最新版本化工热力学答案

5-12 利用Gibbs-Duhem方程，可以从某一组分的偏摩尔性质求另一组分的偏摩尔性质；并可检验实验测得的混合物热力学数据及建立的模型的正确性。 解：对。

6-28 某厂有输送90℃的管道，由于保温不良，到使用单位时水温已降至65℃。试求水温降低过程的热损失与损耗功。大气温度为25℃。

【解】: 水的热容不变， Cp?4.184kJ?kg-1?K-1，过程不做功Ws?0 ?H＝CP?T?4.184?65?90???104.6kJ?kg-1

?s＝CPlnT2338.15＝4.184ln＝－0.2984kJ?kg-1?K- 1T1363.15 Wid??H?T0?S??104.6?298.15??0.2984???15.62kJ?kg-1

WL??Wid?15.62kJ?kg-1

6-31 有一理想气体经一锐孔从1.96MPa绝热膨胀到0.09807MPa，动能和位能的变化可忽略不计。求绝热膨胀过程的理想功与损耗功。大气温度为25℃。

【解】：节流过程，以一摩尔理想气体为计算基准

?H?0 ?T?0 Q?0

?S??RlnP20.09807??8.314ln?24.9J?mol-1?K-1 P1.961Wid??H?T0?S??T0?S. WL?T0??S??S1??T0?S WL?T0?S?24.9?298?7.42kJ?mol-1?256J?mol-1 Wid??7.42kJ?mol-1??256J?mol-1

6-34 有一温度为90℃、流量为72000kg?h-1的热水和另一股温度为50℃、流量为108000kg?h-1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25℃。问此过程用哪个分析方法求有效能损失较简便？为什么？

解：m1cp(t3?t1)??m2cp(t3?t1) 求得t3?66C Q＝0 W3＝0 ΔH＝0 熵分析法

?Sg?(m1?m2)S3?m1S1?m2S3??m1S3?m2S3?m1S1?m2S3

?m1(S3?S1)?m2(S3?S2)?m1cplnT3T?m2cpln3 T1T2?72000?4.184ln339339?108000cpln?1240.8kJ?h-1 363323??EX?WL?T0?Sg?3.7?105kJ?kg-1

有效能分析法

?EX?EX3?EX1?EX2

?(m1?m2)[(H3?H0)?T0(S3?S0)]?m1[(H1?H0)?T0(S1?S0)?m2[(H2?H0)?T0(S2?S0)

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?(m1?m2)cp[(H3?H0)?T0lnT3TT]?m1cp[(T1?T0)?T0ln1)]?m2cp[(T2?T0)?T0ln2)] T0T0T0=(72000+108000)?4.184[(66-25)-298ln?108000?4.184[(50?25)?298ln323] 298363363?72000?4.184(90?25?298ln) 298298?1.947?106?1.868?106?4.489?105?3.7?105kJ?h-1

习 题 七 及 答 案

一、问答题

7-1. Rankine循环与卡诺循环有何区别与联系? 实际动力循环为什么不采用卡诺循环?

答：两种循环都是由四步组成，二个等压过程和二个等熵（可逆绝热）过程完成一个循环。但卡诺循环的二个等压过程是等温的，全过程完全可逆；Rankine循环的二个等压过程变温，全过程只有二个等熵过程可逆。

卡诺循环中压缩机压缩的是湿蒸汽，因气蚀损坏压缩机；且绝热可逆过程难于实现。因此，实际动力循环不采用卡诺循环。

7-2. Rankine循环的缺点是什么? 如何对其进行改进?

答：Rankine循环的吸热温度比高温燃气温度低很多，热效率低下，传热损失极大。

可通过：提高蒸汽的平均吸热温度、提高蒸汽的平均压力及降低乏汽的压力等方法进行改进。 7-3.影响循环热效率的因素有哪些?如何分析?

答：影响循环热效率的因素有工质的温度、压力等。具体可利用下式

??1?TL TH分析确定哪些因素会改变TL或TH，从而得到进一步工作的方案。

7-4．蒸汽动力循环中，若将膨胀做功后的乏气直接送人锅炉中使之吸热变为新蒸汽，从而避免在冷凝器中放热，不是可大大提高热效率吗? 这种想法对否? 为什么?

答：不合理。蒸汽动力循环以水为工质，只有在高压下才能提高水温；乏汽的压力过低，不能直接变成高压蒸汽。与压缩水相比较，压缩蒸汽消耗的工太大，不仅不会提高热效率，反而会大大降低热效率。 7-5．蒸气压缩制冷循环与逆向卡诺循环有何区别与联系? 实际制冷循环为什么不采用逆向卡诺循环? 答：两种循环都是由四步组成，二个等压过程和二个等熵（可逆绝热）过程完成一次循环。但逆向卡诺循环的二个等压过程是等温的，全过程完全可逆；蒸气压缩制冷循环的二个等压过程变温，全过程只有二个等熵过程可逆。

Carnot制冷循环在实际应用中是有困难的，因为在湿蒸汽区域压缩和膨胀会在压缩机和膨胀机汽缸中形成液滴，造成“汽蚀”现象，容易损坏机器；同时压缩机汽缸里液滴的迅速蒸发会使压缩机的容积效率降低。

7-6．影响制冷循环热效率的因素有哪些?

答：主要有制冷装置的制冷能力、压缩机的功率、高温物体及低温物体的温度等。

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7-7．如果物质没有相变的性质，能否实现制冷循环？动力循环又如何? 答：不能实现。动力循环也无法实现。

7-8．制冷循环可产生低温，同时是否可以产生高温呢?为什么？

答：可以。制冷循环与热泵循环在热力学上并无区别，其工作循环都是逆向循环，区别仅在于使用目的。逆向循环具有从低温热源吸热、向高温热源放热的特点。当使用目的是从低温热源吸收热量时，为制冷循环；当使用目的是向高温热源释放热量时，即为热泵循环。 7-9．实际循环的热效率与工质有关，这是否违反热力学第二定律? 答：不违反。

7-10．对动力循环来说，热效率越高，做功越大；对制冷循环来说，制冷系统越大，耗功越少。这种说法对吗?

答：不正确。就动力循环来说，热效率越高，说明热转化为功得比例越大，而不是做功越大；对制冷循环来说，制冷系统越大，表明低温下吸收的热量与所耗功相比，所占的比例越高。 7-11. 夏天可利用火热的太阳来造就凉爽的工作环境吗? 答：可以。

7-12. 有人说：热泵循环与制冷循环的原理实质上是相同的，你以为如何?

答：正确。制冷循环与热泵循环的工作循环都是逆向循环，区别仅在于使用目的。当使用目的是从低温热源吸收热量时，为制冷循环；当使用目的是向高温热源释放热量时，即为热泵循环。

7-13．蒸汽压缩制冷循环过程中，制冷剂蒸发吸收的热量一定等于制冷剂冷却和冷凝放出的热量吗? 答：不对。蒸汽压缩制冷循环过程中，制冷剂蒸发吸收的热量一般不等于制冷剂冷却和冷凝放出的热量。 7-14.供热系数与致冷效能系数的关系是：制冷系数愈大，供热系数也愈大。是这样吗？能否推导？ 答：致冷效能系数

??Q0 WS热力学第一定律 Q2?Q0?WS 供热系数

?HP?Q2WS?Q0?WSWS???1

所以制冷系数愈大，供热系数也愈大。

7-15. 有人认为，热泵实质上是一种能源采掘机。为什么？

答：由于热泵以消耗一部分高质能(机械能、电能或高温热能等)为补偿，通过热力循环，把环境介质(水、空气、土地)中贮存的低质能量加以发掘进行利用。因此，热泵实质上是一种能源采掘机。 7-16. 有人说，物质发生相变时温度不升高就降低。你的看法？

答：不一定。如果外压不变，纯物质发生相变时温度不变，如1atm、100℃的水，从液态转为气态或从气态转为液态时，温度始终为 100℃。

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