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1、思考题：6-1 空气被压缩机绝热压缩后温度是否上升，为什么？6-2 为什么节流装置通常用于制冷和空调场合？6-3 请指出下列说法的不妥之处： 不可逆过程中系统的熵只能增大不能减少。 系统经历一个不可逆循环后，系统的熵值必定增大。 在相同的始末态之间经历不可逆过程的熵变必定大于可逆过程的熵变。 如果始末态的熵值相等，则必定是绝热过程；如果熵值增加，则必定是吸热过程。6-4 某封闭体系经历一可逆过程。体系所做的功和排出的热量分别为和。试问体系的熵变：（a）是正？（b）是负？（c）可正可负？6-5 某封闭体系经历一不可逆过程。体系所做的功为，排出的热量为。试问体系的熵变：（a）是正？（b）是负？（c
2、）可正可负？6-6 某流体在稳流装置内经历一不可逆过程。加给装置的功为，从装置带走的热（即流体吸热）是。试问流体的熵变：（a）是正？（b）是负？（c）可正可负？6-7 某流体在稳流装置内经历一个不可逆绝热过程，加给装置的功是24kJ，从装置带走的热量（即流体吸热）是10kJ。试问流体的熵变：（a）是正？（b）是负？（c）可正可负？6-8 热力学第二定律的各种表述都是等效的，试证明：违反了克劳休斯说法，则必定违反开尔文说法。 6-9 理想功和可逆功有什么区别？6-10 对没有熵产生的过程，其有效能损失是否必定为零？6-11 总结典型化工过程热力学分析。习题6-1 压力为，温度为的水蒸气通过一根内
3、径为75的管子，以的速度进入透平机。由透平机出来的乏气用内径为25的管子引出，其压力为，温度为。假定过程无热损失，试问透平机输出的功率为多少？ 【解】：查593K和353K过热水蒸气焓值， 由 进口截面积 、 忽略位能变化，则 6-2 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
4、】：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： 6-3 水蒸气在透平机中等熵膨胀，其状态由6MPa、600变为10kPa。如果水蒸气的质量流量为，试计算透平机的输出功率。【解】：水蒸气在透平中为等熵膨胀，查水蒸气表知6MPa、600过热水蒸气熵和焓值分别为： ,出口处为湿蒸汽，查10kPa的饱和水蒸气和饱和水的熵和焓值为： ，由以上数据可确定出口处水蒸气的干度 出口处水蒸气的焓值为： 等熵膨胀为绝热可逆过程，忽略动、位能变化，由能量平衡方程知： 6-4 某特定工艺过程每小时需要0.138MPa，品质（干度）不低于0.96、过热度不大于7的蒸汽
5、450kg。现有的蒸汽压力为1.794MPa、温度为260。（a）为充分利用现有蒸汽，先用现有蒸汽驱动一蒸汽透平，而后将其乏汽用于上述特定工艺工程。已知透平机的热损失为5272 kJh-1，蒸汽流量为450 kJh-1，试求透平机输出的最大功率为多少KW。（b）为了在透平机停工检修时工艺过程蒸汽不至于中断，有人建议将现有蒸汽经节流阀使其降至0.138MPa，然后再经冷却就可得到工艺过程所要求的蒸汽。试计算节流后的蒸汽需要移去的最少热量。6-5 某理想气体（分子量为28）在0.7MPa、1089K下，以35.4kg.h-1的质量流量进入一透平机膨胀到0.1MPa。若透平机的输出功率为3.5KW，
6、热损失6710 kJ.h-1。透平机进、出口连接钢管的内径为0.016 m，气体的热容为1.005kJ/（kgK），试求透平机排汽的温度和速度。【解】：以透平机为研究对象，1kg理想气体为计算基准，忽略动、位能变化 由理想气体状态方程知 对于稳流过程因此由热力学第一定律表达式解得： 6-6 气体在，时稳流经过一个节流装置后减压至。试求：节流后的温度及节流过程的熵变。 解：（1）等焓过程： 气体可看成理想气体、所以 查附表： ：、 、 所以： 、 由普遍化第二维里系数关联 查附表：CO2热容估算下的值: 所以 平均温度: 求出 重算 : 与前面一致求T2286.5K下的热容，平均热容 (2) 求
7、 6-7 2.5 MPa、200的乙烷气体在透平中绝热膨胀到0.2 MPa。试求绝热可逆膨胀（等熵）至中压时乙烷的温度与膨胀过程产生的轴功。乙烷的热力学性质可分别用下述两种方法计算： （a）理想气体方程； (b) 合适的普遍化方法。解：(a) 用理想气体方程: 查附表2 : 乙烷热容 迭代计算： 绝热过程 ,忽略动、位能变化 (b) 用普遍化关联乙烷: 初态: 为初步求, 先假定 过程为等熵过程，同（a） 用与（a）相同的方程迭代: 重新求出 与原始估计值相近故: 6-8某化工厂转化炉出口高温气体的流率为,温度为，因工艺需要欲将其降温到。现用废热锅炉机组回收其余热。已知废热锅炉进水温度为，产生
8、、的过热蒸汽。可以忽略锅炉热损失以及高温气体降温过程压力的变化，已知高温气体在有关温度范围的平均等压热容为，试求：（a）每小废热锅炉的产气量;（b）蒸汽经过透平对外产功，透平输出的功率为多少？已知乏气为饱和蒸汽，压力为，可以忽略透平的热损失。解：（a）, 查h-s图: 水 （b）蒸汽经透平对外做功乏气 : 饱和气: 6-9 丙烷从、被压缩至。假定压缩过程为绝热可逆（等熵）压缩，试计算丙烷所需要的压缩功（丙烷在此状态下不能视为理想气体）。 解：先求丙烷: 初态: 查附表丙烷: 对于等熵过程: 因为未知. 为求先假定 可用故: 6-10 某理想气体经一节流装置（锐孔），压力从1.96MPa绝热膨胀
9、至0.09807MPa。 求此过程产生的熵。此过程是否可逆？解：理想气体的节流过程 焓不变 温度也不变6-11 设有一股温度为90，流量为20kg/s的热水与另一股温度为50，流量为30kg.s-1的温水绝热混合。试求此过程产生的熵。此绝热混合过程是否可逆？解：90 20kg.s-1 和 50 30 kg.s-1在绝热条件下混合成温度为T3的水，求： 混合过程：焓换算 或设水的热容相等： 或 查附表 水 所以 6-12 140饱和水蒸气以4 kg.s-1的流率进入换热器，加热20的空气，水蒸气与空气逆向流动。如果饱和水蒸气离开换热器时冷凝为140的饱和水。求热流体传热过程的熵产生量。【解】：选
10、择水蒸汽未研究体系，因为是稳流过程，作功为零，且忽略动、位能变化。则能量平衡方程：简化为： 由稳流系统的熵平衡式得熵产生得表达式由水蒸气表查得：140下的饱和蒸汽 ，140下的饱和水 ，得： 6-13 设有10 kg水被下述热流体从288K加热到333K，水的平均恒压热容为4.1868kJ.kg-1.K-1,试计算热流体与被加热的水的熵变。（a）用0.344MPa的饱和水蒸气加热。冷凝温度为411.46K；（b）用0.344MPa、450K的过热蒸汽加热。已知0.344MPa饱和蒸汽的冷凝热为-2149.1 kJ.kg-1.K-1，411K450K水蒸气的平均恒压热容为1.918 kJ.kg-
11、1.K-1。（假设两种情况下蒸汽冷凝但不过冷）【解】：将水从288K加热到333K所需热量 （a）用0.344MPa的饱和水蒸气加热，所需蒸汽量m为：（B）用0.344MPa、450的过热蒸汽加热。所需蒸汽量m为：6-14 1mol理想气体在400K由0.1013MPa经等温不可逆压缩到1.013MPa，压缩过程的热被移到300K的贮热器，实际压缩功比同样的可逆压缩功多20，计算气体与贮热器的熵变及总熵变。【解】：理想气体等温过程的可逆轴功为： 不可逆轴功为可逆轴功的1.2倍 由热力学第一定律知： 气体熵变 设储热器温度不变则：总熵变 6-15 某蒸汽动力装置，进入蒸汽透平的蒸汽流量为 ，温度
12、为,压力为，蒸汽经透平绝热膨胀对外做功。产功后的乏汽分别为:的饱和蒸汽；、的蒸汽。试求此两种情况下, 蒸汽经透平的理想功与热力学效率.已知大气温度。 ，饱和蒸汽【解】： 理想功： ， 实际功： 查h-s图： 绝热：， 6-16 12MPa、700的水蒸气供给一个透平机，排出的水蒸气的压力为0.6MPa。 （a）在透平机中进行绝热可逆膨胀，求过程理想功和损失功。 （b）如果等熵效率为0.88，求过程的理想功、损失功和热力学效率。 【解】：（a）入口水蒸气性质可由水蒸气h-s图查得： ， 绝热可逆膨胀为等熵过程 出口为过热蒸汽，由压力和熵值由h-s图查得出口焓值 由热力学第一定律 理想功 绝热可逆膨胀的损失功 （b）等熵效率为0.88时对于该绝热过程由h-s图查得不可逆绝热过程的出口熵值 设环境温度为298K， 损失功热力学效率 6-17 以煤、空气和水为原料制取合成甲醇的反应按下式进行 此反应在标态下进行, 反应物与产物不相混合,试求此反应过程的理想功。【解】: 、 不参加反应,而且不混合,故无焓变和熵变. = 6-18 某厂有输送的管道，由于保温不良，到使
