熱力學(xué)復(fù)習(xí)教材

第一章流體的熱力學(xué)性質(zhì)1、維里方程：例2-1已知200℃時，異丙醇蒸氣的第二維里系數(shù)和第三維里系數(shù)為：試計算200℃，1MPa時，異丙醇蒸氣的V和Z：（1）用理想氣體方程；（2）用式2-7；（3）用式2-8。解：(1)用理想氣體方程:(2)用式2-7:(3)用式2-8，需采用迭代的方法進(jìn)行計算:2、范德華方程：3、R—K方程：T＞TC時：方程只有一個正實根；T=TC時:方程僅有一個正實根；T＜TC時:高壓下，有一個正實根低壓下有三個正實根（小值：液相摩爾體積；大值：蒸汽摩爾體積中間值：無意義。）例2-2：已知氯甲烷在60℃時的飽和蒸汽壓為1.376MPa，試用R—K方程計算此條件下飽和蒸汽和飽和液體的摩爾體積。實驗值為VL=1.636m3·kmol-1，VG=0.06037m3·kmol-1。解：（1）查得氯甲烷臨界參數(shù)PC=6.68×106MPaTC=416.3K（2）計算參數(shù)（3）計算飽和蒸汽摩爾體積（4）計算飽和液體摩爾體積（5）誤差分析：4、S—R—K方程：5、（1）范德華方程的普遍化形式：（2）R—K方程普遍化形式：（3）S—R—K方程普遍化形式：例2-3：試分別用R—K方程和S—R—K方程的普遍化式計算360K、1.541MPa下異丁烷蒸汽的壓縮因子，已知由實驗數(shù)據(jù)求出的Z實=0.7173。解：查得異丁烷的臨界參數(shù)為：TC=408.1K、PC=3.65MPaw=0.176（1）R—K方程:（2）S—R—K方程:兩種方法的比較：6、兩參數(shù)的壓縮因子關(guān)系式：所有氣體處在相同的對比溫度和對比壓力時，必定具有相同的壓縮因子。7、當(dāng)Tr=0.7時，lgPrs=-1.000偏心因子：例2-4：試用下列三種方法計算510K，2.5MPA正丁烷的摩爾體積。已知實驗值為1.4807m3·kmol-1。（1）用理想氣體方程；（2）用普遍化壓縮因子關(guān)系；（3）用普遍化維里系數(shù)關(guān)聯(lián)解：查得正丁烷的臨界參數(shù)和特性參數(shù)：（1）理想氣體方程（2）普遍化壓縮因子圖（3）普遍化維里系數(shù)關(guān)聯(lián)（4）三個方程計算結(jié)果誤差比較例2-5某容器置于65oC恒溫浴中，體積為0.03m3，內(nèi)裝0.5kg氣體氨，試分別用下列三種方法計算氣體的壓力。已知實驗值為2.382Mp（1）用理想氣體方程；（2）用R—K方程；（3）用普遍化關(guān)聯(lián)式解：查得氨的臨界參數(shù)和特性參數(shù)（1）理想氣體方程（2）R—K方程則：（3）普遍化關(guān)聯(lián)A、普遍化維里系數(shù)法3、普遍化壓縮因子圖（4）三個方程計算結(jié)果誤差比較8、混合物的虛擬參數(shù)Mm與純物質(zhì)參數(shù)Mi以及組成yi之間的關(guān)系式:阿瑪格分體積定律適用于真實氣體混合物Zm：混合物的壓縮因子Vi：純組分體積Zi：組分i的壓縮因子，是i組分在混合物的總壓力和溫度下的壓縮因子。例2-6某合成氨廠原料氣的配比是N2:H2=1:3（摩爾比），進(jìn)合成塔前，先把混合氣體壓縮到40.532MPa，并加熱到300oC。由于混合氣體的摩爾體積是合成塔尺寸設(shè)計的必要數(shù)據(jù)，（Vm=1.1155）試采用下列方法進(jìn)行計算：（1）理想氣體方程；（2）Amagat定律與普遍化壓縮因子圖聯(lián)用；（3）虛擬臨界參數(shù)解：首先查取各組分的特性參數(shù)（1）理想氣體方程（2）Amagat定律與普遍化壓縮因子圖聯(lián)用首先計算出兩組分的對比參數(shù)：其次：由壓縮因子圖2-4C查取H2、N2壓縮因子（3）虛擬臨界參數(shù)（4）誤差比較第二章純流體的熱力學(xué)性質(zhì)12、剩余性質(zhì)：3、流體體積膨脹系數(shù)：4、例2-11：試求在200°C、7MPa下1-丁烯蒸汽的V、H和S。假1-丁烯飽和液體在0°C時H和S值為零，已知TC=419.6K，PC=4.02MPa、ω=0.187，正常沸點Tn=267K，解：求V：由三參數(shù)壓縮因子圖查得：Z0=0.476Z1=0.135（2）求H、S：由安托尼公式計算飽和蒸汽壓：將上面數(shù)據(jù)代入公式即可求得方程參數(shù)：A=7.83B=2702即可求得0°C的飽和蒸汽壓：汽化潛熱計算Reidel公式：由Watson公式：在273.15K下Tr=273.15/419.6=0.651采用普遍化維里系數(shù)法：壓力較高，采用壓縮因子圖2-14—2-20第三章熱力學(xué)第一定律及其應(yīng)用1、內(nèi)總能量的變化：2、能量平衡方程式可簡化為：對單位質(zhì)量物料：由附表3查得95oC飽和水的焓：則有：根據(jù)h2再查附表3，得到第二貯水罐的水溫度約為47.51oC。3、（1）機(jī)械能平衡式：（2）絕熱穩(wěn)定流動方程式：（3）節(jié)流過程為等焓過程。（4）與外界有大量熱、軸功交換的穩(wěn)流過程：eq\o\ac(○,1)若絕熱（絕熱壓縮和膨脹）eq\o\ac(○,2)無功交換：例3-2丙烷氣體在2MPa、400K時穩(wěn)流經(jīng)過節(jié)流裝置后減壓到0.1MPa。試求丙烷節(jié)流后的溫度和節(jié)流過程的熵變。解：分析：節(jié)流過程為等焓：由焓變的計算式：節(jié)流之后壓力較低，可視為理想氣體：則可得到節(jié)流之后溫度的表達(dá)式為：（1）計算查取丙烷臨界參數(shù)初態(tài)對比參數(shù)為：由圖2-10判斷，應(yīng)采用普遍化維里系數(shù)法（3）計算4、（1）可逆軸功WS(R)：耗功過程為最小值，產(chǎn)功過程為最大值。不可壓縮流體：（2實際軸功WS：產(chǎn)功過程：機(jī)械效率耗功過程：例3.4某化工廠用蒸汽透平帶動事故泵，動力裝置流程如圖所示，水進(jìn)入給水泵的壓力為0.09807MPa（絕）,溫度為15℃。水被加壓到0.687MPa（絕）,后進(jìn)入鍋爐，將水加熱成飽和蒸汽。蒸汽由鍋爐進(jìn)入透平，并在透平中進(jìn)行膨脹作功，排出的蒸汽壓力為0.09807MPa，蒸汽透平輸出的功主要用于帶動事故泵，有一小部分用于帶動給水泵，若透平機(jī)和給水泵都是絕熱可逆操作，問有百分之幾的熱能轉(zhuǎn)化為功？解：取1kg水為計算基準(zhǔn)（1）計算qⅠ、求h2以給水泵為體系，根據(jù)能量平衡方程式由水蒸氣表查得15℃下水的飽和蒸汽壓為1.7051kpa，v=0.001m3·kg-1。h1由15℃下飽和水的焓來計算，查表得由Ⅱ、求h3由687kPa的飽和蒸汽表得Ⅲ、求q以鍋爐為體系：Ⅳ、求h4透平機(jī)為絕熱可逆條件下操作，故：例：用過剩20%的空氣燃燒甲烷，二者均在25°C，進(jìn)入燃燒爐，試求燃燒所能達(dá)到的最高溫度。以1mol甲烷為計算基準(zhǔn)。進(jìn)入燃燒爐的氣體為：甲烷：1molN2：2.4×79/21=9.03mol；O2：2.4mol（需要理論O2的摩爾數(shù)2，過剩2×0.2=0.4mol）離開燃燒爐的氣體為：O2：0.4mol（過剩O2摩爾數(shù)2×0.2=0.4mol）N2：2.4×79/21=9.03molCO2：1molH2O：2mol例：5、eq\o\ac(○,1)等溫過程eq\o\ac(○,2)絕熱過程單原子氣體：K=1.667雙原子氣體：K=1.40三原子氣體：K=1.333eq\o\ac(○,3)多變過程6、真實氣體壓縮功的計算eq\o\ac(○,1)等溫過程：eq\o\ac(○,2)絕熱過程：eq\o\ac(○,3)多變過程：7、易液化的氣體：絕熱過程：多變過程：8、壓縮比：第四章熱力學(xué)第二定律及其應(yīng)用??溫差越小，熵變越小，不可逆程度越??；溫差越大，熵變越大，不可逆程度越大；溫差為0，傳熱過程接近可逆，熵變接近0。不可逆過程可逆過程2、熵流：3、熵產(chǎn)不可能過程4、封閉體系熵平衡：5、孤立體系：6eq\o\ac(○,1)穩(wěn)流過程：eq\o\ac(○,2)絕熱過程：:eq\o\ac(○,3)不可逆絕熱過程：eq\o\ac(○,4)可逆絕熱過程：1、等壓加熱和冷卻過程：2、節(jié)流膨脹過程：3、等熵膨脹或壓縮過程：可逆絕熱：不可逆絕熱：等熵膨脹效率：等熵壓縮效率：1、2→3：3為濕蒸汽，其對應(yīng)透平機(jī)出口點，將造成透平機(jī)侵蝕現(xiàn)象。2、4→1：4點在兩相區(qū)，汽水混合物無法用泵輸送?？ㄖZ熱機(jī)優(yōu)點：效率最高例4-5某蒸汽動力循環(huán)裝置產(chǎn)生過熱蒸汽壓力為：8600kPa、500℃蒸汽進(jìn)入透平機(jī)絕熱膨脹作功，透平排出的乏汽壓10kPa，乏汽進(jìn)入冷凝器全部冷凝為飽和液態(tài)水，然后泵入鍋爐。試求：1、理想的朗肯循環(huán)的熱效率。2、已知透平和水泵的等熵效率為0.75，實際動力循環(huán)熱效率。3、設(shè)計要求實際動力循環(huán)輸出的軸功率為80000kW，試求蒸汽流量以及鍋爐和冷凝器的傳熱速率?？ㄖZ循環(huán)：兩個傳熱過程為無溫差的可逆?zhèn)鳠徇^程。朗肯循環(huán)：傳熱是有溫差。約能源的措施就是提高平均吸熱溫度，或降低冷凝溫度朗肯循環(huán)改進(jìn)的措施：（1）提高過熱蒸汽的溫度（2）提高過熱蒸汽的壓力（3）采用再熱循環(huán)7、制冷系數(shù)：8、制冷系數(shù)提高措施：（1）降低冷凝溫度和冷凝器傳熱溫差；（2）提高蒸發(fā)溫度和蒸發(fā)器的傳熱溫差；（3）降低過冷溫度。第五章化工過程熱力學(xué)分析例5-1試求25℃、0.10133MPa的水變?yōu)?℃、0.10133MPa冰的理想功已知0℃冰的溶解焓變?yōu)?34.7kJ·kg-1。設(shè)環(huán)境溫度為（1）25℃，（2）-25℃解：25℃、0.10133MPa的水的焓和熵：h1=104.89kJ·kg-1s1=0.3674kJ·kg-1·K-10℃、0.10133MPa的冰的焓和熵：h2=-334.7kJ·kg-1s2=-1.2260kJ·kg-1·K-1

（1）25℃

（2）-25℃例5-5某合成氨廠甲烷蒸汽轉(zhuǎn)化工段轉(zhuǎn)化氣量為5160Nm3（tNH3）-1，因工藝需要，將其溫度從1000℃降到380℃?，F(xiàn)有廢熱鍋爐機(jī)組回收余熱，已知通過蒸汽透平回收的實際功為283kW·h。試求（1）轉(zhuǎn)化氣降溫過程的理想功；（2）余熱動力裝置的熱效率；（3）此余熱利用過程的熱力學(xué)效率。大氣溫度為30℃，轉(zhuǎn)化氣降溫過程壓力不變，在380-1000溫度范圍內(nèi)等壓熱容為36kJ·kmol-1·K-1，廢熱鍋爐和透平的熱損失可忽略不計，透平乏汽直接排入大氣。

（2）熱效率（3）熱力學(xué)效率

1、不可逆過程的損耗功WL：

2、流體流動過程

若溫度和比容變化不大則：eq\o\ac(○,1)減低流速、增大管徑、加減阻劑。eq\o\ac(○,2)升高溫度，在深冷時要減小流動阻力損失。

eq\o\ac(○,3)氣體節(jié)流比液體的損耗功大，氣體通常用膨脹機(jī)、液體采用節(jié)流閥，以減少功的損耗。3、傳熱過程中損耗的功為：

eq\o\ac(○,1)減小溫差、增大傳熱面積、設(shè)備費(fèi)用增加。eq\o\ac(○,2)低溫下傳熱，損耗功更大，高溫傳熱可允許的溫差大一些

節(jié)能方向：溫差減小、做到溫度匹配、溫差分布合理。4、能級：高級能量僵態(tài)能量低級能量5、熱有效能的計算：6、（1）一切不可逆過程中，均有效能轉(zhuǎn)化為無效能。

（2）只有可逆過程有效能才守衡。（3）由無效能轉(zhuǎn)化為無效能是不可能的。

例5-16設(shè)有合成氨廠二段爐出口高溫轉(zhuǎn)化氣余熱利用裝置，見圖，轉(zhuǎn)化氣進(jìn)入廢熱鍋爐的溫度為1000℃，離開時為380℃,其流量為5160Nm3，可以忽略降溫過程中壓力變化。廢熱鍋爐產(chǎn)生4MPa、430℃的過熱蒸汽，蒸汽通過透平作功。離開透平乏汽的壓力為0.01235MPa，其干度為0.9853。轉(zhuǎn)化氣在有關(guān)溫度范圍的平均等壓熱容為36kJ·kmol·K-1。乏汽進(jìn)入冷凝器用30℃的冷卻水冷凝，冷凝水用水泵打入鍋爐進(jìn)入鍋爐的水溫為50℃，試用能量衡算法計算此余熱利用裝置的熱效率（忽略過程的熱損失）。

例5-17設(shè)有合成氨廠二段爐出口高溫轉(zhuǎn)化氣余熱利用裝置，見圖，轉(zhuǎn)化氣進(jìn)入廢熱鍋爐的溫度為1000℃，離開時為380℃,其流量為5160Nm3，可以忽略降溫過程中壓力變化。廢熱鍋爐產(chǎn)生4MPa、430℃的過熱蒸汽，蒸汽通過透平作功。離開透平乏汽的壓力為0.01235MPa，其干度為0.9853。轉(zhuǎn)化氣在有關(guān)溫度范圍的平均等壓熱容為36kJ·kmol·K-1。乏汽進(jìn)入冷凝器用30℃的冷卻水冷凝，冷凝水用水泵打入鍋爐進(jìn)入鍋爐的水溫為50℃，試用熵分析法評價其能量利用情況。

例5-18設(shè)有合成氨廠二段爐出口高溫轉(zhuǎn)化氣余熱利用裝置，見圖，轉(zhuǎn)化氣進(jìn)入廢熱鍋爐的溫度為1000℃，離開時為380℃,