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1、第二篇模拟试题与参考答案119 化工热力学模拟试题(1) 及参考答案一（共 18 分）判断题（每题3 分）1 纯物质的饱和液体的摩尔体积随着温度升高而增大，饱和蒸气的摩尔体积随着温度的升高而减小。( ) 2 若某系统在相同的始态和终态间，分别进行可逆与不可逆过程，则S不可逆S可逆。( ) 3 由三种不反应的化学物质组成的三相pVT 系统，达平衡时，仅一个自由度。( ) 4 热量总是由TdS给出。( ) 5 不可逆过程孤立系统的熵是增加的，但过程的有效能是减少的。( ) 6 物质的偏心因子是由蒸气压定义的，因此具有压力的单位。( ) 二（共 16 分）简答题（每小题8 分）1 Virial 方程
2、211pVZB pC pRT212pVBCZRTVV如何证明：BBRT22CBC (RT)2 水蒸气和液态水的混合物在505K 下呈平衡态存在，如果已知该混合物的比容为3-141cmg，根据蒸气表的数据计算混合物的焓和熵。已知在该温度下的饱和水蒸气性质为：比容 /3-1cmg焓/-1J g熵/-1-1J gK饱和水饱和蒸气饱和水饱和蒸气饱和水饱和蒸气1.2129 69.22 999.56 2803.96 2.6282 6.2004 三（ 15 分）用泵以1756kg h的速度把水从45m 深的井底打到离地10m 高的开口储槽中，冬天为了防冻，在运送过程中用一加热器，将-131650kJ h的热
3、量加到水中，整个系统散热速度为-126375kJ h，假设井水为2，那么水进入水槽时，温度上升还是下降？其值若干？假设动能变化可忽略，泵的功率为2 马力，其效率为55 （1 马力 735W） （视为稳流系统） 。四（20 分） 一个 Rankine 循环蒸气动力装置的锅炉，供给 2000kPa，400的过热蒸气透平，其流量-125200kg h，乏气在 15kPa 压力下排至冷凝器，假定透平是绝热可逆操作的，冷凝器出口为饱和液体，循环水泵将水打回锅炉也是绝热可逆，求：（1）透平所做的功？（2）水泵所做的功？（3）每千克蒸气从锅炉获得的热量？已知2000kPa，400过热蒸气的热力学性质为：-1
4、H2945 2J g.，-1-1S7 1271J gK.；15kPa 压力下的乏气热力学性质为：温度 /比容 /3-1cmg焓/-1J g熵/-1-1J gK53.9 饱和水饱和蒸气饱和水饱和蒸气饱和水饱和蒸气1.0151 10117.2 225.57 2598.9 0.7536 8.0102 五（ 14 分）远程输送天然气采用压缩液化法，若天然气按甲烷计，现将1kg 天然气自21kg cm、27压缩到268kg cm，并经级间冷却到27，设压缩实际功率1224kcal kg，求级间冷却器应移走的热量，压缩过程的理想功、损耗功与热力学效率，设环境温度为27。已知甲烷的焓和熵数据如下：120 P
5、/2kg cmt/H/1kcalkgS/11kcalkgK1 27 227.8 1.6890 68 27 211.8 1.1273 六（ 17 分）纯液体A 与 B 在 90时蒸气压力为1000S APmmHg ，S BP700mmHg ，液相活度系数2 BAlnx ，2 ABlnx ，气相为理想气体，问： （ 1）与 50(mol) A 及 50 (mol) B 的液相混合物平衡的蒸气总压为多少？（2）能否生成共沸物？若能，恒沸组成、恒沸压力为多少？恒沸点是最高点还是最低点？参考答案一、(1)T (2)F (3)F (4)F (5)T (6)F 二、1 将2R TBCP( 1)VVV代入式（
6、 1）得22 222PVBRTBCRTBCZ=11+C1)RTVVVVVV RTRT1BBB(1CRT)VV（）+（） （+（3）将式（ 3）与式（ 2）比较同类项，得：B=BRT； C=BB1+CRT（）即BB RT；22CBC (RT)得证2 查水蒸气表知：505K 下饱和蒸气性质：V-1V-1-1V31H2804.0 kJ kgS6.2004 kJ kgKV0.06923 mkg；饱和液体性质：L-1L-1-1L3-1H999.54 kJ kgS2.6283 kJ kgKV0.0012 mkg按题意，设饱和湿蒸气中气相分率为x，则VLVxV (1x)0.041或0.06923x0.001
7、2(1x)0.041 ，解得： x0.585则：VL-1VL-1-1H=HxH (1x)2804.00.585999.54(10.585)2055.1 kJ kgSS xS (1x)6.20040.5852.6283(10.585)4.718 kJ kgK三、以单位质量流体为计算基准，则输入功率为：11 S( 2.0)735W12727.3J kg12.73kJ kg756/36000.5511gZ9.81(1045)540J kg0.54kJ kg1 ti iQQQQ31650263755275kJ h入散1tQ5275Q6.98kJ kg m756由热力学第一定律知：1 sHQWgZ6.9
8、8( 12.73)0.5419.17kJ kg0 ，所以水槽的温度是升高的，又由于P21HC (TT ) ，11 PC4.184kJ kgK，代入得：24.184(T2)19.17，解得2T279.73K (6.58)。四、如附图所示，查水蒸气表知：121 S T 模拟试题 (1)-试题四附图2000kPa400VH VSLH LS点 1 1 1H3247.6kJ kg，11 1S7.127kJ kgK点 2 对应的气相性质为：V1H2599.1kJkg，V11S8.0085 kJ kgK点 3 液相性质：L1H225.94 kJ kg，L11S0.7549 kJ kgK，L31V0.0010
9、14 mkg12为等熵膨胀过程，设点2 的湿蒸气湿度为x，则VL 1SxS (1x)S ，即：8.005x0.7549(1x)7.1271，解得： x0.8785点 4 L1 43HHVP225.940.001014(200015)227.95 kJ kg1 S,pump4325200Wm(HH )0.001014(200015)14.09 kJ s3600，即为水泵消耗的功。VL1 2HHxH(1x)2599.10.8785225.94(10.8785)2310.8kJ kg透平所作的功S1225200Wm(HH )(3247.62310.8)6557.6kJ36001 14QHH3247.
10、6227.953019.65kJ kg五、0T27273300K依题意：1 SW224 kcal kg1 21HHH211.8227.816kcal kg11 21SSS1.12731.68900.5617kcal kgK由热力学第 一定律知：SHQW，1 SQHW16224240kcal kg1 id0WHTS16300( 0.5617)152.51kcal kg1 LidSWWW152.51( 224)71.49kcal kg六、 (1) 当ABxx0.5时，ABexp(0.025)1.284，因此：SS AAABBBPP xP x0.51.284(1000700)1091.4mmHg(2
11、) 假设生成恒沸物，则有AAxyxy，BB根据气液平衡关系S iiiiiPyP x(i=A 、B)有：SS AABBPP，该式两边取对数得：S 22AA ABBS BBPlnlnxx12x P，即B100012xln0.3567 700，解得Bx0.322 ，ABx1x0.678 ，该混合物存在恒沸点。所以：2 Aexp(0.322 )1.109 ，2 Bexp(0.678 )1.584SS AAABBBPP xP x10000.678 1.5847000.3221.1091108.9mmHg122 化工热力学模拟试题(2) 及参考答案一（ 14 分） 根据下列甲烷和己烷的物理性质，可以得出液
12、化石油气中的主要成份不可能是甲烷及己烷的结论。请问此结论正确否？并说明原因。物质CT, Cp, atm BT, 燃烧值 , kJ/g甲烷-82.62 45.36 -161.45 55.6 正己烷2344 29.80 68.75 48.4 二（ 20 分）（1）气体由 20，2.0m3（状态 1）经绝热过程到150，1m3（状态 2） ，输入功为100kJ，求其内能变化？（2）初态同 (1)，经恒容过程加热到150(状态 3)，需热量 95kJ，问此过程内能变化如何？（3） （2）中处于状态3 的气体经等温压缩到1.0m3 (状态 2)，同时移走185kJ 热量，问内能变化如何？需功若干？(本题
13、按封闭体系计算) 三（ 20 分）一可逆热机用某种比热不变的理想气体为工质，按下述循环操作，自状态1 恒容加热到状态2，由状态2 绝热膨胀到状态3，然后由状态3 经恒压过程回到状态1，证明此循环中净功与所吸热量之比为1 2121pp1W1 Qpp1其中pVCC四（ 24 分）有一理想Rankine 循环，在4000kPa 和 8kPa 的压力之间操作，锅炉产生的是400的过热蒸气，冷凝器所用的冷却水的温度为25。求（ 1）过热蒸气从锅炉中的吸热量1Q，乏气在冷凝器中放出的热量2Q;（2）透平作的理论功和水泵消耗的理论功；（3）热 效 率。 已 知4000kPa， 400 下 过 热 水 蒸 气
14、 的热 力 学 性 质 为 ：-1H3213.6J g，-1-1S6.7690J gK；8kPa 压力下乏气的热力学性质为：温度 /比容 /3-1cmg焓/-1J g熵/-1-1J gK41.4 饱和水饱和蒸气饱和水饱和蒸气饱和水饱和蒸气 1.0084 18333.7 173.4 2403.4 0.5910 8.2313 五 (22 分) 一蒸气透平可逆绝热操作，进入透平的过热蒸气压力为1000kPa, 乏气的压力为40kPa，如果要求乏气为干蒸气，则进气的过热度最小应为多大？透平每小时耗气为408kg，问该情况下，透平理论上可输出多少功？40kPa 压力下的乏气热力学性质为：温度 /比容 /
15、3-1cmg焓/-1J g熵/-1-1J gK75.8 饱和水饱和蒸气饱和水饱和蒸气饱和水饱和蒸气 1.0264 4014 317.3 2636.7 1.0251 7.6711 1000kPa 过热蒸气表为：温度 /焓/-1J g熵 /-1-1J gK194.4 (饱和蒸气 ) 2778.1 6.5865 400 3263.9 7.4651 440 3349.3 7.5883 500 3478.5 7.7622 参考答案一、结论正确。理由如下：作为石油液化气组分，基本要求是沸点不宜太高，也不宜太低，大至范围为 -1510以内。 (1)甲烷因其常压沸点为-161.45，通常情况下只能以气态形12
16、3 P V 1Q2Q，2H，SW3Q，3H1HS T 4000kPa400VH VSLH LS模拟试题 (2)试题三附图模拟试题 (2)试题四附图式存在，难以液化，所以不可能是石油液化气的组分。(2)正己烷常压沸点为68.7，以液态形式存在，也不必加压使之成为液体，所以也不是石油液化气的组分。二、设计的状态过程变化如图所示。(1) 过程 ，1Q0 ，1W100kJ因此111UQW100kJ(2) 过程 ，V0，2W0 ，2Q95kJ ，因此222UQW95kJ(3) 过程 ，U 为状态函数变化量，123UUU ，3Q185kJ ，因此：312UUU100955kJ ，又333UQW1855190kJ三、循环过程如图所示，气体为理想气体，满足PVRT 关系。各过程特征为：过程 ，V0；过程 ，2Q0；过程 ，P0 。取整个循环过程为系统，则13SHQQW0，又31WQQ，11V21QUC(TT ) ，33P13Q
