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1、2019/11/5,1,测试题解答,一、采用三参数普遍化关系式计算异丁烷气体从初态0.1013MPa，400K（可以视为理想气体）变化到终态1.5MPa，460K（真实气体）时的焓变。已知异丁烷在理想气体状态下的恒压摩尔热容Cp=14.77+0.275 T (Cp为J.mol1.K1，T为K)。,2019/11/5,2,解：设计过程如下：,初态 id.g 0.1013MPa 400K,id.g 1.5MPa 460K,real.g 1.5MPa 460K,该过程的焓变为：,Hid,HR,H,2019/11/5,3,(1) 计算理想气体的焓变,(2)计算剩余焓 查附录知，二甲基丁烷(异丁烷)的
2、Tc=407.8K, pc=3.640 MPa, =0.177,2019/11/5,4,查图2-9，知该点位于图2-9曲线之上，故采用普遍化维里系数法计算。,2019/11/5,5,2019/11/5,6,二、某厂有一台蒸汽透平，已知水蒸气入口的温度为440，压力为40105Pa，流率为4000kg/h，蒸汽排出的压力为7.0105Pa。 (1) 假定透平在绝热可逆条件下操作，试计算蒸汽的出口温度以及透平所作的功； (2) 若透平绝热操作，输出的轴功等于绝热可逆轴功的82.65，则蒸汽出口的温度为多少？并计算透平内熵产生的速率。,2019/11/5,7,解： (1)透平绝热可逆操作 选透平及其
3、内容物为体系，即稳流体系，忽略动、位能的变化，其能量衡算式和熵衡算式为,4000kg/h 440 40105Pa,7.0105Pa,1,2,因透平绝热可逆操作，故Q=0, S产生=0,Ws,Q,2019/11/5,8, S1= S2,re 查水蒸汽表知 440oC, 40105Pa蒸汽的 H1 = 3307.86 kJ/kg， S1 = 6.9052 kJ/kg.K 由S2,re = S1 = 6.9052 kJ/kg.K，p2=7.0105Pa可查出 蒸汽出口温度T2,re= 203.89 ，H2,re =2853.48 kJ/kg 可逆轴功 Ws,re= H2,reH1 = 2853.48
4、3307.86=454.38 kJ/kg 透平的功率为 4000454.381.82106 kJ/h,2019/11/5,9,(2) 实际轴功 Ws = 0.8265 Ws,re= 0.8265(-454.38) = -375.55 kJ/kg H2=H1+Q+Ws=3307.860375.55=2932.31 kJ/kg 由p2和H2查得，蒸汽出口温度 T2 = 240 S2 = 7.0633 kJ/kg.K 由衡算式： S产生= S2-S1 = 7.0633-6.9052 = 0.158 kJ/kg.K 故透平内熵产生的速率为40000.158 = 632 kJ/h.K,2019/11/5
5、,10,三、 一台换热器用压力为0.15MPa，温度为320的过热蒸汽把20的水加热到80，蒸汽出口压力不变。已知蒸汽的流量为4150kg/h，水的流量为5000kg/h，换热器的散热量为7.48104kJ/h，环境温度为T0=298K，水的比热为Cp,水=4.187kJ/kg.K。请用水蒸气表计算该换热器的 损失量。,2019/11/5,11,解： 过程示意图： 首先作能量衡算，计算蒸汽出口的条件。 以换热器为体系，即稳流体系。 能量衡算式为： 即,2019/11/5,12,由320,0.15MPa可查出 H1 = 3113.5 kJ/kg， S1 = 8.0964 kJ/kg.K 由p2和
6、H2查得，S2 = 7.4665 kJ/kg.K,2019/11/5,13,损失为,2019/11/5,14,四、推导证明题,2019/11/5,15,由热力学基本方程,2019/11/5,16,由,2019/11/5,17,由热力学基本方程,2019/11/5,18,五、 一个贮罐体积为0.7 m3, 内贮有1.0 atm和65的CO2气体,现以0.14 m3/min 的速率将CO2抽出。如果贮罐绝热良好, 且假定CO2为理想气体, Cp9.40 cal/mol.K。试写出罐内压力与时间的关系式。,2019/11/5,19,解：以贮罐为体系，即不稳定流动体系 忽略动、位能的变化， 绝热Q=0，无轴功Ws=0，min=0 能量衡算式化简为 以摩尔数为基准，则,2019/11/5,20,假设CO2为理想气体 选TR=0 K作为计算焓值的基准（即TR=0 K作为参考态，且H(TR)=0）， 那么对任一温度下的焓和内能有： U=CvT H=CpT 代入能量衡算式：,2019/11/5,21,（注t 时间） 分离变量,2019/11/5,22,积分得 初始条件：t =0时 p=1.0 atm 则得到积分常数 C =1 罐内压力与时间的关系式为： (注p：atm；t 时间min),或者,