化工1203班熱力學(xué)試卷1

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中南大學(xué)化工熱力學(xué)試卷

2023-2023學(xué)年第一學(xué)期；時(shí)間100分鐘；化工熱力學(xué)課程64學(xué)時(shí)3.5學(xué)分考試形式：閉卷；專業(yè)年級(jí)：化工12級(jí)、高工；總分100分，占總評(píng)成績(jī)70%一、填空題（每空一分，共25分）

1:封閉系統(tǒng)的熱力學(xué)第一定律______，穩(wěn)流系統(tǒng)的熱力學(xué)第一定律______?U?Q?W?H?1?u2?g?Z?Q?W22：真實(shí)氣體混合物的非理想性由____________和____________導(dǎo)致氣體純組分的非理想性混合引起的非理想性

3：最大的熱機(jī)效率是____________，____________就是其中的一種，其效率的表達(dá)式為____

____________可逆熱機(jī)的效率卡諾熱機(jī)nc?WcT?1?LQHTH

4：在制冷循環(huán)中，獲得低溫的方法尋常是用高壓、常溫的流體進(jìn)行絕熱膨脹來實(shí)現(xiàn)的。絕熱膨脹有____________和____________節(jié)流膨脹作功膨脹

5：熵產(chǎn)的原因是____________________________________有序能量耗散為無序的熱能，并被體系吸收

6：熱力學(xué)一致性檢驗(yàn)的主要原理是__________________，其方法分為兩類，一類是____________，另一類是____________

吉布斯-杜亥姆方程積分式的總包檢驗(yàn)對(duì)每一數(shù)據(jù)點(diǎn)進(jìn)行校驗(yàn)

7.初壓初溫一致的空氣，分別經(jīng)過可逆等溫壓縮、多變壓縮、絕熱壓縮至一致壓力，功耗|ωs|的大小順序是________________________________。

絕熱壓縮＞多變壓縮＞等溫壓縮

8.某干度為0.9853的蒸汽在0.01235MPa，50℃下，hf=209.33kJ/kg,hg=2592.1kJ/kg,則其h為_____________。

2557.1kJ/kg2592.1*0.9853+209.33*(1-0.9853)=2557.1

9.

如圖，一熱機(jī)經(jīng)過卡諾循環(huán)A→B→C→D→A，其中SABCD=S1，SABGF=S2，則卡諾效率為__________。

S1/S210.溫度差決定________的趨向，壓力差決定_________的趨向，化學(xué)位之差決定_____________________的趨向。

熱傳導(dǎo)；物體運(yùn)動(dòng)；化學(xué)反應(yīng)或物質(zhì)在相間傳遞；11.透平的作用是________________________。將流體中的能量轉(zhuǎn)換為機(jī)械功

12.溶液的活度與________和__________有關(guān)，活度系數(shù)γ可用來描述溶液非理想性，γ越大，非理想性________。溫度；壓力；越小13.

表

示

________________________

，

表

示

________________________。

理想溶液中組分i的摩爾自由焓；理想溶液中組分i的摩爾混合自由焓

二、簡(jiǎn)答（每題5分，共10分）

1寫出穩(wěn)定滾動(dòng)系統(tǒng)熱力學(xué)第一定律的一般形式，并對(duì)流體流經(jīng)泵和流經(jīng)換熱器的系統(tǒng)進(jìn)行適當(dāng)?shù)暮?jiǎn)化。答

穩(wěn)定滾動(dòng)系統(tǒng)的熱力學(xué)第一定律表達(dá)式為:ΔH+1/2Δu2+gΔz=Q+Ws

（1)流體流經(jīng)換熱器傳質(zhì)設(shè)備：Ws=0；另外，考慮動(dòng)能項(xiàng)和勢(shì)能項(xiàng)與焙變之間的數(shù)量級(jí)區(qū)別，動(dòng)能項(xiàng)和勢(shì)能項(xiàng)可以忽略，即1/2Δu2≈0，gΔz≈0因此，穩(wěn)流系統(tǒng)熱力學(xué)第一定律可化簡(jiǎn)為:ΔH=Q

(2)流體流經(jīng)泵、壓縮機(jī)、透平等設(shè)備，在數(shù)量級(jí)的角度上，動(dòng)能項(xiàng)和勢(shì)能項(xiàng)不能與焙變相比較，可以忽略，即1/2Δu2≈0，gΔz≈0即ΔH=Q+Ws。若這些設(shè)備可視為與環(huán)境絕熱，或傳熱量與所做功的數(shù)值相比可忽略不計(jì)，那么進(jìn)一步可化簡(jiǎn)為:ΔH=Ws

三、計(jì)算題（每題15分，共65分）

1、將一剛性容器抽空，在液氮的常沸點(diǎn)下裝到容積的一半，然后關(guān)閉這個(gè)容器，加熱到21℃，試計(jì)算所產(chǎn)生的壓力。已知液氮的常沸點(diǎn)KTb4.77,其摩爾體積在

常沸點(diǎn)時(shí)為0.0347m3·kmol-1。Tc=126.2K,Pc=3.394Pa,=0.04。解：加熱到T＝294.5K時(shí)，液氮汽化為氮?dú)釴221℃下N2的摩爾體積：（1）由R－K方程計(jì)算：

（2）采用SRK方程計(jì)算

21℃代入下式：

所以：

由于高壓低溫，采用SRK方程計(jì)算，精度較高。但若過程結(jié)果正確，兩種方法都正確。

2、某蒸汽動(dòng)力裝置，進(jìn)入蒸汽透平的蒸汽流量為1680kg·h-1，溫度為430℃，壓力為3.727MPa。蒸汽透平絕熱膨脹對(duì)外做功。產(chǎn)功后的乏汽分別為：

（1）0.1049MPa的飽和蒸汽；（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）試求此兩種狀況下，蒸汽經(jīng)透平的理想功與熱力學(xué)效率。已知大氣溫度為25℃。

-1-1-1

（已知3.727MPa，430℃時(shí)h1=3280kJ·kg，s1=6.92kJ·kg·K）解：（1）h1=3280kJ·kg-1s1=6.92kJ·kg-1·K-1

h2=2680kJ·kg-1s2=7.36kJ·kg-1·K-1

Wid=m(h2-h1)-mT（=1680[(2680-3280)-298×(7.36-6.92)]=-12280s2-s1）×103kJ·h-1

絕熱：Q=0，Ws=△H=m（h2-h1）=-1008×103kJ·h-1

W1008?103?T???0.8213Wid1228?10（2）h3?2620kJ?kg?1s3?8.02kJ?kg?1?k?1

Wid?1680[?(2620?3280)?298?(8.02?6.92)]=1693?103kJ?h?1Ws???H??1680(2620?3280)?1108.2?103kJ?h?1

1108.2?103?0.651?T?31693?103、某二元溶液,Lewis-Randall規(guī)則標(biāo)準(zhǔn)態(tài)的超額Gibbs自由能可由下式給出：

GE/RT???1?2

式中：?為常數(shù)，兩純組元逸度分別為f1和f2，單位為Pa,GE:J?mol?1,T:K,求：

(1)以Lewis-Randall規(guī)則為標(biāo)準(zhǔn)態(tài)的活度系數(shù)?1和?2的表達(dá)式。

??(2)以Henry定律為標(biāo)準(zhǔn)態(tài)的活度系數(shù)?1與?2的表達(dá)式。

**??(nGE/RT)??解：（1）由于ln?1??

?ni??T,P,nj故：對(duì)于二元混合物，可以使用二元截距公式計(jì)算活度系數(shù)

二元截距公式為:

?dMM1?M?x2dx2

dM

M2?M?x1dx1則：

?GEd(GE/RT)ln?1??x2RTdx2ln?2?Gd(G/RT)?x1RTdx1EE

將GE/RT??x1x2代入上式，整理得：

(2)由活度的定義：ai?ln?1??x222

ln?2??x1???fif?i

因此，以Lewis-Randall規(guī)則為標(biāo)準(zhǔn)態(tài)的活度系數(shù)?1和?2分別為：

??f?1??1f1x1?f?2??2f2x2，則

?f?1?fx??fxe?111??2?x2?112?x1

f?2?f2x2?2?f2x2e?fixi又由于亨利系數(shù)：ki?limxi?0則，k1?limx1?02?x2??fifxe?lim11?f1?e?x1x1?0x1??k?f同理可得：22e

?與?2?的表達(dá)式為：則依據(jù)定義式：以Henry定律為標(biāo)準(zhǔn)的活度系數(shù)?1?2?x2???2f1f1x1e?(x2?1??????e?1)k1x1f1ex12?x1??2f2f2x2e?(x1?1)???2????ek2x2f2ex2

4、寫出已知壓力(p)和液相組成(x1，x2，…，xn)，求泡點(diǎn)溫度