）简答题（简明扼要，写在以下空白处）1.简述如何利用水蒸气表计算500℃和4MPa下过热蒸气的逸度系数。[解]根据逸度定义，等温下对纯组分有：dG=RTdlnf积分得：RTln(f/f*)=G-G*=H-H*-T(S-S*)其中上标*表示某参考状态，现取其为同一温度和足够低压（如P*=1kPa）下的水蒸气，在水蒸气表中可查出上式中两个状态的焓和熵值，最后得到逸度系数：Φ=f/P=P*/P{e[H-H*-T(S-S*)]/RT]}2.简述何为偏摩尔性质，其与混合性质有何关系？2[解]偏摩尔性质定义为：,,jiiipTnnMMnRT混合性质定义为纯组分形成混合体系后性质的变化：mixiiiMMxM根据偏摩尔性质的加和性得到二者关系为：()iiiiMxMM3.简述如何用三次型状态方程计算混合气体在一定温度T，压力P和组成y下的摩尔体积（无须描述数值求解过程）。[解]一般混合流体都是将其视为虚拟的纯流体M，再利用纯流体的状态方程计算，而该虚拟纯流体的参数需根据混合规则得到，对于三次型方程：aTRTpVbVbVb，其参数为a和b，虚拟纯流体的参数：Miiijijayya，(1)ijijiijjakaa，Miiibyb，式中纯流体参数aii和bi可通过临界性质得到：22()(,)crcRTaTTp，ccRTbp得到上述参数aM和bM后即可通过数值求解得到给定T、P下的摩尔体积V。4.若纯组分A与B混合形成二元体系时放热，试问温度升高时其组分活度系数增大还是减小（以纯液态为标准态）？请说明理由。[解]活度系数与温度的关系为：2,lnEiipxHTRT，由题意可知过量焓0EmixiiiHHHxH，因此活度系数随温度升高而增大。三、（20分）分析计算题一个理想的燃气动力循环过程如下图所示，其中AB和CD为可逆绝热过程，BC和DA为等压过程，试：1)在T-S图上绘制该过程。32)将燃烧室处理为与一温度为TH的高温热源接触的换热器，写出虚线所示控制体积内的平衡方程（环境温度为T0）。3)如何计算图中三个设备各自的损失？4)若透平机的等熵膨胀系数ηE1，其损失有何变化？[解](1)(2)mAεA-mDεD+(1-T0/TH)QH+wsc-wst+Σ(mIint)=0(3)图示压缩和膨胀过程均为可逆过程，因此没有损失。燃烧室的损失可以通过平衡方程求出:mAεB-mCεC+m燃料ε燃料+(mIint)=0｀(4)由膨胀机的熵平衡方程：mCSC-mDSD+mSgen=0若膨胀效率小于1，必有SDSC，因此损失会增加。四、（20分）计算题（可选用汉语或英语做答）EstimatetheenthalpyHforsteamat0.5MPaand280℃,settingliquidwateratTSABDC4triple-point(0.01℃,611.657Pa)asthestartstate.Compareyourresulttothatinsteamtables(3022.9kJ/kg).Showhowtoimproveit.(Estimatetheheatofvaporizationusingequationsgivenintheappendix.UsegeneralizedVirialequationtocalculate.Forwater:Pc=22.06MPa,Tc=647.1K,ω=0.345)[解]根据题意，设计如下热力学路径计算该焓值：(T0,p0sat)liq(T0,p0sat)vap(T0,p0sat)IG(T,p)IG(T,p)vapIIIIIIIV其中下标0表示三相点，sat表示饱和，IG表示理想气体。第II步对焓值贡献非常小，可忽略。第I步需估算三相点处的饱和蒸发焓：第III步是理想气体：第IV步需计算剩余焓：五、（20分）计算题已知25℃，20atm下二元液态混合物中组分1的逸度为：231111ˆ508040fxxx其中1x是组分1的摩尔分率，1ˆf的单位为atm，试确定在上述温度和压力下：1)纯组分1的逸度1f和逸度系数1。2)纯组分1的亨利系数K1。3)活度系数γ1与x1的关系式（以液态纯组分为标准态）。4)由该温度压力下1ˆf的关系式求出2ˆf（提示：用Gibbs-Duhem方程）[解](1)显然ˆf1ff1=ˆf1=50x1-80x12+40x13