化工熱力學(xué)期末必看題

1、2-1為什么要研究流體的pVT關(guān)系？【參考答案】：流體p-V-T關(guān)系是化工熱力學(xué)的基石，是化工過程開發(fā)和設(shè)計(jì)、安全操作和科學(xué)研究必不可少的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。（1）流體的PVT關(guān)系可以直接用于設(shè)計(jì)。（2）利用可測(cè)的熱力學(xué)性質(zhì)（T,P,V等）計(jì)算不可測(cè)的熱力學(xué)性質(zhì)（H，S,G,等）。只要有了P-V-T關(guān)系加上理想氣體的C,，可以解決化工熱力學(xué)的大多數(shù)問題。2-2在p-V圖上指出超臨界萃取技術(shù)所處的區(qū)域，以及該區(qū)域的特征；同時(shí)指出其它重要的點(diǎn)、線、面以及它們的特征。【參考答案（:1）超臨界流體區(qū)的特征是：TTc、pPc。2）臨界點(diǎn)C的數(shù)學(xué)特征：勿）t任C點(diǎn)）b2pbv2/=o（在c點(diǎn)）T3）飽和液相線是不同

2、壓力下產(chǎn)生第一個(gè)氣泡的那個(gè)點(diǎn)的連線；4）飽和汽相線是不同壓力下產(chǎn)生第一個(gè)液滴點(diǎn)（或露點(diǎn)）那個(gè)點(diǎn)的連線。5）過冷液體區(qū)的特征：給定壓力下液體的溫度低于該壓力下的泡點(diǎn)溫度。6）過熱蒸氣區(qū)的特征：給定壓力下蒸氣的溫度高于該壓力下的露點(diǎn)溫度。7）汽液共存區(qū)：在此區(qū)域溫度壓力保持不變，只有體積在變化。2-3要滿足什么條件，氣體才能液化？【參考答案】：氣體只有在低于Tc條件下才能被液化。2-4不同氣體在相同溫度壓力下，偏離理想氣體的程度是否相同？你認(rèn)為哪些是決定偏離理想氣體程度的最本質(zhì)因素？【參考答案】：不同。真實(shí)氣體偏離理想氣體程度不僅與T、p有關(guān)，而且與每個(gè)氣體的臨界特性有關(guān)，即最本質(zhì)的因素是對(duì)比溫度

3、、對(duì)比壓力以及偏心因子丁，戶和。rr2-5偏心因子的概念是什么？為什么要提出這個(gè)概念？它可以直接測(cè)量嗎？【參考答案：偏心因子3為兩個(gè)分子間的相互作用力偏離分子中心之間的作用力的程度。其物理意義為：一般流體與球形非極性簡(jiǎn)單流體（氬，氪、氙）在形狀和極性方面的偏心度。為了提高計(jì)算復(fù)雜分子壓縮因子的準(zhǔn)確度。偏心因子不可以直接測(cè)量。偏心因子3的定義為：=-姒P$）”一100,3由測(cè)定的對(duì)比溫rT=07度為0.7時(shí)的對(duì)比飽和壓力的數(shù)據(jù)計(jì)算而得，并不能直接測(cè)量。2-6什么是狀態(tài)方程的普遍化方法？普遍化方法有哪些類型【參考答案:所謂狀態(tài)方程的普遍化方法是指方程中不含有物性常數(shù)a,b,而是以對(duì)比參數(shù)作為獨(dú)立變

4、量；普遍化狀態(tài)方程可用于任何流體、任意條件下的PVT性質(zhì)的計(jì)算。普遍化方法有兩種類型：（1）以壓縮因子的多項(xiàng)式表示的普遍化關(guān)系式（普遍化壓縮因子圖法）；（2）以兩項(xiàng)virial方程表示的普遍化第二virial系數(shù)關(guān)系式（普遍化virial系數(shù)法）2-7簡(jiǎn)述三參數(shù)對(duì)應(yīng)狀態(tài)原理與兩參數(shù)對(duì)應(yīng)狀態(tài)原理的區(qū)別【參考答案】：三參數(shù)對(duì)應(yīng)狀態(tài)原理與兩參數(shù)對(duì)應(yīng)狀態(tài)原理的區(qū)別在于為了提Tp3高對(duì)比態(tài)原理的精度，引入了第三參數(shù)如偏心因子3。三參數(shù)對(duì)應(yīng)態(tài)原理為：在相同的r和r下，具有相同3值的所有流體具有相同Z=f（T,P,3）T的壓縮因子Z,因此它們偏離理想氣體的程度相同，即。/r而兩參數(shù)對(duì)應(yīng)狀態(tài)原理為：在相同對(duì)比

5、溫度r、對(duì)比壓pVZ=（T,P）力r下，不同氣體的對(duì)比摩爾體積r（或壓縮因子Z）是近似相等的，即rr。三參數(shù)對(duì)應(yīng)狀態(tài)原理比兩參數(shù)對(duì)應(yīng)狀態(tài)原理精度高得多。2-8總結(jié)純氣體和純液體pVT計(jì)算的異同?！緟⒖即鸢浮?由于范德華方程（vdW方程）最大突破在于能同時(shí)計(jì)算汽、液兩相性質(zhì)，因此，理論上講，采用基于vdW方程的立方型狀態(tài)方程能同時(shí)將純氣體和純液體的性質(zhì)計(jì)算出來（最小值是飽和液體摩爾體積、最大值是飽和氣體摩爾體積），但事實(shí)上計(jì)算的純氣體性質(zhì)誤差較小，而純液體的誤差較大。因此，液體的p-V-T關(guān)系往往采用專門計(jì)算液體體積的公式計(jì)算，如修正Rackett方程，它與立方型狀態(tài)方程相比，既簡(jiǎn)單精度又高。2

6、-9如何理解混合規(guī)則？為什么要提出這個(gè)概念？有哪些類型的混合規(guī)則？【參考答案】:對(duì)于混合氣體，只要把混合物看成一個(gè)虛擬的純物質(zhì)，算出虛擬的特征參數(shù)，如Tr,pr,3,并將其代入純物質(zhì)的狀態(tài)方程中，就可以計(jì)算混合物的性質(zhì)了。而計(jì)算混合物虛擬特征參數(shù)的方法就是混合規(guī)則；它是計(jì)算混合物性質(zhì)中最關(guān)鍵的一步。對(duì)于理想氣體的混合物，其壓力和體積與組成的關(guān)系分別表示成Dalton分p=pyV=（nV）y壓定律ii和Amagat分體積定律ii。但對(duì)于真實(shí)氣體，由于氣體純組分的非理想性及混合引起的非理想性，使得分壓定律和分體積定律無法準(zhǔn)確地描述真實(shí)氣體混合物的p-V-T關(guān)系。為了計(jì)算真實(shí)氣體混合物的p-V-T關(guān)

7、系，我們就需要引入混合規(guī)則的概念?；旌弦?guī)則有虛擬臨界參數(shù)法和Kay規(guī)則、立方型狀態(tài)方程的混合規(guī)則、氣體混合物的第二維里系數(shù)。2-10狀態(tài)方程主要有哪些類型？如何選擇使用？請(qǐng)給學(xué)過的狀態(tài)方程之精度排個(gè)序?！緟⒖即鸢浮?狀態(tài)方程主要有立方型狀態(tài)方程（vdW,RK,SRK,PR）;多參數(shù)狀態(tài)方程（virial方程）；普遍化狀態(tài)方程（普遍化壓縮因子法、普遍化第二virial系數(shù)法）液相的Rackett方程。在使用時(shí)：（1）若計(jì)算液體體積，則直接使用修正的Rackett方程（2-50）（2-53），既簡(jiǎn)單精度又高，不需要用立方型狀態(tài)方程來計(jì)算；（2）若計(jì)算氣體體積，SRK,PR是大多數(shù)流體的首選，無論壓

8、力、溫度、極性如何，它們能基本滿足計(jì)算簡(jiǎn)單、精度較高的要求,因此在工業(yè)上已廣泛使用。對(duì)于個(gè)別流體或精度要求特別高的，則需要使用對(duì)應(yīng)的專用狀態(tài)方程或多參數(shù)狀態(tài)方程。精度從高到低的排序是：多參數(shù)狀態(tài)方程立方型狀態(tài)方程兩項(xiàng)截?cái)鄓iriaI方程理想氣體狀態(tài)方程。立方型狀態(tài)方程中：PRSRKRKvdW第三章純流體的熱力學(xué)性質(zhì)計(jì)算1氣體熱容，熱力學(xué)能和焓與哪些因素有關(guān)？由熱力學(xué)能和溫度兩個(gè)狀態(tài)參數(shù)能否確定氣體的狀態(tài)？答：氣體熱容，熱力學(xué)能和焓與溫度壓力有關(guān)，由熱力學(xué)能和溫度兩個(gè)狀態(tài)參數(shù)能夠確定氣體的狀態(tài)。2理想氣體的內(nèi)能的基準(zhǔn)點(diǎn)是以壓力還是溫度或是兩者同時(shí)為基準(zhǔn)規(guī)定的？答：理想氣體的內(nèi)能的基準(zhǔn)點(diǎn)是以溫度為

9、基準(zhǔn)規(guī)定的。3理想氣體熱容差c-c=R是否也適用于理想氣體混合物？答：理想氣體熱容差c-c=R不適用于理想氣體混合物，因?yàn)榛旌衔锏膒vpv組成對(duì)此有關(guān)。4熱力學(xué)基本關(guān)系式dH=TdS+VdP是否只適用于可逆過程？答：否。熱力學(xué)基本關(guān)系式dH=TdS+VdP不受過程是否可逆的限制5有人說：“由于剩余函數(shù)是兩個(gè)等溫狀態(tài)的性質(zhì)之差，故不能用剩余函數(shù)來計(jì)算性質(zhì)隨著溫度的變化”，這種說法是否正確？答：不正確。剩余函數(shù)是針對(duì)于狀態(tài)點(diǎn)而言的；性質(zhì)變化是指一個(gè)過程的變化，對(duì)應(yīng)有兩個(gè)狀態(tài)。6水蒸氣定溫過程中，熱力學(xué)內(nèi)能和焓的變化是否為零？答：不是。只有理想氣體在定溫過程中的熱力學(xué)內(nèi)能和焓的變化為零6用不同來源的

10、某純物質(zhì)的蒸氣表或圖查得的焓值或熵值有時(shí)相差很多，為什么？能否交叉使用這些圖表求解蒸氣的熱力過程？答：因?yàn)樽霰砘驁D時(shí)選擇的基準(zhǔn)可能不一樣，所以用不同來源的某純物質(zhì)的蒸氣表或圖查得的焓值或熵值有時(shí)相差很多。不能夠交叉使用這些圖表求解蒸氣的熱力過程。8很純的液態(tài)水，在大氣壓力下，可以過冷到比0C低得多的溫度。假設(shè)1kg已被冷至-5弋的液體。現(xiàn)在，把一很小的冰晶（質(zhì)量可以忽略）投入此過冷液體內(nèi)作為晶種。如果其后衽l.13xl05Pa下絕熱地發(fā)生變化，試問：系統(tǒng)的終態(tài)怎樣？（2）過程是否可逆？答：壓力增高，又是絕熱過程，所以是一個(gè)壓縮過程（熵增加，若為可逆過程則是等熵過程，）故系統(tǒng)的終態(tài)仍是過冷液體。

11、此過程不可逆9.A和B兩個(gè)容器，A容器充滿飽和液態(tài)水，B容器充滿飽和蒸氣。二個(gè)容器的容積均為1OO0cm3,壓力都為1MPa。如果這兩個(gè)容器爆炸，試問哪一個(gè)容器被破壞得更嚴(yán)重？答：A容器被破壞得更嚴(yán)重。因?yàn)樵趬毫?、體積相同的情況下，飽和液態(tài)水的總熱力學(xué)能遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于飽和蒸氣。10使用合適的普遍化關(guān)聯(lián)式計(jì)算Ikmol的丁二烯-1,3從127C,2.53MPa壓縮至277C,12.67MPa時(shí)的AH,AS,AV,AU。已知丁二烯-1，3在理想狀態(tài)時(shí)的恒壓摩爾熱容為：C=22.738+222.798x10-3T73.879x10-6T2kJ-kmol-1-K-1p解：設(shè)計(jì)過程如下：（1）127C,2.5

12、3MPa下真實(shí)氣體轉(zhuǎn)變成理想氣體、T、TZZZ,TX遙田皿sqD茨灘0朝盤K-d眠o,2-fl-M。XUUM+OH0III蹩歸康宦(0).EDM+OH2二HG15VHVH72VZdHi-,y-oUIapfoozxo寸iH(ys)+疥v+疥v+USHsvZdHi二OUIa.口7/692H(yH)+p號(hào)+p號(hào)+$HHVIzToUIgESA.寸HHHX(EIOOOO.66ZISNAahAVfsf8rl(寸)陽番曇近番(cn)sisri777OHlee苗蛋o4S咼叫。hlrlhuipzhhz-KmzHTH-廠rz3寸IN廠J-?HUIPJM4H十UIPMH一op-y眠-osK-端骰d,J_m陋淋+To

13、HTo田0HZOPZK+bp呆蹩歸EnQsqcffl骰d蔭星理A&卿宙倍&題。訥刪商（訶羽00080【切舉00竊鬭一吿卿曙昕訶羽ooo亂騷第、06切亶一星T-pui.f9丸一=HOW-nIVL-=0I-IOUI9丸=t-iouinIVL=863x6PZ=SV1=0T07V2=（SV+SV）1=Alpi700P!SI-=SIH=AtiduiM，8-=-uiy-=S,Vao=d0=2VQ=H致青帥區(qū)松歸齊_旳，至徑綽：【期X丸瑤泗如Q!t硼導(dǎo)Ct鯽硏翻卿I曙瞬中士別驚回慚輔阿鯽咚陽鞏厶08600翩綁緬BJ1A96.T【刪f5W【=41-=M0Pl【羽n乙9【=（嶇6乙0）【$6乙9P0【=SV2H

14、V=Alal91a【習(xí)【刪口178670=屮懷巾=冷屮p=w,LOOOJ-j96JW二莎麗X7丁UXVUl/屮/r胡滋導(dǎo)昶尊44生刊導(dǎo)羞胡里偉I，%據(jù)削郢制竿單峯胡cniln（s）I0丿llirxI5pVX廣小PjZZIIJupx-=/uipx77ZZII0=/uipx+/uipx7乙“爭(zhēng)昵翅早msqna-sqqiD郢制丄digig樂7乙x+X-=-t11二I178017+08-/V7丄翅丑（17）IIxo/=I=kJV區(qū)廡麥卸呈IB岳Tr【日翠致烏師il|epuey-siM9-|旳（）丿=o丿心【心【心區(qū)廡劉坐網(wǎng)IB岳（乙）IU乂XU乂XU乂乙MX偵一與呵二亦五兀呵二嚴(yán)二HV03d心彳十瞬麥

15、卸酈iB翻id）【I備酈呵=/二01?+二08MW01=iB岳聒丄geo乙、2。牝丑（I）：搦zj翎卿觀uj_d丄車辭楝回mr華彌翎乙”吐【甲銅rsgw曲軻團(tuán)晦叱吋旳nrwj門嚴(yán)理叭卿越彌業(yè)叭&即彌r絆呻品伽_尬j吟即噸硏姬昨*叭乙a乙心效能分析計(jì)算混合過程的有效能損失。大氣溫度為25乜問此過程用哪個(gè)分析方法求有效能損失較簡(jiǎn)便？為什么？解.me(t-1)=一mc(t一t)求得t=66C1p312p31求得3Q=0W30AH=0熵分析法AS=(m+m)S-mS-mS-=mS+mS-mS-mSg123112313231123TT=m(S-S)+m(S-S)=meIn3+meIn31312321pT2pT12339339=72000 x4.1841n+108000cIn=1240.8kJ-h-1363p323-AE二W二TAS二3.7x105kJ-kg-1XL有效能分析法AE二E-ETOC o 1-5 h zXX3X1二(m+m)(H-H)