化工熱力學(xué)第三版課后習(xí)題答案

i有人提出了一定溫度下二元液體混合物的偏摩爾體積的模型是，其中V1，V2為純組分的摩爾體積，a，b為常數(shù)，問所提出的模型是否有問題？由Gibbs-Duhem方程得，，a,b不可能是常數(shù)，故提出的模型有問題；若模型改為，情況又如何？由Gibbs-Duhem方程得，，故提出的模型有一定的合理性_。常溫、常壓條件下二元液相體系的溶劑組分的活度系數(shù)為（是常數(shù)），則溶質(zhì)組分的活度系數(shù)表達(dá)式是。解： 由，得 從至任意的積分，得 四、計算題298.15K，若干NaCl(B)溶解于1kg水(A)中形成的溶液的總體積的關(guān)系為(cm3)。求=0.5mol時，水和NaCl的偏摩爾。解： 當(dāng)mol時，18.62cm3mol-1 且，1010.35cm3由于，mol 所以，用PR方程計算2026.5kPa和344.05K的下列丙烯（1）－異丁烷（2）體系的摩爾體積、組分逸度和總逸度。（a）的液相；（b）的氣相。（設(shè)）解：本題屬于均相性質(zhì)計算。其中，組分逸度系數(shù)和組分逸度屬于敞開系統(tǒng)的性質(zhì)，而混合物的逸度系數(shù)和逸度屬于封閉系統(tǒng)的性質(zhì)。采用狀態(tài)方程模型，需要輸入純組分的，以確定PR方程常數(shù)，從附表查得各組分的并列于下表丙烯和異丁烷的組分,i/K/MPa丙烯（1）304.197.3810.225異丁烷（2）425.183.7970.193對于二元均相混合物，若給定了溫度、壓力和組成三個獨立變量，系統(tǒng)的狀態(tài)就確定下來了，并可以確定體系的狀態(tài)為氣相。另外，對于混合物，還需要二元相互作用參數(shù)，已知。計算過程是 用軟件來計算。啟動軟件后，輸入和獨立變量，即能方便地得到結(jié)果，并可演示計算過程。PR方程計算氣相混合物的熱力學(xué)性質(zhì)K，MPa，純組分常數(shù)（MPacm6mol-2）(cm3mol-1)混合物常數(shù)摩爾體積(cm3mol-1)組分逸度系數(shù)組分逸度混合物逸度系數(shù)，表3-1混合物逸度分析計算結(jié)果知 無論是液相還是氣相的均相性質(zhì)，均能由此方法來完成。狀態(tài)方程除了能計算P-V-T、逸度性質(zhì)外，還能計算許多其它的熱力學(xué)性質(zhì)，如焓、熵等，它們在化工過程中都十分有用。同時也表明，經(jīng)典熱力學(xué)在物性相互推算中的強大作用。常壓下的三元氣體混合物的，求等摩爾混合物的。解：同樣得組分逸度分別是同樣得三元混合物的各組分摩爾分?jǐn)?shù)分別0.25，0.3和0.45，在6.585MPa和348K下的各組分的逸度系數(shù)分別是0.72，0.65和0.91，求混合物的逸度。解： 利用Wilson方程，計算下列甲醇（1）－水（2）體系的組分逸度（a）P=101325Pa，T=81.48℃，y1=0.582的氣相；（b）P=101325Pa，T=81.48℃，x1=0.2的液相。已知液相符合Wilson解：本題是分別計算兩個二元混合物的均相性質(zhì)。給定了溫度、壓力和組成三個獨立變量，均相混合物的性質(zhì)就確定下來了。（a）由于系統(tǒng)的壓力較低，故汽相可以作理想氣體處理，得（kPa）（kPa）理想氣體混合物的逸度等于其總壓，即（kPa）[也能由其它方法計算]。（b）液相是非理想溶液，組分逸度可以從活度系數(shù)計算，根據(jù)系統(tǒng)的特點，應(yīng)選用對稱歸一化的活度系數(shù)，由于所以其中，蒸汽壓由Antoine方程計算，查附表得純物質(zhì)的Antoine常數(shù)，并與計算的蒸汽壓同列于下表甲醇和水的Antoine常數(shù)和蒸汽壓組分（i）甲醇（1）9.41383477.90-40.530.190水（2）9.38763826.36-45.470.0503活度系數(shù)由Wilson模型計算，由于給定了Wilson模型參數(shù)，計算二元系統(tǒng)在K和時兩組分的活度系數(shù)分別是和所以，液相的組分逸度分別是(MPa)(MPa)液相的總逸度可由式（4-66）來計算 （MPa）應(yīng)該注意：在計算液相組分逸度時，并沒有用到總壓P這個獨立變量，原因是在低壓條件下，壓力對液相的影響很小，可以不考慮；本題給定了Wilson模型參數(shù)，故不需要純液體的摩爾體積數(shù)據(jù)，一般用于等溫條件下活度系數(shù)的計算。若給定能量參數(shù)時，則還需要用到純液體的摩爾體積數(shù)據(jù)，可以查有關(guān)手冊或用關(guān)聯(lián)式（如修正的Rackett方程）估算。已知環(huán)己烷（1）－苯（2）體系在40℃時的超額吉氏函數(shù)是和kPa，求（a）；（b）；(c)。解：（a）由于是的偏摩爾性質(zhì)，由偏摩爾性質(zhì)的定義知 同樣得到（b）同樣得同理由（c）的計算結(jié)果可得(c)由得到PAGE\#"'Page:'#'

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'"駱P92已知苯（1）－環(huán)己烷（2）液體混合物在303K和101.3kPa下的摩爾體積是（cm3mol-1）,試求此條件下的（a）；(b)；(c)（不對稱歸一化）。解：（a）(b)由混合過程性質(zhì)變化PAGE\#"'Page:'#'

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'"陳P246（c）由對稱歸一化超額性質(zhì)的定義知由不對稱歸一化的定義知所以五、圖示題下圖中是二元體系的對稱歸一化的活度系數(shù)與組成的關(guān)系部分曲線，請補全兩圖中的活度系數(shù)隨液相組成變化的曲線；指出哪一條曲線是或；曲線兩端點的含意；體系屬于何種偏差。10110正偏差10110正偏差0101解，以上虛線是根據(jù)活度系數(shù)的對稱歸一化和不對稱歸一化條件而得到的。六、證明題對于二元體系，證明不同歸一化的活度系數(shù)之間的關(guān)系和。證明：因為或?qū)τ诙芤?，僅與T，P有關(guān)，由于與濃度無關(guān)系的常數(shù)，我們?nèi)r的極限得到該常數(shù)代入上式得我們也可以取時的極限來得到該常數(shù)，代入上式得PAGE\#"'Page:'#'

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'"駱P92從汽液平衡準(zhǔn)則證明。證明：由純物質(zhì)的汽液平衡準(zhǔn)則 由于所以而代入上式，得第5章非均相體系熱力學(xué)性質(zhì)計算一、是否題在一定壓力下，組成相同的混合物的露點溫度和泡點溫度不可能相同。（錯，在共沸點時相同）在（1）-（2）的體系的汽液平衡中，若（1）是輕組分，（2）是重組分，則，。（錯，若系統(tǒng)存在共沸點，就可以出現(xiàn)相反的情況）在（1）-（2）的體系的汽液平衡中，若（1）是輕組分，（2）是重組分，若溫度一定，則體系的壓力，隨著的增大而增大。（錯，理由同6）純物質(zhì)的汽液平衡常數(shù)K等于1。（對，因為）下列汽液平衡關(guān)系是錯誤的。（錯，若i組分采用不對稱歸一化，該式為正確）對于理想體系，汽液平衡常數(shù)Ki(=yi/xi)，只與T、P有關(guān)，而與組成無關(guān)。（對，可以從理想體系的汽液平衡關(guān)系證明）對于負(fù)偏差體系，液相的活度系數(shù)總是小于1。（對）能滿足熱力學(xué)一致性的汽液平衡數(shù)據(jù)就是高質(zhì)量的數(shù)據(jù)。（錯）逸度系數(shù)也有歸一化問題。（錯）EOS＋法既可以計算混合物的汽液平衡，也能計算純物質(zhì)的汽液平衡。（錯）二、選擇題欲找到活度系數(shù)與組成的關(guān)系，已有下列二元體系的活度系數(shù)表達(dá)式，為常數(shù)，請決定每一組的可接受性。（D）ABCD二元氣體混合物的摩爾分?jǐn)?shù)y1=0.3，在一定的T，P下，，則此時混合物的逸度系數(shù)為。（C）A0.9097B0.89827C0.8979D0.9092三、填空題說出下列汽液平衡關(guān)系適用的條件______無限制條件__________；(2)______無限制條件____________；(3)_________低壓條件下的非理想液相__________。丙酮(1)-甲醇(2)二元體系在98.66KPa時，恒沸組成x1=y1=0.796，恒沸溫度為327.6K，已知此溫度下的kPa則vanLaar方程常數(shù)是A12=______0.587_____，A21=____0.717____(已知vanLaar方程為)組成為x1=0.2，x2=0.8，溫度為300K的二元液體的泡點組成y1的為(已知液相的Pa)___0.334____________。若用EOS＋法來處理300K時的甲烷（1）－正戊烷（2）體系的汽液平衡時，主要困難是飽和蒸氣壓太高，不易簡化；（EOS+γ法對于高壓體系需矯正）。EOS法則計算混合物的汽液平衡時，需要輸入的主要物性數(shù)據(jù)是，通常如何得到相互作用參數(shù)的值？_從混合物的實驗數(shù)據(jù)擬合得到。由Wilson方程計算常數(shù)減壓下的汽液平衡時，需要輸入的數(shù)據(jù)是Antoine常數(shù)Ai,Bi,Ci;Rackett方程常數(shù)α，β；能量參數(shù)，Wilson方程的能量參數(shù)是如何得到的？能從混合物的有關(guān)數(shù)據(jù)（如相平衡）得到。四、計算題試用PR方程計算水的飽和熱力學(xué)性質(zhì)，并與附錄C-1的有關(guān)數(shù)據(jù)比較（用軟件計算）。在℃時的；在MPa時的（是沸點溫度）。解：（a）(b)一個由丙烷（1）－異丁烷（2）－正丁烷（3）的混合氣體，，，，若要求在一個30℃的冷凝器中完全冷凝后以液相流出，問冷凝器的最小操作壓力為多少？（用軟件計算）解：計算結(jié)果為最小操作壓力0.8465MPa在常壓和25℃時，測得的異丙醇(1)-苯(2)溶液的汽相分壓（異丙醇的）是1720Pa。已知25℃時異丙醇和苯的飽和蒸汽壓分別是5866和13252Pa。(a)求液相異丙醇的活度系數(shù)（對稱歸一化）；(b)求該溶液的。解：由得 同樣有： 苯(1)-甲苯(2)可以作為理想體系。(a)求90℃時，與x1=0.3的液相成平衡的汽相組成和泡點壓力；(b)90℃和101.325kPa時的平衡汽、液相組成多少?(c)對于x1=0.55和y1=0.75的平衡體系的溫度和壓力各是多少?(d)y1=0.3的混合物氣體在101.325KPa下被冷卻到100℃時解：查出Antoine方程常數(shù) 物質(zhì)ABC苯(1)6.94192769.42-53.26甲苯(2)7.05803076.65-54.65，由Antoine方程得（a） 同樣得由理想體系的汽液平衡關(guān)系得 (b)由(c)由得 即 所以（d），由Antoine方程得 設(shè)最初混合物汽相有10mol，即苯3mol，甲苯7mol。冷凝后汽、液相分別為(10-a)和amol，則：冷凝率：用Wilson方程，計算甲醇（1）－水（2）體系的露點（假設(shè)氣相是理想氣體，可用軟件計算）。（a）P=101325Pa，y1=0.582（實驗值T=81.48℃，x1=0.2）；（b）T=67.83℃，y1=0.914（實驗值P=101325Pa，x1=0.8）。已知Wilson參數(shù)Jmol-1和Jmol-1解：（a）已知P=101325Pa，y1=0.582，屬于等壓露點計算，由于壓力較低，氣相可以作理想氣體?？梢詮?活度系數(shù)用Wilson方程計算，其中純組分的液體摩爾體積由Rackett方程；純分的飽和蒸汽壓由Antoine方程計算。查得有關(guān)物性常數(shù)，并列于下表純組分的物性常數(shù)純組分(i)Rackett方程參數(shù)Antoine常數(shù)/K/MPa甲醇(1)512.588.0970.22730.02199.41383477.90-40.53水(2)647.3022.1190.22510.03219.38763826.36-45.47用軟件來計算。輸入獨立變量、Wilson能量參數(shù)和物性常數(shù)，即可得到結(jié)果：和（b）已知T=67.83℃，y1=0.914,測定了異丁醛（1）－水（2）體系在30℃時的液液平衡數(shù)據(jù)是。(a)由此計算vanLaar常數(shù)（答案是）；(b)推算℃，的液相互溶區(qū)的汽液平衡（實驗值：kPa）。已知30℃時，kPa。解：（a）液液平衡準(zhǔn)則得將vanLaar方程代入上式再代入數(shù)據(jù)，解方程組得結(jié)果：(b)℃，的液相活度系數(shù)是設(shè)汽相是理想氣體，由汽液平衡準(zhǔn)則得A-B是一個形成簡單最低共熔點的體系，液相是理想溶液，并已知下列數(shù)據(jù)組分/K/Jmol-1A446.026150B420.721485確定最低共熔點（答案：K）的液體混合物，冷卻到多少溫度開始有固體析出？析出為何物？每摩爾這樣的溶液，最多能析多少該物質(zhì)？此時的溫度是多少？（答案：析出溫度437K，析出率0.785）。解：由于液相是理想溶液，固體A在B中的溶解度隨溫度的變化曲線是適用范圍同樣，固體B在A中的溶解度隨著溫度的變化曲線是適用范圍最低共熔點是以兩條溶解度曲線之交點，因為，試差法解出K，再代入任一條溶解度曲線得到（b）到最低共熔點才有可能出現(xiàn)固體，A先析出所以，析出A78.5%五、圖示題1描述下列二元圖中的變化過程：這是一個等壓定（總）組成的降溫過程。A處于汽相區(qū)，降溫到B點時，即為露點，開始有液滴冷凝，隨著溫度的繼續(xù)下降，產(chǎn)生的液相量增加，而汽相量減少，當(dāng)達(dá)到C點，即泡點時，汽相消失，此時，液相的組成與原始汽相組成相同。繼續(xù)降溫到達(dá)D點。TTABCDP=常數(shù)描述下列二元圖中的變化過程：這是一等溫等壓的變組成過程。從A到B，是液相中輕組分1的含量增加，B點為泡點，即開始有汽泡出現(xiàn)。B至C的過程中，系統(tǒng)中的輕組分增加，汽相相對于液相的量也在不斷的增加，C點為露點，C點到D點是汽相中輕組分的含量不斷增加。TT=常數(shù)ABCDABCDP將下列T-x-y圖的變化過程A→B→C→D→E和P-x-y圖上的變化過程F→G→H→I→J表示在P-T圖（組成=0.4）上。AJIFBCHDEG54P/MPa32AJIFBCHDEG54P/MPa321100120140160180T/℃x1=y1=0.4六、證明題若用積分法進行二元汽液平衡數(shù)據(jù)的熱力學(xué)一致性檢驗時，需要得到數(shù)據(jù)。在由汽液平衡數(shù)據(jù)計算時，若采用的平衡準(zhǔn)則，此時需要計算，若由virial方程（其中）來計算。試證明：；其中。對于低壓的恒溫二元汽液平衡體系，用Gibbs-Duhem方程證明有下列關(guān)系存在（a）；（b）;(c)；（d）；（e）證明：對于低壓下的VLE關(guān)系，由二元液相的Gibbs-Duhem方程對對低壓條件下的VLE系統(tǒng)對于二元VLE系統(tǒng)的自由度為2，在等溫條件下，自由度為1，P僅為y1的函數(shù)，通過數(shù)學(xué)轉(zhuǎn)化得同樣可以轉(zhuǎn)化為（b）(c)的形式。有PAGE\#"'Page:'#'

'"人說只有，才可能表達(dá)二元體系的液液相分裂。這種說法是否有道理？PAGE\#"'Page:'#'

'"解：系統(tǒng)發(fā)生相分裂的條件是PAGE\#"'Page:'#'

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'"KyleP275例題1、某工廠一工段需要流量為10m3·h-1，溫度為80℃的熱水?，F(xiàn)有0.3MP解：這是一個穩(wěn)定流動系統(tǒng)，動能及勢能不是很突出，可以忽略不計。若忽略混合時的熱量損失，而混合過程無機械軸功產(chǎn)生，即Q=0，Ws=0。穩(wěn)流系統(tǒng)熱力學(xué)第一定律，ΔH=Q-Ws=0，即進出焓相等冷水的熱力學(xué)性質(zhì)：30℃，近似為飽和液體，H冷水=125.79kJ·kg-1，比容1.0043l*10-3m3飽和蒸汽的熱力學(xué)性質(zhì)：0.3MPa，飽和溫度為133.55℃，H蒸汽=2725.3kJ·kg-1，比容606℃10-3m熱水的熱力學(xué)性質(zhì)：80℃，近似為飽和液體，H熱水=334.91kJ·kg比容為設(shè)冷水的流量為m水，蒸汽的質(zhì)量流量為m汽。熱水流量為則解得查閱“化工工藝設(shè)計手冊”，可知：一般工業(yè)用水在管中的流速要求在1.0m/s左右，低壓蒸汽流速為20m/s左右。則即式中A為管道截面積，D為管徑，U為流速，V為比容。冷水管徑按照管道規(guī)格尺寸，選取DN50的冷水管道。蒸汽管徑選取DN100的蒸汽管道。2．用液體輸送泵，將溫度為25℃的水，從0.1Mpa加壓到1.0Mpa，進入鍋爐去產(chǎn)生蒸汽，假設(shè)加壓過程是絕熱的，泵的實際效率相當(dāng)于絕熱可逆過程效率的0.6解：按題意，穩(wěn)流過程中Q=0，忽略動能和勢能的影響，ΔH=-Ws由熱力學(xué)基本關(guān)系式可知，dH=TdS+VdP對絕熱可逆過程，即等熵過程，dS=0，水可近似為不可壓縮液體，實際功率3.試求將1kg，0.6MPa的空氣，按如下條件變化時的熱量變化，以及有效能變化。取環(huán)境溫度為25（1）等壓下由-38℃加熱至30（2）等壓下由30℃冷卻至-170解：由空氣的T—S圖可查得0.6MPa下各溫度狀態(tài)的焓及熵值如下：-38℃（235K），H1=11620J·molS1=104J·mol-1·K-130℃（303K），H2=13660J·molS2=111J·mol-1·K-1-170℃（103K），H3=7440J·molS3=77J·mol-1·K-1（1）等壓加熱熱量有效能變化（2）等壓冷卻熱量有效能變化4.試求1kmol，300K的空氣，由0.1MPa等溫可逆壓縮到10MPa的軸功和理想功。環(huán)境溫度取T0為298K。解：由空氣的T—S圖可查得，在300K下，各壓力狀態(tài)下的焓值和熵值如下：0.1MPa，H1=13577kJ·kmol-1S1=126kJ·kmol-1·K-110MPa，H2=1300kJ·kmol-1S2=87kJ·kmol-1·K-1穩(wěn)流系統(tǒng)ΔH=Q—WS可逆過程WS=Qrev—ΔH其中可逆熱Qrev=TΔS=T（S2—S1）=300×（87—126）=-11700kJ·kmol-1所以理想功計算結(jié)果表明，等溫下將空氣從0.1MPa壓縮至10MPa時，其消耗的理想功比可逆軸功要少一些，這是因為壓縮時放出的熱量可逆地傳遞給環(huán)境，環(huán)境獲到了部分功，消耗的功最少。5.試比較如下幾種水蒸汽，水和冰的有效能大小。設(shè)環(huán)境溫度為298K。0.15MPa，160℃0.3MPa，160℃0.07MPa，100℃100℃0.1MPa，100℃0.1MPa，0℃解：由水和水蒸汽性質(zhì)表可查得各狀態(tài)點的焓和熵值，設(shè)298K，液態(tài)水為基準(zhǔn)態(tài)，有效能為另。根據(jù)有效能計算式：計算結(jié)果見下表所列。序號t,℃P,MPaH,kJ·kg-1S,kJ·kg-1·K-1B,kJ·kg-10250.1104.890.3674011600.152792.87.4665572.421600.32782.37.1276662.931000.072680.07.5341439.441000.12676.27.3614487.151000.1419.041.306934.2600.1-334.4-1.224735.2判斷水蒸汽的價值，應(yīng)當(dāng)用有效能而不是焓，從表中1，2可見，相同溫度下，高壓蒸汽的焓值雖不如低壓蒸汽高，但是其有效能卻比低壓蒸汽為高。實際使用中，當(dāng)然高壓蒸汽的使用價值高，相對稱為高品質(zhì)能量。6.求將室溫空氣由常壓壓縮至0.6MPa的有效能為多少？假設(shè)環(huán)境溫度為298K。解：若假設(shè)空氣為理想氣體，則壓力對焓變化無影響，壓力對熵變化為則有效能變化7.某人稱其能用100℃的飽和水蒸汽，提供140℃的熱能，且每公斤水蒸汽可供熱量1800kJ·kg解：熱泵可以提高熱能的溫度，其原理采用某工質(zhì)，使其在低于環(huán)境的溫度下蒸發(fā)，即從環(huán)境吸入熱量，再壓縮到較高壓力，在高于環(huán)境溫度下冷凝放熱，達(dá)到供熱的目的。0.1MPa，100℃熱能的有效能為：487.1<501.2，顯然這一說法是不可行的，實際過程中熱損耗是不可避免的，二者之間的差距更大。8．有一臺空氣壓縮機，為氣動調(diào)節(jié)儀表供應(yīng)壓縮空氣，平均空氣流量為500m3·h-1，進氣初態(tài)為25℃，0.1Mpa，壓縮到解：對絕熱過程ΔH=-Ws初、終態(tài)的焓值可以查空氣的有關(guān)圖表得到，也可以從氣體的P-V-T關(guān)系式求得。由于壓力不高，此時空氣可當(dāng)成理想氣體處理。多變指數(shù)k可導(dǎo)出理想氣體絕熱可逆過程的軸功式壓縮時溫度變化關(guān)系式為：即為224℃如果出口壓力較高，則不能當(dāng)成理想氣體處理，真實氣體的PVT性質(zhì)是可以通過狀態(tài)方程準(zhǔn)確計算的。9．在25℃時，某氣體的P-V-T可表達(dá)為PV=RT+6.4×104P，在25℃，30MP解；判斷節(jié)流膨脹的溫度變化，依據(jù)Joule-Thomson效應(yīng)系數(shù)μJ。由熱力學(xué)基本關(guān)系式可得到：將P-V-T關(guān)系式代入上式，→，其中可見，節(jié)流膨脹后，溫度比開始為高。10．某人稱其設(shè)計了一臺熱機，該熱機消耗熱值為42000kJ·kg-1的燃料30kg·h-1，可以產(chǎn)生的輸出功率為170kW解：從已知的條件，我們可以計算出該熱機的效率，以及卡諾熱機的效率，然后比較兩者的大小。熱機的效率卡諾熱機效率卡諾熱機是效率最高的熱機，顯然該人設(shè)計的熱機不合理。11．某動力循環(huán)的蒸汽透平機，進入透平的過熱蒸汽為2.0MPa，400℃，排出的氣體為0.035MPa飽和蒸汽，若要求透平機產(chǎn)生3000kW解：進出透平機的蒸汽狀態(tài)見下圖所示，焓、熵值從附錄水蒸汽表中查到，按穩(wěn)流系統(tǒng)熱力學(xué)第一定律對透平機進行能量衡算，ΔH=Q-Ws則蒸汽流量按本題意，等熵膨脹的空氣應(yīng)該是濕蒸汽，即為飽和蒸汽和飽和水的混合物，此時熵值，即為飽和蒸汽和飽和水的熵按比例混合，從附錄查得飽和蒸汽的熵，從飽和水性質(zhì)表查得飽和液體的熵，設(shè)空氣中氣相重量百分含量為x,則7.1271=7.7153×x+(1-x)×0.9875解得x=0.9126空氣的焓值H=x×Hg+（1-x）Hl=0.9126×2631.4+(1-0.9126)×304.25=2428.0kJ·kg-1定熵效率12．某蒸汽動力循環(huán)操作條件如下：冷凝器出來的飽和水，由泵從0.035Mpa加壓至1.5Mpa進入鍋爐，蒸汽離開鍋爐時被過熱器加熱至280℃求：(1)上述循環(huán)的最高效率。(2)在鍋爐和冷凝器的壓力的飽和溫度之間運行的卡諾循環(huán)的效率，以及離開鍋爐的過熱蒸汽溫度和冷凝器飽和溫度之間運行的卡諾循環(huán)的效率。(3)若透平機是不可逆絕熱操作，其焓是可逆過程的80%。求此時的循環(huán)效率。解：(1)各狀態(tài)點的熱力學(xué)性質(zhì)，可由附錄水蒸汽表查得（由于液體壓力增加其焓增加很少，可以近似）該循環(huán)透平機進行絕熱可逆操作，增壓泵也進行絕熱可逆操作時效率最高。，由0.035Mpa，查得氣相，（查飽和蒸汽性質(zhì)表）液相，（查飽和水性質(zhì)表內(nèi)插）氣相含量為x冷凝器壓力0.035Mpa，飽和溫度為72.69℃；鍋爐壓力1.5Mpa若卡諾循環(huán)運行在實際的二個溫度之間，其效率為(3)不可逆過程的焓差為0.80(H2-H3)，而吸收的熱仍為，因此效率13．將典型的蒸汽壓縮制冷循環(huán)的T-S圖分別在P-H圖和H-S圖上表示出來。解：壓縮機的可逆絕熱過程是等熵過程，節(jié)流過程?？煽醋鳛榈褥蔬^程，則循環(huán)可用如下P-H和H-S圖表示。14．某蒸汽壓縮制冷循環(huán)，制冷量Q0為3×104kJ·h-1，蒸發(fā)室溫度為-15℃，冷凝器用水冷卻，進口為8℃。若供給冷凝器的冷卻水量無限大時，計算制冷循環(huán)消耗的最小功為多少？如果冷凝器用室溫（解：首先需要明確的是：在所有的制冷循環(huán)中，逆卡諾循環(huán)的制冷效率最高，即功耗最小。循環(huán)效率有如下的關(guān)聯(lián)式：按照傳熱原理，如果進出冷卻器的冷卻水量無限大，則不僅冷卻水進出口溫度接近相同，而且被冷介質(zhì)的溫度也相同。因此當(dāng)冷卻水量無限大時，冷凝溫度T2=(8+273)K，所以最少凈功當(dāng)冷凝器用空氣冷卻時，冷凝溫度近似等于室溫25最小凈功由計算結(jié)果可見，冷卻溫度越低，消耗功越小。但是空氣冷卻所用設(shè)備簡單，如家用空調(diào)器，冰箱采用散熱片空氣冷卻，不過它們的能耗要比水冷卻高許多。15．實際蒸汽壓縮制冷裝置中的膨脹過程，為何采用節(jié)流閥而不用膨脹機？如果用膨脹機，請在T—S圖上標(biāo)出哪些面積代表膨脹機回收的功？解：制冷裝置的膨脹過程，采用節(jié)流元件（如閥、孔板等）主要考慮到節(jié)流設(shè)備簡單，裝置緊湊。對于中小型設(shè)備而言，這個膨脹功是不值得回收的，功量不大，但是設(shè)備投資要增加許多。因此，大多不采用膨脹機。在下面的T—S圖上，節(jié)流元件膨脹過程如3→4，是等焓過程，而膨脹機膨脹過程如3→4，是等熵過程。膨脹機回收的功量如陰影部分積分。16．某壓縮制冷裝置，用氨作為制冷劑，氨在蒸發(fā)器中的溫度為-25℃，冷卻器中的壓力為1.0MPa，假定氨進入壓縮機時為飽和蒸汽，而離開冷凝器時為飽和液體，每小時制冷量Q0為1.67×105kJ·h-1求：（1）所需的氨流率；（2）制冷系數(shù)。解：通過NH3的P-H圖可查到各狀態(tài)點焓值。按照題意，氨進入壓縮機為飽和狀態(tài)1，離開冷凝器為飽和狀態(tài)3。氨在蒸發(fā)器中的過程即4→1H1=1430KJ·kg-1H2=1710KJ·kg-1氨在冷凝器中的過程即2→3，H3=H4=320KJ·kg-1氨流率制冷系數(shù)注：求解此類題目：關(guān)鍵在于首先確定各過程狀態(tài)點的位置，然后在P-H圖或T—S圖上查到相應(yīng)的焓（或溫度、壓力）值，進行計算。17．有一氨壓縮制冷機組，制冷能力Q0為4.0×104KJ·h-1，在下列條件工作：蒸發(fā)溫度為-25℃，進入壓縮機的是干飽和蒸汽，冷凝溫度為20℃，冷凝過冷試計算：（1）單位重量制冷劑的制冷能力；（2）每小時制冷劑循環(huán)量；（3）冷凝器中制冷劑放出熱量；（4）壓縮機的理論功率；（5）理論制冷系數(shù)。解：首先在P—H圖（或T—S圖）上按照已知條件定出各狀態(tài)點。查得H1=1430KJ·kg-1H2=1680KJ·kg-1冷凝出來的過冷液體（過冷度為5℃）狀態(tài)3的決定：假設(shè)壓力對液體的焓值幾乎沒有影響，從狀態(tài)3沿著飽和液體線向下過冷5℃，找到3，用此點的焓值近似代替3的焓值，由于過冷度是有限的，實際上3和3很接近，不會造成太大的偏差。3H3`=H4=270kJ·kg-1制冷能力q0=H1-H4=1430-270=1160KJ·kg-1制冷劑循環(huán)量冷凝過程即2→3，放出熱量Q=（H3-H2）G=34.5(270-1690)=-48645KJ·h-1壓縮機功率制冷系數(shù)18．壓縮機出口氨的壓力為1.0MPa，溫度為50℃，若按下述不同的過程膨脹到0.1MPa（1）絕熱節(jié)流膨脹；（2）可逆絕熱膨脹。解：（1）絕熱節(jié)流膨脹過程是等焓過程，從