熱力學(xué)問答題

1、第二章習(xí)題解答一、問答題：1為什么要研究流體的pVT關(guān)系？【參考答案：流體p-V-T關(guān)系是化工熱力學(xué)的基石，是化工過程開發(fā)和設(shè)計、安全操作和科學(xué)研究必不可少的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。（1）流體的PVT關(guān)系可以直接用于設(shè)計。（2）利用可測的熱力學(xué)性質(zhì)（T,P,V等）計算不可測的熱力學(xué)性質(zhì)（H,S,G,等）。只要有了p-V-T關(guān)系加上理想氣體的Cid，可以解決化工熱力學(xué)的大p多數(shù)問題。2在p-V圖上指出超臨界萃取技術(shù)所處的區(qū)域，以及該區(qū)域的特征；同時指出其它重要的點、線、面以及它pp。C那個（或低于高于們的特征?！緟⒖即鸢浮浚?）超臨界流體區(qū)的特征是：tt、C2）臨界點C的數(shù)學(xué)特征：$p4v）,3=0（在c點）

2、b2PdV2=0（在c點）3）飽和液相線是不同壓力下產(chǎn)生第一個氣泡的點的連線；4）飽和汽相線是不同壓力下產(chǎn)生第一個液滴點露點）那個點的連線。5）過冷液體區(qū)的特征：給定壓力下液體的溫度該壓力下的泡點溫度。6）過熱蒸氣區(qū)的特征：給定壓力下蒸氣的溫度該壓力下的露點溫度。7）汽液共存區(qū)：在此區(qū)域溫度壓力保持不變,只有體積在變化。3要滿足什么條件,氣體才能液化？【參考答案：氣體只有在低于T條件下才能被液化。C4不同氣體在相同溫度壓力下,偏離理想氣體的程度是否相同？你認為哪些是決定偏離理想氣體程度的最本質(zhì)因素？【參考答案】：不同。真實氣體偏離理想氣體程度不僅與T、p有關(guān)，而且與每個氣體的臨界特性有關(guān)，即最

3、本質(zhì)的因素是對比溫度、對比壓力以及偏心因子T,P和rr5偏心因子的概念是什么？為什么要提出這個概念？它可以直接測量嗎？【參考答案：偏心因子e為兩個分子間的相互作用力偏離分子中心之間的作用力的程度。其物理意義為：一般流體與球形非極性簡單流體（氬,氪、氙）在形狀和極性方面的偏心度。為了提高計算復(fù)雜分子壓縮因子的準確度。偏心因子不可以直接測量。偏心因子m的定義為：=lg（ps）1000,w由測定的對比溫度rTr=0.7為0.7時的對比飽和壓力的數(shù)據(jù)計算而得，并不能直接測量。6什么是狀態(tài)方程的普遍化方法？普遍化方法有哪些類型？【參考答案：所謂狀態(tài)方程的普遍化方法是指方程中不含有物性常數(shù)a,b，而是以對

4、比參數(shù)作為獨立變量；普遍化狀態(tài)方程可用于任何流體、任意條件下的PVT性質(zhì)的計算。普遍化方法有兩種類型:（1）以壓縮因子的多項式表示的普遍化關(guān)系式（普遍化壓縮因子圖法）；（2）以兩項virial方程表示的普遍化第二virial系數(shù)關(guān)系式（普遍化virial系數(shù)法）7簡述三參數(shù)對應(yīng)狀態(tài)原理與兩參數(shù)對應(yīng)狀態(tài)原理的區(qū)別。【參考答案】：三參數(shù)對應(yīng)狀態(tài)原理與兩參數(shù)對應(yīng)狀態(tài)原理的區(qū)別在于為了提高對比態(tài)原理的精度，引入了第三參數(shù)如偏心因子e三參數(shù)對應(yīng)態(tài)原理為：在相同的和Pr下，具有相同值的所有流體具有相同的壓縮因子乙因此它們偏離理想氣體的程度相同，即Z=f（Tr9Pr）。而兩參數(shù)對應(yīng)狀態(tài)原理為：在相同對比溫度

5、Tr、對比壓力pr下，不同氣體的對比摩爾體積T（或壓縮因子Z）是近似相等的，即Z二（TrPr）。三參數(shù)對應(yīng)狀態(tài)原理比兩參數(shù)對應(yīng)狀態(tài)原理精度高得多。8總結(jié)純氣體和純液體pVT計算的異同?！緟⒖即鸢浮坑捎诜兜氯A方程（vdW方程）最大突破在于能同時計算汽、液兩相性質(zhì)，因此，理論上講，采用基于vdW方程的立方型狀態(tài)方程能同時將純氣體和純液體的性質(zhì)計算出來（最小值是飽和液體摩爾體積、最大值是飽和氣體摩爾體積），但事實上計算的純氣體性質(zhì)誤差較小，而純液體的誤差較大。因此，液體的P-V-T關(guān)系往往采用專門計算液體體積的公式計算，如修正Rackett方程，它與立方型狀態(tài)方程相比，既簡單精度又高。9如何理解混合

6、規(guī)則？為什么要提出這個概念？有哪些類型的混合規(guī)則？【參考答案】對于混合氣體，只要把混合物看成一個虛擬的純物質(zhì)，算出虛擬的特征參數(shù)，女Mr,pr，e,并將其代入純物質(zhì)的狀態(tài)方程中，就可以計算混合物的性質(zhì)了。而計算混合物虛擬特征參數(shù)的方法就是混合規(guī)則；它是計算混合物性質(zhì)中最關(guān)鍵的一步。對于理想氣體的混合物，其壓力和體積與組成的關(guān)系分別表示成Dalton分壓定律卩pPi和Amagat分體積定律Vi=（nV）yi。但對于真實氣體，由于氣體純組分的非理想性及混合引起的非理想性，使得分壓定律和分體積定律無法準確地描述真實氣體混合物的p-V-T關(guān)系。為了計算真實氣體混合物的p-V-T關(guān)系，我們就需要引入混合

7、規(guī)則的概念?；旌弦?guī)則有虛擬臨界參數(shù)法和Kay規(guī)則、立方型狀態(tài)方程的混合規(guī)則、氣體混合物的第二維里系數(shù)。10狀態(tài)方程主要有哪些類型？如何選擇使用？請給學(xué)過的狀態(tài)方程之精度排個序。【參考答案】狀態(tài)方程主要有立方型狀態(tài)方程（vdW,RK，SRK，PR）；多參數(shù)狀態(tài)方程（virial方程）；普遍化狀態(tài)方程（普遍化壓縮因子法、普遍化第二virial系數(shù)法）、液相的Rackett方程。在使用時：（1）若計算液體體積，則直接使用修正的Rackett方程（2-50）（2-53）,既簡單精度又高，不需要用立方型狀態(tài)方程來計算；（2）若計算氣體體積，SRK，PR是大多數(shù)流體的首選，無論壓力、溫度、極性如何，它們能

8、基本滿足計算簡單、精度較高的要求，因此在工業(yè)上已廣泛使用。對于個別流體或精度要求特別高的，則需要使用對應(yīng)的專用狀態(tài)方程或多參數(shù)狀態(tài)方程。精度從高到低的排序是：多參數(shù)狀態(tài)方程立方型狀態(tài)方程兩項截斷virial方程理想氣體狀態(tài)方程。立方型狀態(tài)方程中：PRSRKRKvdW第三章純流體的熱力學(xué)性質(zhì)計算1氣體熱容，熱力學(xué)能和焓與哪些因素有關(guān)？由熱力學(xué)能和溫度兩個狀態(tài)參數(shù)能否確定氣體的狀態(tài)？答：氣體熱容，熱力學(xué)能和焓與溫度壓力有關(guān)，由熱力學(xué)能和溫度兩個狀態(tài)參數(shù)能夠確定氣體的狀態(tài)。2理想氣體的內(nèi)能的基準點是以壓力還是溫度或是兩者同時為基準規(guī)定的？答：理想氣體的內(nèi)能的基準點是以溫度為基準規(guī)定的。3理想氣體熱容

9、差是否也適用于理想氣體混合物？答：理想氣體熱容差不適用于理想氣體混合物，因為混合物的組成對此有關(guān)。4熱力學(xué)基本關(guān)系式dH=TdS+Vdp是否只適用于可逆過程？答：否。熱力學(xué)基本關(guān)系式dH=TdS+Vdp不受過程是否可逆的限制5有人說：“由于剩余函數(shù)是兩個等溫狀態(tài)的性質(zhì)之差，故不能用剩余函數(shù)來計算性質(zhì)隨著溫度的變化”,這種說法是否正確？答：不正確。剩余函數(shù)是針對于狀態(tài)點而言的；性質(zhì)變化是指一個過程的變化，對應(yīng)有兩個狀態(tài)。6水蒸氣定溫過程中，熱力學(xué)內(nèi)能和焓的變化是否為零？答：不是。只有理想氣體在定溫過程中的熱力學(xué)內(nèi)能和焓的變化為零。X7用不同來源的某純物質(zhì)的蒸氣表或圖查得的焓值或熵值有時相差很多，

10、為什么？能否交叉使用這些圖表求解蒸氣的熱力過程？答：因為做表或圖時選擇的基準可能不一樣，所以用不同來源的某純物質(zhì)的蒸氣表或圖查得的焓值或熵值有時相差很多。不能夠交叉使用這些圖表求解蒸汽的熱力過程。8氨蒸汽在進入絕熱透平機前，壓力為20Mpa,溫度為150C，今要求絕熱透平膨脹機出口液氨不得大于5%,某人提出只要控制出口壓力就可以了。你認為這意見對嗎？為什么？請畫出T-S圖示意說明。答：可以。因為出口狀態(tài)是濕蒸汽，確定了出口的壓力或溫度，其狀態(tài)點也就確定了。9很純的液態(tài)水，在大氣壓力下，可以過冷到比0C低得多的溫度假設(shè)1kg已被冷至-5C的液體?，F(xiàn)在，把一很小的冰晶（質(zhì)量可以忽略）投入此過冷液體

11、內(nèi)作為晶種。如果其后在1.013X10Pa下絕熱地發(fā)生變化,試問：1）系統(tǒng)的終態(tài)怎樣？（2）過程是否可逆？答：壓力增高，又是絕熱過程，所以是一個壓縮過程（熵增加，若為可逆過程則是等熵過程），故系統(tǒng)的終態(tài)仍是過冷液體。此過程不可逆。10A和B兩個容器，A容器充滿飽和液態(tài)水，B容器充滿飽和蒸氣。二個容器的容積均為1000cm，壓力都為1MPa。如果這兩個容器爆炸，試問哪一個容器被破壞得更嚴重？答：A容器被破壞得更嚴重。因為在壓力、體積相同的情況下，飽和液態(tài)水的總熱力學(xué)能遠遠大于飽和蒸氣。習(xí)題四一、是否題二、4-1對于理想溶液的某一容量性質(zhì)M，則Mi=叫。解：否2在常溫、常壓下，將10cm3的液體水

12、與20cm3的液體甲醇混合后，其總體積為30cm3。解：否3溫度和壓力相同的兩種純物質(zhì)混合成理想溶液，則混合過程的溫度、壓力、焓、Gibbs自由能的值不變。解：否4對于二元混合物系統(tǒng)，當(dāng)在某濃度范圍內(nèi)組分2符合Henry規(guī)則，則在相同的濃度范圍內(nèi)組分1符合Lewis-Randall規(guī)則。解：是5在一定溫度和壓力下的理想溶液的組分逸度與其摩爾分數(shù)成正比。解：是6理想氣體混合物就是一種理想溶液。解：是7對于理想溶液，所有的混合過程性質(zhì)變化均為零。解：否8對于理想溶液所有的超額性質(zhì)均為零。解：否9理想溶液中所有組分的活度系數(shù)為零。解：否10系統(tǒng)混合過程的性質(zhì)變化與該系統(tǒng)相應(yīng)的超額性質(zhì)是相同的。解：否

13、11理想溶液在全濃度范圍內(nèi)，每個組分均遵守Lewis-Randall定則。解：否12對理想溶液具有負偏差的系統(tǒng)中，各組分活度系數(shù)Y.均大于1。解：否i4-13Wilson方程是工程設(shè)計中應(yīng)用最廣泛的描述活度系數(shù)的方程。但它不適用于液液部分互溶系統(tǒng)。解：是習(xí)題五一是否題1汽液平衡關(guān)系/V=/L的適用的條件是理想氣體和理想溶液。ii解：否。適用所有氣體和溶液。2汽液平衡關(guān)系py=psyx的適用的條件是低壓條件下的非理想液相。iiii解：是。只有低壓條件下P=1,9s=1ii3在（1）（2）二元系統(tǒng)的汽液平衡中，若（1）是輕組分，（2）是重組分，則yx，yx。1122解：錯，若系統(tǒng)存在共沸點，就可以

14、出現(xiàn)相反的情況。4混合物汽液相圖中的泡點曲線表示的是飽和汽相，而露點曲線表示的是飽和液相。解：錯。正好相反。5對于負偏差系統(tǒng)，液相的活度系數(shù)總是小于1。解：是。6在一定壓力下，組成相同的混合物的露點溫度和泡點溫度不可能相同。解：錯，在共沸點時相同。7在組分（1）-組分（2）二元系統(tǒng)的汽液平衡中，若（1）是輕組分，（2）是重組分，若溫度一定，則系統(tǒng)的壓力，隨著x1的增大而增大。解：錯，若系統(tǒng)存在共沸點，就可以出現(xiàn)相反的情況。8理想系統(tǒng)的汽液平衡K等于1。i解：錯，理想系統(tǒng)即汽相為理想氣體，液相為理想溶液P=1,ps=1，Y.=1，但K不一定等于1。iii9對于理想系統(tǒng)，汽液平衡常數(shù)K,只與T、p

15、有關(guān)，而i與組成無關(guān)。解：對，對于理想系統(tǒng)K=鼻=鼻=p，只與T、Pixpii有關(guān)，而與組成無關(guān)。10能滿足熱力學(xué)一致性的汽液平衡數(shù)據(jù)就是高質(zhì)量的數(shù)據(jù)。解：錯。熱力學(xué)一致性是判斷實驗數(shù)據(jù)可靠性的必要條件，但不是充分條件。即符合熱力學(xué)一致性的數(shù)據(jù)，不一定是正確可靠的；但不符合熱力學(xué)一致性的數(shù)據(jù)，一定是不正確可靠的。11當(dāng)潛水員深海作業(yè)時，若以高壓空氣作為呼吸介質(zhì)，由于氮氣溶入血液的濃度過大，會給人體帶來致命影響（類似氮氣麻醉現(xiàn)象）。根據(jù)習(xí)題5-11表1中25C下溶解在水中的各種氣體的Henry常數(shù)H,認為以二氧化碳和氧氣的混和氣體為呼吸介質(zhì)比較適合。習(xí)題5-11表1幾種氣體的Henry常數(shù)氣體H

16、/MPa氣體H/MPa氣體H/MPa氣體H/Pa乙炔135一氧化碳540氦氣12660甲烷4185空氣7295乙烷3060氫氣7160氮氣8765二氧化碳167乙烯1155硫化氫55氧氣4438解：錯。宜用氦氣為呼吸介質(zhì)比較適合，因為物質(zhì)的Henry常數(shù)H越大，其溶解在血液中的含量越小，才不至于出現(xiàn)反應(yīng)。5-12利用Gibbs-Duhem方程，可以從某一組分的偏摩爾性質(zhì)求另一組分的偏摩爾性質(zhì)；并可檢驗實驗測得的混合物熱力學(xué)數(shù)據(jù)及建立的模型的正確性。解：對。思考題：1空氣被壓縮機絕熱壓縮后溫度是否上升，為什么？2為什么節(jié)流裝置通常用于制冷和空調(diào)場合？答：因為他具有節(jié)流降壓作用。當(dāng)常溫高壓的制冷劑

17、飽和液體流過節(jié)流閥，變成低溫低壓的制冷劑液體并產(chǎn)生少許閃發(fā)氣體。進而實現(xiàn)向外界吸熱的目的。3請指出下列說法的不妥之處：不可逆過程中系統(tǒng)的熵只能增大不能減少。系統(tǒng)經(jīng)歷一個不可逆循環(huán)后，系統(tǒng)的熵值必定增大。在相同的始末態(tài)之間經(jīng)歷不可逆過程的熵變必定大于可逆過程的熵變。如果始末態(tài)的熵值相等，則必定是絕熱過程；如果熵值增加，則必定是吸熱過程。4某封閉體系經(jīng)歷一可逆過程。體系所做的功和排出的熱量分別為15kJ和5kJ。試問體系的熵變：（a）是正？（b）是負？（c）可正可負？答：負5某封閉體系經(jīng)歷一不可逆過程。體系所做的功為15kJ,排出的熱量為5kJ。試問體系的熵變：（a）是正？（b）是負？（c）可正可

18、負？答：可正可負6某流體在穩(wěn)流裝置內(nèi)經(jīng)歷一不可逆過程。加給裝置的功為25kJ，從裝置帶走的熱（即流吸熱）是10kJ0試問流體的熵變：（a）是正？（b）是負？（c）可正可負？答：正7某流體在穩(wěn)流裝置內(nèi)經(jīng)歷一個不可逆絕熱過程，加給裝置的功是24kJ，從裝置帶走的熱量（即流體吸熱）是10kJ。試問流體的熵變：（a）是正？（b）是負？（c）可正可負？答:正8熱力學(xué)第二定律的各種表述都是等效的，試證明：違反了克勞休斯說法，則必定違反開爾文說法。答：熱力學(xué)第二定律的開爾文表述和克勞修斯表述在本質(zhì)上是完全等效的。如果違背了其中一種表述，則必然違背了另一種表述。9理想功和可逆功有什么區(qū)別？答：理想功和可逆功并

19、非同一概念。理想功是指可逆有用功，即可利用的功，但并不等于可逆功的全部，所以有些情況下可逆功不能利用。10對沒有熵產(chǎn)生的過程，其有效能損失是否必定為零？11總結(jié)典型化工過程熱力學(xué)分析。習(xí)題七及答案一、問答題1.Rankine循環(huán)與卡諾循環(huán)有何區(qū)別與聯(lián)系？實際動力循環(huán)為什么不采用卡諾循環(huán)？答：兩種循環(huán)都是由四步組成，二個等壓過程和二個等熵（可逆絕熱）過程完成一個循環(huán)。但卡諾循環(huán)的二個等壓過程是等溫的，全過程完全可逆；Rankine循環(huán)的二個等壓過程變溫，全過程只有二個等熵過程可逆?？ㄖZ循環(huán)中壓縮機壓縮的是濕蒸汽，因氣蝕損壞壓縮機；且絕熱可逆過程難于實現(xiàn)。因此，實際動力循環(huán)不采用卡諾循環(huán)。2.Ra

20、nkine循環(huán)的缺點是什么？如何對其進行改進？答：Rankine循環(huán)的吸熱溫度比高溫燃氣溫度低很多，熱效率低下，傳熱損失極大?？赏ㄟ^：提高蒸汽的平均吸熱溫度、提高蒸汽的平均壓力及降低乏汽的壓力等方法進行改進。3.影響循環(huán)熱效率的因素有哪些?如何分析?答：影響循環(huán)熱效率的因素有工質(zhì)的溫度、壓力等。具體可利用下式T“=1-蘆H分析確定哪些因素會改變T或T，從而得到進一步工作的方案。LH4蒸汽動力循環(huán)中，若將膨脹做功后的乏氣直接送人鍋爐中使之吸熱變?yōu)樾抡羝瑥亩苊庠诶淠髦蟹艧?，不是可大大提高熱效率?這種想法對否?為什么?答：不合理。蒸汽動力循環(huán)以水為工質(zhì)，只有在高壓下才能提高水溫；乏汽的壓力過

21、低，不能直接變成高壓蒸汽。與壓縮水相比較，壓縮蒸汽消耗的工太大，不僅不會提高熱效率，反而會大大降低熱效率。5蒸氣壓縮制冷循環(huán)與逆向卡諾循環(huán)有何區(qū)別與聯(lián)系?實際制冷循環(huán)為什么不采用逆向卡諾循環(huán)?答：兩種循環(huán)都是由四步組成，二個等壓過程和二個等熵（可逆絕熱）過程完成一次循環(huán)。但逆向卡諾循環(huán)的二個等壓過程是等溫的，全過程完全可逆；蒸氣壓縮制冷循環(huán)的二個等壓過程變溫，全過程只有二個等熵過程可逆。Carnot制冷循環(huán)在實際應(yīng)用中是有困難的，因為在濕蒸汽區(qū)域壓縮和膨脹會在壓縮機和膨脹機汽缸中形成液滴，造成“汽蝕”現(xiàn)象，容易損壞機器；同時壓縮機汽缸里液滴的迅速蒸發(fā)會使壓縮機的容積效率降低。6影響制冷循環(huán)熱效率的因素有哪些?答：主要有制冷裝置的制冷能力、壓縮機的功率、高溫物體及低溫物體的溫度等。7如果物質(zhì)沒有相變的性質(zhì)，能否實現(xiàn)制冷循環(huán)？動力循環(huán)又如何?答：不能實現(xiàn)。動力循環(huán)也無法實現(xiàn)。8制冷循環(huán)可產(chǎn)生低溫，同時是否可以產(chǎn)生高溫呢?為什么？答：可以。制冷循環(huán)與熱泵循環(huán)在熱力學(xué)上并無區(qū)別，其工作循環(huán)都是逆向循環(huán)，區(qū)別僅在于使用目的。逆向循環(huán)具有從低溫?zé)嵩次鼰帷⑾蚋邷責(zé)嵩捶艧岬奶攸c。當(dāng)使用目的是從低溫?zé)嵩次諢崃繒r，為制冷循環(huán)；當(dāng)使用目的是向高溫?zé)嵩瘁?/p>