1、1第三章 纯流体的热力学性质计算思考题3-1 答：气体热容，热力学能和焓与温度压力有关，由热力学能和温度两个状态参数能够确定气体的状态。3-2 答：理想气体的内能的基准点是以温度为基准规定的。3-3 答：理想气体热容差 不适用于理想气体混合物，因为混合物的组成对此有关。Rpvc3-4 答：否。热力学基本关系式 不受过程是否可逆的限制dHTSVp3-5 答：不正确。剩余函数是针对于状态点而言的；性质变化是指一个过程的变化，对应有两个状态。3-6 答：不是。只有理想气体在定温过程中的热力学内能和焓的变化为零。3-7 答：因为做表或图时选择的基准可能不一样，所以用不同来源的某纯物质的蒸气表或图查得的
2、焓值或熵值有时相差很多。不能够交叉使用这些图表求解蒸气的热力过程。3-8 答：可以。因为出口状态是湿蒸汽，确定了出口的压力或温度，其状态点也就确定了。3-9 答：压力增高，又是绝热过程，所以是一个压缩过程（熵增加，若为可逆过程则是等熵过程） ，故系统的终态仍是过冷液体。此过程不可逆。3-10 答：A 容器被破坏得更严重。因为在压力、体积相同的情况下，饱和液态水的总热力学能远远大于饱和蒸气。二、计算题：3-1 试推导方程 式中 T,V 为独立变量。TVUp证明： dSTTpVP1P2TS2由 maxwell 关系知： VTpSTUV3-2 证明状态方程 表达的流体：(b)RpT（1） Cp 与压
3、力无关；（2） 在等焓变化过程中，温度是随压力的下降而上升。证明：（1） (b)VTRppRVT又 pddHC=pTVpbppTTTpp0HCp 与压力无关（2） d0HppdVTRdb0pC亦即 pHT 0pCb故： ，在等焓变化过程中，温度是随压力的下降而上升。0p3-3 某类气体的状态方程式为 ，试推导这类气体计算的 HR 和 SR 的表达式。(b)RVT解： Rp0dpHT由 可得： Vb3RTVbpRpVT00PHdb同理 pRST0d3-4 p/0.1013 , MPa 10 40 60 100 140 160 180 200V/ cm3mol-1 3879 968 644.7 3
4、88.0 279.2 245.2 219.2 198.61pT1.016 1.016 1.088 1.135 1.171 1.182 1.191 1.176解： 设计过程如下：真实气体473.15K20.265MPa理想气体273.15K0.1013MPa理想气体473.15K20.265MPaH 理想气体的焓变 2p1TidiHC473.5473.15ididp2.12. 22-1890.3 Jgd 89847.153.2. T 473.15K，20.265MPa 下的剩余焓R -110d0398Jmol25 JgppVHT52.17. idR4-600-500-400-300-200-10
5、000 5 10 15 20 25p5 解：设计过程如下：真实气体1272.53MPa真实气体27712.67MPa理想气体1272.53MPa理想气体12712.67MPa理想气体27712.67MPaH，S，U，V（1）127，2.53MPa 下真实气体转变成理想气体查表知，Tc=425K, Pc=4.327MPa，=0.19540.592rT2.530847rp查图知用普遍化维利系数法计算。 01.6B=.83rT14.27908r01.95.0439cpR01r1.58 .3.8.7094pVBZT43-11675910 mol2.10RppVT502.67593rdBT1.01r -
6、1110.826.8.3457kJmolRrrHdBpT 01r -11572lrRS （2） 理想气体恒温加压 T0H-1.6ln39 kJolKS（3） 理想气体恒压升温 21id 3263-.78540.2.79605.14.0 kJmolTpC id3 327.1562-1.1.n.45899 kJmolKpS （4） 理想气体转变为真是气体50.1342rT1.67243rp用普遍化压缩因子法计算，查图可知 0.Z10.ZRc()HTRc()50.2S.4S012.6495.67Z43-127830128 mol.RTVp0()()RccH621.095(.4)128RS-18376
7、.5 kJmolH-2KR故 4311910.9 lV-2= ()JidRTpS78koRS6464-12.509.83) 068.3 kJmolU6 解：（1）设计过程如下：273.15K0.4MPa饱 和 液 氨 273.15K0.4MPa气 氨 273.15K0.4MPa理 想 气 氨 1.03MPa理 想 气 氨 1.03MPa气 氨K K 273K，0.43MPa 下液氨汽化-1V243 kJmolH -178.462 kJmolVS 273K，0.43MPa 下真实气体转变成理想气体查表知，T c=405.6K, Pc=11.28MPa，=0.250 7.5064r 0.3128r
8、p查图知用普遍化维利系数法计算。 01.62B=.83rT14.27909r0.65d1.201r 0.9RcrrHBd pTT11r.Sd故 -1.98345.287 kJmolRC7-110.26.8314.0 kJmolRS 273K，0.43MPa 下理想气体变化为 300K，1.013MPa 的理想气体查表已知 id528377pCTT21 25384-17.5 01096.8 kJolTHid3pi27.15283-1.n7l4 .52750.l 6 kJmoKSR 300K，1.013MPa 的理想气体变化为 300K，1.013MPa 的真实气体3.745Tr.01Pr892查
9、图知用普遍化维利系数法计算。01.628B 49r02.6.rd75T3201r().60.47.8974251RcrrHBdpT012Pr.89(.36).21dRrS-1 .3 kJmol476K又因 -0H21=18 l故 id-1()8370 kJol RVHi012S4.S(2) 同理可求出 30.4MPa，500 K 气氨的焓和熵。过程 和 的结果与上述相同8过程的焓变和熵变为：2id50pi273.11283-150ln7.3l.27.15 48.l.8 kJmolKCSTR过程 的焓变和熵变计算如下为：501.236rTr0.472p查图用普遍化压缩因子法。查图可知 ， ().
10、9RHc()1.RTc07SS2()()3.5cc1.2R-123.58406. kJmol-.KS故 id-1012H=()3 lRVH.J S7 解： 14.rTr1689740p用普遍化压缩因子法查图得： 0.7.352z-1528 cmol9RVp查得 T=273.15K 时， S5.0Pa273.15K0.MPa饱 和 液 273.15K0.MPa饱 和 气 273.15K0.MPa理 想 气 6.89MPa理 想 气 体 6.89MPa真 实 气 体47.K47.KH:50idi 2273.1384-11.27.5073.5 86 kJmolpHCT9 273.15K 饱和液体丁烯
11、-1 的汽化查得 -1V2754 kJmolH 12173549.68 kJmolKVHST 273.15K，0.127MPa 的真实气体转变为 273.15K，0.127MPa 的理想气体230.6rT20rP用普遍化压缩因子法： 11d()()R 0.36.50.76.8(.73094)872rc rBBpT11()d .3).14rrSPR 1108720872035. kJmolcHT1.493. kJmolKS 273.15K，0.127MPa 的理想气体转变为 477.4K，6.89MPa 的理想气体7.idip2332621 116.(4.)26.08.5(473)8.70(4.
12、73)8 kJolC id47.pid233621.9Rn76 6.891l082(4.2)8.170(4.73).14ln. 027.8 kJmoKST 477.4K，6.89MPa 的理想气体转变为 477.4K，6.89MPa 的真实气体用普遍化压缩因子法，查得24r2r.0()5.().RRHTcc-12.83169 kJmol02().4087(.)4RRS-12.74 lK故 -112= JlV()9.5koRS6-1380328 kluHp8 解：设计过程 8.053MPa实 际 气 体 8.053MPa理 想 气 体 15.72MPa理 想 气 体 15.792MPa实 际 气
13、 体4K:U:1K1K4K10查表 cT304.2Kcp7.6MPa=0.25， r15r18.39用普遍化压缩因子法查图 0.z.0.z311674cmolRTVp又 29.50r25.9476rp用普遍化压缩因子法得 2.z0z26.z3149. cmolRTVp3-121 =7=.84 l故过程 用普遍化压缩因子法查图得 01()2.RHTc()0.89RcR01c()+5T-1=2.483.=64 kJmol查图得： 01()SR1()0.82SR.5-11 .5834kJolK过程 id 62p26.70(.)CT3915iid-1p JmlH7id -1. 9ln35 kol8pS
14、R过程 用普压法： 11R0R22cc()=+1.705.2178HT9S-121.7834 kJmolR-10lKid -112= ()63279.45082 kJolRHi -pS(.: -15016 lUV9 解：(1)常压沸点时的蒸发热可用下式计算 vap2.7(ln)48932.65 KncrTT由表中数据知，正丁烷的临界压力，临界温度，如下： -1-1.86MPtm4527(ln7348 Jol0093. kJocvapnH:）（2） 18.KT蒸发热可按 watson 经验式计算： 0.380.38410.93K22 -1()765.98()45 kJmol1vaprrrvapT
15、H:（3）由 Clapeyron 方程知，vvapdT由数据拟合 得到1ln:l2.7580.4/vapT266-1280.4.(3)391.8 kJmolvapvdPH12相对误差： 8.90415%.310 解： 1）查饱和蒸气表得：70时 -1-2. kJg6K.53 llgHS-109.09526.8(1)92.650 kJg73473KlSl2) 由表可知 4.0MPa 时， -1.kJg.Jg故水蒸气处于过热状态。由表可知 4.0MPa ，280时，H=2901.8 kJkg -1, S=6.2568 kJkg-1K-1320时，H=30154.4 kJkg -1, S=6.455
16、3 kJkg-1K-1由内插法求得，S=6.4 kJkg -1K-1时，对应的温度 T=308.9 ，H=2983.75 kJkg -13）查饱和蒸气表得，4.0MPa 时，-1-087. kJg2496. llgHS由于 Sl 处于 Sg 之间，故水蒸气为湿蒸气，且满足1lx即 ，得5.8072.649故 -1.5801.97508.326 kJgglH对应的温度为 T=250.411 解：查氨的饱和蒸气表，通过内插法得，0.304 MPa 时，S l=8.8932 kJkg-1K-1绝热可逆膨胀到 0.1013MPa 后，S 不变，通过内插得-13.58 kJKl927gg而 S 位于 S
17、l 与 Sg 之间，设干度为 x, 则lx即 8.3513.85x解得： 09212 解：查表知 0.1985MPa（饱和）的饱和蒸汽压 H=2706.3 kJkg-113因为节流膨胀是等焓过程，过 1.906 MPa 时湿蒸气的 H=2706.3 kJkg-1查表知，1.906 MPa 时， ，-12798.kJggH-1896.Jl干度为 x， 则 1gl即 2706.36.x解得 9513 解： 1） 31.4 mkgv31.208mkgfv317.580mkgvf 3gf().641751xv2) ， f90.2 kJHg280. kJgH 1fg()9.(4).0574823. kJ
18、gx 3) -1f.6 JKS -16JgS -1fg()2.0(1.).668 JkxS14 解： A、B 两物流进行绝热换热，终态为 c 状态A 股湿蒸汽 0.5MPaAp.98Ax1 kgsAGB 股过热蒸汽 473.15BTK 查饱和水蒸气表知： 时，.aA1,274.5 kJg60gAlH14, ,(1)AgAlAHxxH0.98274.50.9864.123 kJ查过热蒸汽表知： .MPaAp73.5BTK1285. kJgBH0.5 Mpa 的饱和蒸汽: 24./cHJg 绝热混合过程 ABQ()()Bccm ACcBB 股蒸汽的流量 1(2705.34.)092/81mKgs1
19、5 解：（1）查 423.15K，饱和水蒸汽 -1-1632.5 kJg84K7. lghS0MPaS 310.924 mkgV查 423.15K, 0.1MPa,过热蒸汽，-1326.kJ79 ghv423.15K, 0.15MPa, 过热蒸汽 -13-0.5J46kK2 mS（2）423.15K,0.14MPa, 过热蒸汽焓熵由线性内插求出：-105(4)76.7638kJgh-1 .1437. (0.1).6. 559 KS(3) 等 T 可逆过程，151212843.5().(68357.49)09 kJsRgQmTdS体系放出热量为 2099.03Kj由热力学第一定理知， uqw63
20、-112-1.0.25. kJg 7459408623 kJg9.8(.). uhPvw体系获得功量为 1824.061kJ3-16 解： 4MPa 饱和水蒸汽查表知：t=250.33状态 1 过热度为 150. 即 t=250.33+150=400.33对应此状态点的焓、熵分别为 h1、S 1查过热水蒸汽表知：400.33下2.5MPa 时 h=3240.7kgkg-1 S=7.0178 kJkg-1k-1V=0.12004m3kg-1 5MPa 时 h”=3198.3 kgkg-1 S”=6.65 kJkg-1k-1V”=0.05779 m3kg-1内插求出 4MPa ，400.33下 对
21、应的 h 和 s 分别为：240.7198.240.75h1 13(.5)3.25.6 kJg. .6422.s 115087.(4)7.018.9 JK3.95426mkg.v 经过绝热可逆过程 ， P2=50KPa1216 kJgKs对应该压力下其饱和热力学参数查表知：S2g=7.5947 kJkg-1K-1 H2g=2646.0 kJkg-1S2l=1.0912 kJkg-1K-1 H2l=340.56 kJkg-1v2g=3.24 m3kg-1 v2l=0.0010301 m3kg-1 S2S 2g 终态为湿蒸汽状态2,2(1)lgx, ,lH16即有： 2,6.791.025.7640.8543lgSx3120.83.(.8).12.9 mkgv 76107456JH 作图 若过程在封闭体系进行。由热力学第一定律 uqwq=03631()() 236.5.2502.84910.829)1089 .0 kJgwuhpvv即：体系从外界获功 663.30 kJkg-1124MPa50kPaST
