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1、第二篇 模拟试题与参考答案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。( )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 如何证明: 2 水蒸气和液态水的混合物在505K
2、下呈平衡态存在,如果已知该混合物的比容为,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/焓/熵/饱和水饱和蒸气饱和水饱和蒸气饱和水饱和蒸气1.212969.22999.562803.962.62826.2004三(15分) 用泵以的速度把水从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,将的热量加到水中,整个系统散热速度为,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,
3、400的过热蒸气透平,其流量,乏气在压力下排至冷凝器,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:,;15kPa压力下的乏气热力学性质为:温度/比容/焓/熵/53.9饱和水饱和蒸气饱和水饱和蒸气饱和水饱和蒸气1.015110117.2225.572598.90.75368.0102五(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、27压缩到,并经级间冷却到27,设压缩实际功率,求级间冷却器应移走的热
4、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:/H/S/127227.81.68906827211.81.1273六(17分)纯液体A与B在90时蒸气压力为,液相活度系数,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 代入式(1)得 (3)将式(3)与式(2)比较同类项,得:;即; 得证2 查水蒸气表知:505K下饱和蒸气性质:;饱和液体性
5、质:按题意,设饱和湿蒸气中气相分率为x,则或 ,解得:则:三、 以单位质量流体为计算基准,则输入功率为:由热力学第一定律知:,所以水槽的温度是升高的,又由于,代入得:,解得(6.58)。四、如附图所示,查水蒸气表知:点1 ,点2 对应的气相性质为:, 点3 液相性质:,为等熵膨胀过程,设点2的湿蒸气湿度为x,则,即:,解得:点4 ,即为水泵消耗的功。ST模拟试题(1)-试题四附图2000kPa400透平所作的功五、依题意: 由热力学第一定律知:,六、(1) 当时,因此:(2) 假设生成恒沸物,则有根据气液平衡关系(i=A、B)有:,该式两边取对数得:,即,解得,该混合物存在恒沸点。所以:,化工
6、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 , , atm, 燃烧值,甲烷-82.6245.36-161.4555.6正己烷234429.8068.7548.4二(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
7、化如何?需功若干?(本题按封闭体系计算)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 其中四(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 ,乏气在冷凝器中放出的热量 ;(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下过热水蒸气的热力学性质为:,;8kPa压力下乏气的热力学性质为:温度/
8、比容/焓/熵/41.4饱和水饱和蒸气饱和水饱和蒸气饱和水饱和蒸气1.008418333.7173.42403.40.59108.2313五 (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/焓/熵/75.8饱和水饱和蒸气饱和水饱和蒸气饱和水饱和蒸气1.02644014317.32636.71.02517.67111000kPa过热蒸气表为:温度/焓/熵/194.4 (饱和蒸气)27
9、78.16.58654003263.97.46514403349.37.58835003478.57.7622参考答案一、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。15015020模拟试题(2)试题二附图二、设计的状态过程变化如图所示。(1) 过程,因此(2) 过程,因此(3) 过程,为状态函数变化量,因此:,又三、循环过程如图
10、所示,气体为理想气体,满足关系。各过程特征为:PV,过程,;过程,;过程,。取整个循环过程为系统,则,又,因此:将代入得:模拟试题(2)试题三附图ST4000kPa400。根据理想气体状态方程有如下关系式:,又,所以代入前式得到:模拟试题(2)试题四附图四、查水蒸气表知:状态点:,;状态点对应的饱和蒸气和饱和液体性质为:,;,。设点的干度为x,则过程(1)(2)为等熵膨胀,有:,解得。TS模拟试题(2)试题五附图五、查水蒸气表知:40kPa饱和蒸气的。以该与条件由过热蒸气表查得其温度为。与相对应的饱和蒸气温度为179.91,所以蒸气的过热度为:,即蒸气的最小过热度为289。从气耗率定义知:,则
11、,即透平理论上可输出的功率为8.82kW。化工热力学模拟试题(3)及参考答案一(共60分)是非题(每题3分)1 气液两相平衡的条件是气液两相的逸度相等。 ( )2 偏离函数法计算热力学性质的方便之处在于利用了理想气体的性质。( )3 纯物质的三相点温度随着所处压力的不同而改变。 ( )4 正规溶液混合焓变为零,混合体积为零。 ( )5 可逆过程的有效能守恒。 ( )6 稳定流动过程的能量积累为零,熵的积累为零。 ( )7 对于理想溶液,i组分在溶液中的逸度系数和i纯组分的逸度系数相等。( )8 某二元系有,则必有。( )9 Gibbs函数与逸度系数的关系是。 ( )10 合理用能的总则是按质用
12、能,按需供能。 ( )11 纯物质由液体变成蒸气,必须经过气化的相变化过程。 ( )12 在同一温度下,纯物质的饱和蒸气与饱和液体的Gibbs函数相等。 ( )13 纯物质的Virial系数,如B ,C等,仅是温度和压力的函数。 ( )14 T温度下过热纯蒸气的压力大于。 ( )15 当压力趋于零时,(M是摩尔容量性质)。( )16 对于混合系统,偏离函数中的参考态是与研究态同温、同组成的理想气体混合物。( )17 一般情况下,经绝热可逆膨胀后,流体的温度下降。 ( )18 二元理想稀溶液,1组分符合Lewis-Randall规则,则2组分必符合Henry规则。 ( )19 对于正偏差系统,液
13、相中组分的活度系数总是大于1。 ( )20 某封闭系统经一可逆过程,作功500kJ且放热1000kJ,则系统的熵变大于零。( )二(15分)某二元混合物,在T,P时,其摩尔体积度表达式为其中V的单位是cm3 /mol。试确定在该温度压力下:(1) 用x1 表示,;(2) 无限稀释下,的值;(3) 作图V ,在图上标出,的点。三(15分) 低压下丙酮(1)-乙腈(2)组成的二元系统的气液平衡可近似为理想系统,查得组分的Antoine方程如下:P单位为kPa,T单位为K。试求:(1)该系统互成平衡的气液相组成;(2)55时,液相组成为 =0.35时的平衡压力与气相组成;(3)溶液中总组成为,当P为85kPa下55时的液相分率以及气液相组成。四(10分) 说明蒸气动力循环的工作原理(画出工作示意图并在相应的TS图上标示循环过程)。并据此提出提高蒸气效率的举措。参考答案一、1