《化工热力学》课程考试大纲.pdf

化工热力学 课程考试大纲 第一部分 考试说明 一 考试性质 化工热力学 是是化学工程学分支学科之一 是化学工程与工艺专业 本科段 的 一门专业课 化工热力学 课程结合化工过程阐述热力学定律及其运用 是化工过程研 究 设计和开发的理论基础 应考者学完本课程后 学生应初步具备运用热力学定律和有关理论知识 对化工过程 进行热力学分析的基本能力 应初步掌握化学工程设计和研究中获取热力学数据的方法 对化工过程进行相关计算的方法 目标是培养他们能理论联系实际 灵活分析和解决实际 化工生产和设计中的有关涉及平衡的问题 并为学习后续课程和从事化工类专业实际工作 奠定基础 二 考试目标 本课程的考试目的在于检验学生掌握化工热力学的基本概念 理论和计算方法知识的 程度 利用化工热力学的原理和模型对化工中涉及到的化学反应平衡原理 相平衡原理等 进行分析和研究 利用化工热力学的方法对化工中涉及的物系的热力学性质和其它化工物 性进行关联和推算 以及利用化工热力学的基本理论对化工中能量进行分析等的能力 三 考试形式与试卷结构 一 答题方式 闭卷 开卷 A4 笔试 小论文 读书报告 其他请注明 考试方式采用开卷形式 答案必须全部答在答题纸上 答在试卷上无效 如有答题卡 请注明选择题的答案 必须答在答题卡上 非选择题的答案答在答题纸上 二 答题时间 90分钟 三 基本题型 1 基础概念题 包括单 多 选题 判断题 简述题 通常约占卷面成绩的20 30 2 计算题 涵盖课程章节的全部内容 如流体 纯流体或混合物 的pVT性质计算 溶液的热力学 性质计算 相平衡计算 化学反应平衡计算和热力学第一定律 热力学第二定律的应用计 算 熵分析计算和有效能计算 该部分内容约占卷面成绩的60 75 3 证明推导题 基本热力学方程及其关系的推导 约占卷面成绩的5 10 第二部分 考查的知识范围与要求 第一章 绪论 考核知识点 1 1 化工热力学的地位和作用 1 2 化工热力学的主要内容 方法与局限性 1 2 1化工热力学研究的主要内容 1 2 2化工热力学研究的主要方法 1 2 3化工热力学的局限性 1 3化工热力学在化工研究与开发中的重要应用 1 4 如何学好化工热力学 1 5 热力学基本概念回顾 考核要求 领会 1 热力学是研究能量 能量转化以及与能量转化有关的热力学性质间相互关系 的科学 2 化工热力学是研究热力学原理在化工过程中的应用 了解 热力学的状态函数法 热力学演绎方法与理想化方法等基本研究方法 以及以 Gibbs函数作为学习化工热力学课程的学习方法 第二章流体的p V T关系 考核知识点 2 1纯物质的p V T性质 2 2 流体的状态方程 2 2 1 立方型状态方程 2 2 2 多参数状态方程 2 3 对应态原理及其应用 2 3 1对应态原理 2 3 2 三参数对应态原理 2 3 3 普遍化状态方程 2 4流体的蒸气压 蒸发焓和蒸发熵 2 4 1 蒸气压 2 4 2蒸发焓和蒸发熵 2 5 混合规则与混合物的p V T关系 2 5 1混合规则 2 5 2混合物的状态方程 2 6液体的pVT关系 2 6 1液体状态方程 2 6 2普遍化关联式 考核重点 Virial 方程 立方型状态方程 要求了解与掌握 1 纯流体p V T行为 纯物质p V图 p T图及图中点 线和区域意义 临界点意 义 超临界区 流相区 特性 2 状态方程分类和价值 理想气体状态方程 气体通用常数R的意义和单位 Virial方程 压力多项式 体积多项式 截项Virial方程 Virial系数B C意义 立方型状态方程 立方型状态方程中参数a b意义 立方型状态方程迭代计算法 立方型状态方程三个根的意义 3 对比态原理和普遍化关系 对比态原理 偏心因子 定义 物理意义和计算 以偏心因子 为第三参数计算压缩因子的方法 普遍化第二Virial系数法和普遍化 压缩因子法 4 真实气体混合物与液体的p V T关系 真实气体混合物p V T关系简便计算方法 虚拟临界参数法 常用混合规则意义 混合物的第二Virial系数与混合物立方型方程 液体的p V T关系 第三章 纯物质 流体 的热力学性质与计算 考核知识点 3 1 热力学性质间的关系 3 1 1 热力学基本方程 3 1 2 点函数间的数学关系 3 1 3 Maxwell关系式 3 1 4 Maxwell关系式的应用 3 2 单相系统的热力学性质 3 3 用剩余性质计算系统的热力学性质 3 4 用状态方程计算热力学性质 3 5 气体热力学性质的普遍化关系 3 5 1 普遍化Virial系数法 3 5 2 普遍化压缩因子法 3 6 纯组分的逸度与逸度系数 3 6 1 逸度和逸度系数的定义 3 6 2 纯气体逸度 系数 的计算 3 6 3 温度和压力对逸度的影响 3 6 4 纯液体的逸度 3 7 纯物质的饱和热力学性质计算 3 7 1 纯组分的气液平衡原理 3 7 2 饱和热力学性质计算 3 8 纯组分两相系统的热力学性质及热力学图表 3 8 1 纯组分两相系统热力学性质 3 8 2 热力学性质图表 3 8 3 热力学性质图表制作原理 考核重点 热力学性质计算 剩余性质及其应用 T S图及水蒸气特性表意义和应用 考核要求 1 热力学性质间关系 单相封闭系统的热力学基本方程 状态函数间的数学关系式 Maxwell关系式 要求了解与掌握 1 dS方程 dH方程和dU方程 2 热力学性质计算 剩余性质MR定义 HR SR和GR基本计算式 由HR和SR计算焓H和熵S的方法 由普遍化第二Virial系数法和普遍化压缩因子法计算HR和SR以及H和S的方法 3 纯物质逸度和逸度系数 纯物质逸度 逸度系数完整定义和物理意义 纯气体逸度计算方法 纯液体逸度计算方法 4 两相系统热力学性质及热力学图表 单组分系统气液平衡两相混合物热力学性质计算方法 干度x的意义 T S图意义及应用 常见化工过程物质状态变化在T S图上的表示方法 用T S图数 据计算过程热和功以及热力学性质的变化值 水蒸汽表中各栏目意义及关系 水蒸汽表使用方法 第四章 溶液热力学基础 考核知识点 4 1 可变组成系统的热力学关系 4 2 偏摩尔性质 4 3 Gibbs Duhem方程 4 4 混合物组分的逸度和逸度系数 4 4 1 混合物逸度与逸度系数的计算方法 4 4 2 混合物逸度与组分逸度之间的关系 4 4 3 组分逸度与温度 压力间的关系 4 5 理想溶液 4 5 1 理想溶液与标准态 4 5 2理想溶液的特征 4 5 3理想溶液标准态之间的关系 4 6 混合过程性质变化 体积效应与热效应 4 6 1 混合体积效应与混合热效应 4 6 2 混合热效应 4 7过量性质与活度系数 4 8液体混合物中组分活度系数的测定方法 4 8 1 汽液平衡法 4 8 2 Gibbs Duhem方程法 4 8 3 溶剂与溶质的活度系数 4 8 4 溶剂与溶质的活度系数测定法 4 9 活度系数模型 4 9 1 正规溶液与Scatchard Hildebrand活度系数方程 4 9 2 无热溶液与Flory Huggins方程 4 9 3 Wohl方程 4 9 4 基于局部组成概念的活度系数方程 考核重点 偏摩尔性质 逸度和逸度系数 活度 活度系数和超额自由焓 理想溶液与非 理想溶液 考核要求 1 敞开系统的热力学基本方程 单相敞开系统的热力学基本方程 d nU d nH d nG d nA 表达式及应用范 围 化学位 i定义式的各种形式 2 偏摩尔性质 偏摩尔性质定义和物理意义与计算法 与 M的关系 与 i关系 Gibbs Duhem方程的常用形式及用途 3 混合物逸度和逸度系数 混合物的组分逸度和逸度系数定义 混合物的组分逸度和逸度系数基本计算式 混合物 整体 的逸度与组分逸度的关系 温度和压力对逸度的影响 4 理想溶液 研究理想溶液的目的与理想溶液模型 理想溶液中组分i的逸度与i组分在标准态下的逸度的关系 两种理想溶液模型与相应的两种标准态 的表示方法 理想溶液的特征 5 活度和活度系数 活度和活度系数定义 物理意义和应用 6 混合性质变化 M 混合性质变化 M和混合偏摩尔性质变化定义 物理意义和两者关系 M和与标准关系 G与活度关系 理想溶液混合性质变化 Gid Uid Hid和 Sid 7 过量性质ME 过量性质ME和偏摩尔过量性质定义和物理意义 ME与混合过程过量性质变化 ME以及混合性质变化 M的关系 GE物理意义 GE与活度系数 i关系式及应用 8 活度系数与组成关联式 由实验数据确定活度系数 非理想溶液的GE模型 正规溶液模型和无热溶液模型 常用活度系数与组成关联式 Redlich Kister关系式 Wohl型方程及其常用形式 Margules方程 Van Laar 方程 局部组成概念与Wilson方程 NRTL方程 确定活度系数与组成关联式中参数的简便方法 由一组精确的气液平衡实验数据 由恒沸点下气液平衡数据以及由无限稀释活度系数 以及由少量实验数据确定全浓度范围 的活度系数 了解与掌握 1 Wilson 方程优点和局限性 2 UNIQUAC方程与UNIFAC方程 第五章 相平衡热力学 考核知识点 5 1 平衡性质与判据 5 2 相律与Gibbs Duhem方程 5 3 二元气液平衡相图 5 4 气液相平衡类型及计算类型 5 4 1 气液相平衡类型 5 4 2 气液相平衡计算的准则与方法 5 4 3气液平衡过程 5 5 由实验数据计算活度系数模型参数 5 6 Gibbs Duhem方程与实验数据的热力学一致性检验 5 6 1等温二元汽液平衡数据热力学一致性校验 5 6 2 等压二元汽液平衡数据热力学一致性校验 5 7 共存方程与稳定性 5 7 1 溶液相分裂的热力学条件 5 7 2 液液平衡相图及类型 5 8 液 液相平衡关系与计算类型 5 8 1 液液相平衡准则 5 8 2二元系液 液平衡的计算 5 8 3 三元系液 液平衡的计算 5 9 固 液相平衡关系及计算类型 5 10 含超临界组分的气液相平衡 考核重点 汽液平衡基本问题及中低压下汽液平衡计算 考核要求 1 平衡判据与相律 多相多元系统的相平衡判据及其最常用形式 相律及其应用 2 汽液平衡基本问题 相变化过程需解决的两类问题 由平衡的温度压力计算平衡各相组成及由平衡各相 组成确定平衡的温度压力 完全互溶二元体系汽液平衡相图 汽液平衡两种常用的热力学处理方法 活度系数法和状态方程法 3 汽液平衡的计算 工程上常见汽液平衡问题的五种类型 泡点温度 泡点压力 露点温度 露点压 力 闪蒸计算 常压或低压下汽液平衡计算方法 完全理想系 气相为理想气体 液相为理想溶 液 和部分理想系 气相为理想气体 液相为非理想溶液 汽液平衡计算法 4 汽液平衡数据的热力学一致性检验 热力学一致性检验的基本方程Gibbs Duhem方程及其扩展形式 面积法检验恒温VLE数据和恒压VLE数据 第六章 热力学第一定律及其工程应用 考核知识点 6 1敞开系统热力学第一定律 6 1 1 封闭系统的能量平衡 6 1 2 敞开系统的能量平衡 6 2 稳定流动与可逆过程 6 2 1 稳定流动过程 6 2 2 可逆过程 6 3 轴功的计算 6 3 1 可逆轴功 6 3 2 气体压缩及膨胀过程热力学分析 6 3 3节流膨胀 6 3 4等熵膨胀 6 3 5膨胀过程中的温度效应 6 4 喷管的热力学基础 6 4 1 等熵流动的基本特征 6 4 2 气体的流速与临界速度 考核重点 能量平衡方程在稳流过程中的应用 考核要求 热力学第一定律和能量平衡方程 能量守恒和转化原理 敞开体系能量平衡方程 能量平衡方程的不同形式 稳流体系能量平衡方程的应用 轴功的计算 喷管的热力学基础 第七章 热力学第二定律及其工程应用 考核知识点 7 1热力学第二定律的表述方法 7 1 1过程的不可逆性 7 1 2熵 7 1 3热源熵变与功源熵变 7 2熵平衡方程 7 2 1 封闭系统的熵平衡方程式 7 2 2 敞开系统熵平衡方程式 7 3 热机效率 7 4 理想功 损失功与热力学效率 7 4 1 理想功 7 4 2 稳定流动过程理想功 7 4 3 损耗功 7 4 4 热力学效率 7 5 熵分析法在化工过程中的应用 7 5 1 传热过程 7 5 2混合与分离过程 7 6 有效能及其计算方法 7 6 1 有效能的概念 7 6 2 有效能组成 7 6 3 有效能的计算 7 6 4 无效能 7 7 有效能衡算方程与有效能损失 7 7 1有效能平衡方程 7 7 2有效能损失 7 8 化工过程能量分析及合理用能 7 8 1能量平衡法 7 8 2 有效能分析法 7 8 3 合理用能准则 5 2 考核重点 5 2 1能量平衡方程在稳流过程中的应用 5 2 2 热功的不等价 熵增原理 5 2 3 理想功和损失功 考核目标 1 热力学第二定律 热功转换的不等价性和熵 热力学第二定律原理 热功转化的不等价性 功全部能变化成热 热只能够部分变 为功 热变功的最大效率 热力学第二定律的三种不同说法 了解系统的熵变 熵流和熵产等基本概念与描述 2 理想功和损失功 理想功定义和物理意义 完全可逆 的含义 损耗功定义和物理意义 损耗功与 过程不可逆性关系 热力学效率定义和用途 稳流过程的理想功和损耗功的计算 4 有效能 能量存在品质 级别 差异 有效能的物理意义 基态 有效能和理想功的关系 稳流物系物理有效能 热量有效能 化学有效能及动能有效能 位能有效能的计算 方法 以及有效能效率 5 熵衡算方程 有效能衡算方程及其应用 6 化工过程能量分析及合理用能准则 第八章蒸汽动力循环与制冷循环 考核知识点 8 1 蒸汽动力循环 Rankine 循环过程分析 8 1 1 Rankine循环 8 1 2 Rankine循环的改进 8 2 内燃机热力过程分析 8 2 1 定容加热循环 8 2 2 定压加热循环 8 4 燃气轮机过程分析 8 5 制冷循环原理与蒸汽压缩制冷过程分析 8 4 1 逆向Carnot循环 8 4 2 蒸汽压缩制冷循环 8 6 其它制冷循环 8 6 1 蒸汽喷射制冷 8 6 2 吸收制冷 8 7 热泵及其应用 8 8 深冷循环与气体液化 8 7 1 Linde Hampson系统工作原理 8 7 2 系统的液化率及压缩功耗 考核要求 1 蒸汽动力循环 理想Rankine循环装置 工作原理和循环工质状态变化 循环过程热和功 热变功的效率 等熵效率及汽耗率的意义和计算 提高Rankine循环效率和降低汽耗率的途径 使用回热循环和热电循环 用T S图表示循环工质各状态点 用蒸汽表数据进行有关计算 2 气体绝热膨胀的制冷原理 节流膨胀降温 制冷 原理 Joule Tompson系数和温度降 对外做功绝热膨胀降温 制冷 原理 等熵系数和温度降 两种降温 制冷 方法比较 深度冷冻循环不作要求 2 制冷循环 蒸汽压缩制冷