第六七章化工过程能量分析习题

1、第六章 化工过程能量分析1. 气体经过稳流绝热过程，对外作功，如忽略动能和位能变化，无摩擦损失，则此过程气体焓值 ( ).A. 增加 B 减少 C不变 D. 不能确定2. 要加热50的水，从热力学角度，用以下哪一种热源，损失功最小（ ）A.60的热水 B.80的热水 C.100的饱和蒸汽， D. 120的过热蒸汽3. 不可逆过程中孤立体系的（ ）A.总熵总是增加的，有效能也是增加的。B.总熵总是减少的，有效能也是减少的。C.总熵是减少的， 但有效能是增加的。 D. 总熵是增加的，但有效能是减少的。 4. 一封闭体系经过一变化，体系从25恒温水浴吸收热量8000kJ，体系熵增25kJ/K，则此过

2、程是( )。 A. 可逆的 B.不可逆的 C. 不可能的 5. 在431.15K与286.15K之间工作的热机的最大效率是 （ ）A. 91.77% B.50.70% C. 33.63% D.39.67%6. 体系从同一初态到同一终态，经历二个不同过程，一为可逆过程，一为不可逆过程，此二过程环境熵变存在（ ）。A（S环）可逆（S环）不可逆C（S环）可逆 = （S环）不可逆 D（S环）可逆= 07. 按第二定律，无论什么过程体系的熵变 。 A.0 B.0 C.=0 D.不确定8. 在孤立体系中，因不可逆性导致作功能力损失。公式（式中为环境温度）是从传热过程推出的 。 A仅适用传热过程 B. 也适

3、用传质过程 C 也适用流动过程 D. 任何过程都行9. 体系经不可逆循环又回到初态，则热温商的循环积分_ A 0 10. 关于做功和加热本领的描述，不正确的是（ ）A压力相同，过热蒸汽的做功本领比饱和蒸汽大。B温度相同，高压蒸汽的作功本领比低压蒸汽强。C温度相同，高压蒸汽的加热能力比低压蒸汽强。 D放出的热相同，高温高压蒸汽的作功本领比低温低压蒸汽的大。11. 非流动过程的理想功Wid等于（T.P. V为体系温度，压力及体积变化，T0、P0为环境温度，压力）。A). U B) U-T0S C) U-TS+PV D)U-T0S+P0V12. 损失功也是过程可逆与否的标志，因此有：A) WL=T0

4、*S体 B)WL=T0*S环 C)WL=T0*S总 D)WL=-T0*S总13. 体系由状态1（P1,T1）可逆变化到状态2（P2,T2），该过程用EX的变化等于。A)Wid B)WL C)-Wid D)T0S总14. 同一热机在夏天的热机效率比在冬天的热机效率（ ） A. 相同 B.低 C.高 D.不一定15. 500恒温热源下100KJ的热量所具有的有效能为 。（T0=298K）A. 100KJ B. 约40KJ C. 约60KJ D. 约20KJ16. 卡诺制冷循环的制冷系数与( )有关。A. 制冷剂的性质 B. 制冷剂的工作温度 C. 制冷剂的循环速率 D. 压缩机的功率17. 任何体

5、系在一定状态下的有效能是从所处状态达到与环境相平衡的可逆过程中，对外界作出的最大功。A） 正确 B) 错误18. 有效能是系统的一种热力学性质。因此，系统某个状态的有效能的数值与环境状态无关。A） 正确 B) 错误19. 压力相同时，过热蒸汽的有效能较饱和蒸汽大，因此其做功的本领也较大。A） 正确 B) 错误20. 温度相同时，高压蒸汽的有效能较低压时蒸汽大，所以通常用高压蒸汽作为工艺加热之用。A） 正确 B) 错误21. 蒸汽在透平机作可逆绝热膨胀，体系和环境总的有效能是守恒的。A） 正确 B) 错误22. 根据能量守恒定律，在不消耗外部能量的前提下，功可以自发的全部转化为热，热可以完全自发

6、的转化为功。A） 正确 B) 错误23. 热力学效率表示能量利用真实过程与可逆过程的差距，因此，热力学效率必然小于1。A） 正确 B) 错误24. 要对化工过程进行节能改进，就必须对理想功、损失功、热力学效率进行计算和热力学分析A） 正确 B) 错误25. 根据热力学第一定律，对某过程或系统的能量衡算，不仅能确定能量的数量利用率，而且能全面地评价能量利用情况。A） 正确 B) 错误26. 一定状态下体系的有效能是体系由该状态达到与 时此过程理想功。27. 体系经过不可逆过程，则过程熵变一定大于过程的 商。28. 纯物质T-S图两相区水平线段（结线）长度表示 大小。29. 单位质量稳流体系能量平

7、衡方程是 。30. 稳流体系熵方程中熵产生是体系内部 所引起的。31. 体系由一状态到另一状态变化过程中以_方式进行时的功效应，称为此过程的理想功。32. 能量平衡是以热力学 为基础，有效能平衡是以热力学 为基础。33. 能量平衡是反映系统中能量的 利用情况，有效能平衡是反映系统中能量 的利用情况。34. 根据热力学的观点，体系与环境间由于_作推动力而传递的能量称为热，热力学第一定律的数学表达式是_规定体系吸热为正值，放热为负值，体系得功为正值，对环境做功为负值。35. 对稳定流动体系单位质量能量的平衡方程式是_.36. 当单位质量流体稳定流经水平、等径的阀门时，其能量平衡方程式可以简化为_3

8、7. 当单位质量的流体经过绝热节流膨胀（忽略功、能和位能的变化）其能量守恒方程38. 节流式正气量热计用于测量湿蒸汽的干度，其原理是是么？39. 卡诺定理的主要内容是是么？40. 热力学第二定律的表达式是_41. 孤立体系的熵增表达式是_42. 从热力学的角度分析某流体流动装置必须遵循哪三个原理？43. 什么是理想功、损失功？44. 理想功的两个基本条件是是么？45. 考察理想功的作用是什么？46. 在化工过程中，动能、位能变化不大的稳定流动过程理想功Wid表达式可简化为什么？47. 稳定流动体系物流的有效能EX的基本计算式为：_48. 在T-S图上1-2-3-4表示卡诺循环，问卡诺循环效率用

9、面积比如何表示 T 1 243 S 49. 单位质量稳定流动体系能量平衡方程是_。 流体经常通过喷嘴获得高速气体（超音速），该高速气体的速度为 _。计算题1. (12分)有一股热水流经一段管道，由于保温不良，温度由90 下降到80， 试求此流动过程中，每千克水的理想功和损失功。假设管道的压降可忽略，水的热容Cp =4.186kJ/kg K，环境温度 T0=298K。2. (12分)试求1kmol，300K的空气，由0.1MPa等温可逆压缩到10MPa的轴功和理想功。环境温度取T0为298K。3. (10分)0.1013Mpa的饱和水蒸汽被绝热压缩至0.3pa，280，蒸汽流率为1000Kg/h

10、，环境温度25，计算:()压缩机的功率()理想功和热力学效率0.1013MPa饱和水蒸汽的焓值和熵值分别为:H1=2676.1kJkg-1 S1=7.3549 kJkg-1K-1。0.3MPa和280过热蒸汽的焓值和熵值分别为:H2=3028.6kJkg-1 S2=7.6299 kJkg-1K-14. (12分)(1)气体由20，2.0m3 (状态1)经绝热过程到150，1m3(状态2)，输入功为100kJ，求其内能变化？ （2）初态同（1），经恒容过程加热到150（状态3），需热量95kj，问此过程内能变化如何？ （3）（2）中处于状态3的气体经等温压缩到1.0m3（状态2），同时移走185

11、kj热量，问其内能变化如何？需功若干？（本题按封闭体系计算）5. (12分)压力0.689Mpa, 温度260C的过热蒸汽，以一定线速度进蒸汽动力装置透平作功，乏气为0.138MPa，设此为可逆绝热膨胀过程。求：（1）每kg蒸汽的轴功（不计动能变化）；（2）进、出蒸汽的有效能（不计动能变化）；（3）有效能效率ex （设环境T=293K , P=0.1013Mpa,热损失可忽略）有关数据P (bar)T (k)H (KJ/kg)S (KJ/kg.k)Hf (KJ/kg)Sf (KJ/kg.k)Hg (KJ/kg)Sg (KJ/kg.k)进透平蒸汽6.895332975.47.155出透平蒸汽1.

12、38456.31.4042689.17.252环境水84.980.29646. (12分)氨冷凝器用冷却水将气态氨冷凝为液氨，冷凝器进出口参数：氨进口：383k，1.2MPa，H1=1897kJ/kg，S1=9.010KJ/（kg.K） 氨出口：305k，1.2MPa，H2=565.2kJ/kg，S2=4.689KJ/（kg.K） 水进口：293k，0.1MPa，H3=84.10kJ/kg，S3=0.297KJ/（kg.K） 水出口：303k，0.1MPa，H4=125.81kJ/kg，S4=0.435KJ/（kg.K） 假设冷凝器与周围环境无热交换，环境温度T0=298K。试求：(1)冷凝1

13、Kg汽氨耗用冷却水量（4分）；(2)冷凝1Kg汽氨总损耗功（8分）。7. (13分)化工生产中需0.1MPa，80热水用于设备保温，此热水由0.2MPa，175水蒸汽通入0.1MPa，20冷水在热水槽中混合得到。请计算： （1）制备1吨热水需用多少冷水和水蒸汽？ （2）此混合过程理想功和损失功是多少（按1吨热水计）？ （3）如果用0.1MPa，95热水代替水蒸气制备0.1MPa，80热水，那么损失功又是多少（按1吨热水计）？ (4) 比较（2）和（3）的结果，哪一个损失功小？为什么？设混合过程热损失可忽略，环境温度是20。有关数据列于下： 热水（80 ） 热水（95） 冷水（20） 水蒸气（1

14、75）H （kJ/kg） 334.91 397.96 83.96 2819.7S （kJ/（kg K） 1.0753 1.2500 0.2966 7.39318. （10分）设有压力为1.013MPa、 6.868MPa、 8.611MPa的饱和蒸汽和1.013MPa， 573K的过热蒸汽和8.611MPa，573K的饱和水，若这些蒸汽和水经充分利用后，最后排出0.1013MPa， 298K的冷凝水（即环境状态）。（1）将它们做功本领从大到小排序，并说出如此排序的理由。（不需要计算）（2）简要阐述如何合理利用蒸汽。（3）计算3#（序号见下表）饱和蒸汽的有效能Ex。(4) 若将3#饱和蒸汽变成4

15、#饱和水，环境温度为298K，请计算此过程所做的理想功。序号P, MPaT,KS (KJ/Kg.K )H (KJ/Kg )0#水0.10132980.3674104.91#饱和蒸汽1.0134536.58227762#过热蒸汽1.0135737.1330533#饱和蒸汽8.6115735.78727834#饱和水8.6115733.253413449. (12分) 试求将1kg，0.6MPa的空气，按如下条件变化时的热量变化，以及有效能变化。取环境温度为25（298K）。（1）等压下由-38加热至30；（2）等压下由30冷却至-170。10. (12分)有一台空气压缩机，为气动调节仪表供应压缩

16、空气，平均空气流量为500m3h-1，进气初态为25，0.1Mpa，压缩到0.6Mpa，假设压缩过程可近似为绝热可逆压缩，试求压缩机出口空气温度，以及消耗功率为多少？11. (12分)一汽缸活塞装置中以气体经过不可逆过程后，内能增加了32kJ，在此过程中，体系从540K的贮热器接受热量100KJ，然后又经过一可逆过程回到始态，此过程也只在体系与540K的贮热器之间发生，已知经此两过程后，贮热器的熵变为0.01KJ/K，试计算（1），在第一个不可逆过程中，体系所做的功（2），在第二个可逆过程中所传递的热量（3），在第二个可逆过程中体系所做的功12. (12分)设有1mol理想气体在恒温下由10a

17、tm，300k经不可逆膨胀至1atm时所做的功是1kcal，计算和Wl（环境温度T0=300k，按稳流体系考虑）13. (16分)试比较如下几种水蒸汽，水和冰的有效能大小。设环境温度为298K。 0.15MPa，160，过热蒸汽； 0.3MPa， 160，过热蒸汽； 0.07MPa，100，过冷蒸汽； 100，饱和蒸汽； 0.1MPa，100，饱和水； 0.1MPa，0，冰。14. (10分)某人称其能用100的饱和水蒸汽，提供140的热能，且每公斤水蒸汽可供热量1800kJkg-1。请验证其可靠性。参考答案12345678910BADCCADDAC11121314151617181920DC

18、ABCBBBAB2122232425ABAAB26 环境基态完全平衡27 热温商28 汽化熵29 H+1/2u2+gZ=Q+WS30 不可逆性31 完全可逆32 第一定律；第二定律33 量；品质34 温差 UQW35 H1/2U2+gz=Q+Ws 或HEkEpQWs36 HQ37 H038 采用节流原理，当湿蒸汽充分节流后变为过热蒸汽，测定过热蒸汽的温度、压力得知过热蒸汽的焓值，从而求得湿蒸汽的干度。39 所有工作于等温热源和等温冷源之间的热机，以可逆热机效率最大，所有工作于等温热源和等温冷源之间的可逆热机其效率相等，与工作介质无关。 max1T2/T140 dsQ/T41 ds042 质量守

19、恒 能量守恒 熵增原理43 理想功是指体系的状态变化是在一定的环境条件下按完全可逆的过程进行时，理论上可以产生的最大功或者必须消耗的最小功。损失功时指给定相同的状态变化时的不可逆实际功与理想功之间的差值。 Wl=Wac-Wid44 1）体系内部一切变化可逆2）体系只与温度为T0的环境进行可逆的热交换。45 理想功是一个理论的极限值，用来比较实际功的标准。46 wid = H-T0S47 EX=(H-H0)-T0(S-S0)=T0*S-H4849 h + u2/2 + gz = q+ wS；计算题1. (12分)WL = Wid = 7033 kJ/kg2. (12分)解：由空气的T-S图可查得

20、，在300K下，各压力状态下的焓值和熵值如下： 0.1MPa，H1=13577 kJkmol-1 S1=126 kJkmol-1K-1 10MPa，H2=1300 kJkmol-1 S2=87 kJkmol-1K-1 稳流系统 H=Q-WS 可逆过程 WS=Qrev-H 其中可逆热Qrev=TS=T（S2-S1）=300（87-126）=-11700 kJkmol-1所以 理想功 计算结果表明，等温下将空气从0.1MPa压缩至10MPa时，其消耗的理想功比可逆轴功要少一些，这是因为压缩时放出的热量可逆地传递给环境，环境获到了部分功，消耗的功最少。3. (10分)(1)Ws= H1- H2=26

21、76.1-3028.6=-352.5 kJkg-1 (2) Wid=T0S-H=298.15(7.6299-7.3549)-(3028.6-2676.1)=-270.4 kJkg-14. (12分)解： 对封闭体系 （1） （2）此过程为恒容过程 ， W=0 （3）20，2.0m3 (1),1m3(2) 150(3)U是状态函数 又 ， ，W=190kJ5. (12分)解：(1)按等熵s1=s2 蒸汽进1点出2点，x=(s2-s2f)/(s2g-s2f)=(7.155-1.404)/(7.252-1.404)=0.9834 H2=H2gx2+H2f(1-x2)=2689.1*0.9834+0.

22、0166*456.3=2652kg/kJ WS=( H1- H2)=-(2975.4-2652)=-323.4kg/kJ 忽略动能变化，WS=323.4 kg/Kj（2）B1=H1-0+TS1-0=（2975.4-84.98）-293*（7.155-0.2964）=2890.4-2009.6=880.8 kg/Kj B2=（2562-84.98）-293*（7.155-0.2964）=2567-2009.6=557.4（3）B=B-/B+=（Ws+B2）/B1=（323.4+557.4）/880.8=100% 忽略动能变化6. (12分).第一定律，Q=0，W=0，H=0，1*（1897-56

23、5.22）=G水（125.81-84.1） G水=31.93kg氨冷凝器作孤立体系， SL=G水S水+1*S氨 =31.93（0.435-0.297）+（4.689-9.010）=0.0853kJ/kg氨冷凝水 WL=T0SL=298*0.0853=25.41 kJ/kg氨冷凝水7. (13分)（1）334.1 * 1000 = 83.96 * （1000 - m汽）+ 2819.7 * m汽 ， m汽= 91.73 kg8. (10分)（1）3#2#1#4# 因为温度压力越高，蒸汽的作功本领越大；温度相同时，压力越高，蒸汽的作功本领越大；压力相同时，温度越高，蒸汽的作功本领越大； 任何温度压

24、力下的饱和蒸汽比任何温度压力下的饱和水作功本领大。（2）应尽可能利用高压蒸汽来做功，低压蒸汽来加热。（3）9. (12分)解：由空气的T-S图可查得0.6MPa下各温度状态的焓及熵值如下： -38（235K），H1=11620 Jmol-1 S1=104 Jmol-1K-1 30（303K），H2=13660 Jmol-1 S2=111 Jmol-1K-1 -170（103K），H3=7440 Jmol-1 S3=77 Jmol-1K-1 （1）等压加热热量 有效能变化 （2）等压冷却热量 有效能变化 10. (12分)解：对绝热过程 H=-Ws 初、终态的焓值可以查空气的有关图表得到，也可以

25、从气体的P-V-T关系式求得。由于压力不高，此时空气可当成理想气体处理。多变指数k 可导出理想气体绝热可逆过程的轴功式压缩时温度变化关系式为： 即为224，可见出口温度太高，需要在压缩机的出口装上冷却器，通常在压缩机出口有一缓冲罐，在此对空气进行冷却降温。如果出口压力较高，则不能当成理想气体处理，真实气体的PVT性质是可以通过状态方程准确计算的。11. (12分)解：（1）因为 所以W1=-Q1+(2) 因为S贮=-Q体系1 /T贮 - Q体系2 /T贮=0.01Q体系2= -Q体系1-S贮T贮=-100 -5.4= -105.4kJ（3）循环过程：所以答：（1）第一个不可逆过程中体系所做的功为：-68kJ （2）在