资源描述
1、有一水泵每小时从水井抽出的水并泵入储水槽中，水井深，储水槽的水位离地面，水泵用功率为的电机驱动，在泵送水过程中，只耗用该电机功率的45。储水槽的进、出水位的质量流量完全相等，水槽内的水位维持不变，从而确保水作稳态流动。在冬天，井水温度为,为防止水槽输出管路发生冻结现象，在水的输入管路上安设一台加热器对水进行加热，使水温保持在，试计算此加热器所需净输入的热量。【解】：流动体系由水井、管路、泵、加热器和储水槽组成。计算基准：以一小时操作记， 稳流过程： 水热容： 2、为远程输送天然气,采用压缩液化法。若天然气按甲烷计算，将天然气自、27绝热压缩到,并经冷凝器冷却至27。已知压缩机实际的功耗为,冷却水温为27。试求冷凝器应移走的热量，压缩、液化过程的理想功、损耗功与热力学效率。已知甲烷的焓和熵值如下压力温度（）hs0.0980727953.17.0676.66727886.24.717甲烷:. 已知: 求： 压缩.汽化过程 解：压缩过程: 、(损耗功:或:)3、有一温度为、流量为的热水和另一股温度为、流量为的水绝热混合。试分别用熵分析和有效能分析计算混合过程的有效能损失。大气温度为。问此过程用哪个分析方法求有效能损失较简便？为什么？解： 求得Q0 W30 H0熵分析法有效能分析法 4、乙醇（1）甲苯（2）二元系统的气液平衡实验测得如下数据： K，kPa，。并已知318K纯组元的饱和蒸气压为kPa, kPa。设蒸气相为理想气体，求 （1）液体各组元的活度系数； （2）液相的和的值； （3）如果还知道混合热，可近似用下式表示：试估算在333K，时液体混合物的值。解：（1）根据 得： （2）根据 得： 根据 得： （3）已知 据 得 （恒，） 将 ，代入上式得 5、在总压101.3kPa及350.8K下，苯（1）与环己烷（2）形成的恒沸混合物。在此温度下，纯苯的蒸气压是99.40kPa，纯环己烷的蒸气压是97.27kPa。（1）试用van Laar方程计算全浓度范围内，苯和环己烷的活度系数；（2）用Scatchard和Hildebrand方程计算苯和环己烷的活度系数，并和（1）的结果比较。苯和环己烷的溶解度参数分别等于18.82和14.93,纯组元摩尔体积可取以下数值：，；（3）计算350.8K时与的液体混合物平衡的蒸气组成。解：（1）van Laar方程 ， 式中和由恒沸点的数据求得。 在恒沸点， 则， 全浓度范围内，苯和环己烷的活度系数为（2）Statchard和Hildebrand方程 ， ， ， 在恒沸点， 活度系数比（1）中计算偏大。（3）当时， 用van Laar方程： 用Scatchard和Hildebrand方程： 6、在一定温度和压力下，某二元液体混合物的活度系数如用下式表示式中，和是温度和压力的函数。试问，这二个公式在热力学上是否正确？为什么？解：两个公式在热力学上若正确，须满足恒、的方程，即 （） 这两个公式在热力学上不正确。7、在303K、105Pa下，苯（1）和环己烷（2）的液体混合物的摩尔体积和苯的摩尔分数的关系如下：试导出和和的表达式。解：根据摩尔性质与偏摩尔性质间的关系，即 已知 得 将及代入和的表达式中 得 （A） （B） 由式（A） 当时，得 由式（B） 当时，得 根据 则 8、采用氟利昂12（R-12）作制冷剂的蒸汽压缩制冷装置，为了进行房屋取暖，将此制冷装置改用热泵，已知蒸发温度为15，冷凝器温度为50，冷凝器向房屋排放8.4104 kJh-1的热量，进入压缩机为饱和蒸汽，压缩机作绝热膨胀，压缩后温度为60，进入冷凝器被冷凝成饱和液体后进行节流阀。假定压缩后R-12的过热蒸汽可看作理想气体，其蒸气比热为定值，=0.684 kJkg-1h-1，试求：（1）进入蒸发器的R-12的干度；（2）此热泵所消耗的功率；（3）如采用电炉直接供给相同的热量，电炉的功率为多少？解：该过程的T-s图如图7-30题图1所示。由附录10先确定各状态点的热力学参数状态点1：， ，状态点2：，状态点3：，假定压缩后过热蒸汽为理想气体，为定值。7-30题图1 。，因此为不可逆绝热压缩。（1）以单位质量为基准计算, 进入蒸发器的干度为(2) 此泵所消耗的功率制冷剂的循环量热泵所消耗的功率 （3）电炉的功率为：=R-12的有关热力学参数温度/饱和压力/kPa1549150.1193.80.19150.690250121984.9206.50.30370.67979、有人设计了一套装置用来降低室温。所用工质为水，工质喷入蒸发器内部分汽化，其余变为5的冷水，被送到使用地点，吸热升温后以13的温度回到蒸发器，蒸发器中所形成的干度为98%的蒸气被离心式压气机送往冷凝器中，在32的温度下凝结为水。为使此设备每分钟制成750kg的冷水，求（1） 蒸发器和冷凝器中的压力；（2） 制冷量（kJ/h）；（3） 冷水循环所需的补充量；（4） 每分钟进入压气机的蒸气体积。解：（1） 从饱和水和饱和蒸气表(附录5)查得：蒸发器内5水的饱和蒸气压p1=0.00872105Pa，冷凝器的温度为32水的饱和压力p2=0.0468105Pa （2） 本装置依靠5的冷水从室内吸热，从而升温至13来降低室温，故本装置的制冷量为 Q0=m2（h5h6）=m2CP（T5T6） =7504.184（135） =25104（kJ/min）=1506240kJ/h（3） 对蒸发器作质量衡算m1=m3m2 （1）对蒸发器再作能量衡算m1h5=m3h1m2h6 （2）联立方程（1）和（2）求得m3，即为冷水循环所需的补充量从饱和水和饱和蒸气表查得h1（t=5，x=0.98）=2460kJ/kg，h5（t=13的饱和水）=54.（kJ/kg）因此m3=10.48（kg/min）（4） 从饱和水和饱和蒸气表查得：5时的饱和蒸气比容g=147.12m3/kg；5时饱和水的比容f=0.001m3/kg，则干度为0.98的蒸气比容 =gxf（1x）=147.120.980.001（10.98）=144.18（m3/kg）最后得到每分钟进入压气机的蒸气体积为 V=m3=10.48144.18=1511（m3/min）10、在25时，某气体的P-V-T可表达为PV=RT+6.4104P，在25，30MPa时将该气体进行节流膨胀，向膨胀后气体的温度上升还是下降？解；判断节流膨胀的温度变化，依据Joule-Thomson效应系数J，即公式（7-6）。 由热力学基本关系式可得到： （7-6） 由P-V-T关系式可得求偏导得 ，故有可见，节流膨胀后，温度升高。11、在一定T、p下，二元混合物的焓为 其中，a=15000，b=20000，c = - 20000 单位均为，求(1) 组分1与组分2在纯态时的焓值、；(2) 组分1与组分2在溶液中的偏摩尔焓、和无限稀释时的偏摩尔焓、。解：（1）（2）按截距法公式计算组分1与组分2的偏摩尔焓，先求导： 将代入到偏摩尔焓计算公式中，得无限稀释时的偏摩尔焓、为：12、液态氩（1）-甲烷（2）系统的超额Gibbs自由能函数表达式为其中系数A、B 如下T/KAB109.00.3036-0.0169112.00.29440.0118115.740.28040.0546试计算等摩尔混合物的(1) 112.0K的两组分的活度系数，并描述的关系；(2) 混合热；(3) 超额熵；(4) 及时，和的极限值。解：（1）同样得（2）取（c）13、设已知乙醇（1）-甲苯（2）二元系统在某一气液平衡状态下的实测数据为t = 45，p=24.4 kPa，x1=0.300，y1=0.634，并已知组分1和组分2在45下的饱和蒸气压为，。试采用低压下气液平衡所常用的假设，求(1) 液相活度系数和；(2) 液相的GE/RT(3) 液相的G/RT；与理想溶液想比，该溶液具有正偏差还是负偏差？解：（1）由，得同样有：(2) (3) 由于GE0，故为正偏差溶液。
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