《化工热力学》课程作业习题（含答案）第六章 化工过程的能量分析

第六章化工过程的能量分析6-4.某封闭体系经历一可逆过程。体系所做的功和排出的热量分别为15KJ和5KJ。试问体系的摘变：（a）是正？（b）是负？（c）可正可负？80解：因为dSms+dSgQ<0可逆过程ds。=0、T所以dSs<06-5某封闭体系经历一不可逆过程。体系所做的功为15KJ，排出的热量为5KJ。试问体系的变：（a）是正？（b）是负？（c）可正可负？ds =0+ds.解：Q<0、T801与ds。何者大，ds可正可负或为零。根据T6-22设有一股温度为90℃，流量为20kg/s的热水与另一股温度为50℃，流量为30kg/s的温水绝热混合。试求此过程产生的摘。此绝热混合过程是否可逆？解：90℃20kg.s和50℃30kg.s在绝热条件下混合成温度为T的水，求：△S=？混合过程：AS=(m+mS-mS,-m2S,=mS+mzS,-mS,-mS=m,(S, -S,)+m,(S, - S,)烩换算(m, +m,)h, =m,h, +m,h, =C,(t -t))+C,(g-12)= 0t, =66°Cm,C,(t, -t,)+m,C,(t, -t,)=0m,t3-m,t,=-m,tg+m212或设水的热容相等：T, = mt+m,l2_ 20×363 +30×3233=339K20 +30m, +m21g = 66°℃AS=m,(S,-S,)+m,(S,-S,)=(m, +m,)S,-m,S, -m,S,T.T,+m.Cmln元或AS=mCIn=0.3446C,= 4.184KJ/KgCT,T查附表90°C水S,=1.192550°CS=0.703866CS,=0.905AS=(20+30)×0.905-20×1.195-30×0.7038=0.286KJ.K-1.s-1所以补充习题：某热机按某一循环工作，在T，下由高温热院接受热量，在T，下向低温热源1

第六章化工过程的能量分析 6-4. 某封闭体系经历一可逆过程。体系所做的功和排出的热量分别为 和 。试问 体系的熵变：（a）是正？（b）是负？（c）可正可负？ 15KJ 5KJ 解：因为 sys dSg T Q dS   、 可逆过程dSg  0、 Q  0 所以 dSsys  0 6-5 某封闭体系经历一不可逆过程。体系所做的功为 ，排出的热量为 J 。试问 体系的熵变：（a）是正？（b）是负？（c）可正可负？ 15KJ 5K 解： 、 Q  0 sys dSg T Q dS   根据 dSg T Q 与  何者大， 可正可负或为零。 dSsys 6-22 设有一股温度为 90℃，流量为 20kg/s 的热水与另一股温度为 50℃，流量为 30kg/s 的温水绝热混合。试求此过程产生的熵。此绝热混合过程是否可逆？ 解：90℃ 20kg.s-1 和 50℃ 30 kg.s-1在绝热条件下混合成温度为 T3 的水，求： S  ? 混合过程：      232131 221132312211321 SSmSSm SmSmSmSmSmSmSmmS   ＋  焓换算 p p CtttCttChmhmhmm  ) 660)()( （ 2211321 13 23 3  或设水的热容相等： Ct K mm tmtm T tmtmtmtm p p ttCmttCm  66 339 3020 3233036320 0)()( 3 21 2211 3 22321131 232131              2211321 232131 )( )()( SmSmSmm SSmSSmS      或 ln 3446.0ln 2 3 2 1 * 3  1   T T Cm T T g CmS p pm C CKgKJ p   /184.4 查附表 C 水  90 1925.1 S1  C  50 7038.0 S2  C  66 S3  905.0 所以 11 286.07038.030195.120905.0)3020(  S  sKKJ g 补充习题： 某热机按某一循环工作，在 下由高温热院接受热量，在 下向低温热源 TH TL 1

排放热量，试问下列诸情况下，该热机工作过程是可逆的，不可逆的，还是不可能？(a)Q=1000JW=900J①以热机为体系80+ASIS循环△Ss=0OH_QL=-AS:THT,1000-9001000111AS, =0.85不可能而实际n=301000[Q,|= 300.Jh = 2000J(b)OH-QL-2000-3007=-=0.85=nc过程为可逆Qn2000[Q,| = 500.J(c)W=1500JWu_1500=0.75<nc过程为不可逆n=2000QH-6-2712MPa、700℃的水蒸气供给一个透平机，排出的水蒸气的压力为0.6MPa。（a）在透平机中进行绝热可逆膨胀，求过程理想功和损失功。（b）如果等熵效率为0.88，求过程的理想功、损失功和热力学效率。【解】：（a）入口水蒸气性质可由水蒸气h-s图查得：s,=7.0757kJ.kgk，h=3858.4kJ.kg绝热可逆膨胀为等摘过程S2=S,=7.0757kJ-kgk-l出口为过热蒸汽，由压力和摘值由h-s图查得出口烩值h，=2904.1kJ·kg由热力学第—定律w,=△h=h-h=2904.1-3858.4=-954.3kJ.kg理想功Wd=H-T.AS=△H=-954.3kJ·kg绝热可逆膨胀的损失功W,=Wia-W,=0（b）等效率为0.88时w,=0.8x(-954.3）=-839.8kJ.kg2

排放热量，试问下列诸情况下，该热机工作过程是可逆的，不可逆的，还是不可能？ （a） JQ H  1000 N  900JW ① 以热机为体系 sys Sg T Q S    循环 Ssys  0 0 6 1 2 1 3 1 2000 1000 300 9001000     g g L L H H S S T Q T Q Sg  0为不可能 ② 或: 85.0 2000 300 11  H L c T T  而实际 85.09.0 1000 900  Q W  不可能 (b) JQ H  2000 L  300JQ C H LH Q QQ        85.0 2000 3002000 过程为可逆 （c） JW N  1500 L  500JQ C H H Q W  75.0   2000 1500 过程为不可逆 6-27 12MPa、700℃的水蒸气供给一个透平机，排出的水蒸气的压力为 0.6MPa。 （a）在透平机中进行绝热可逆膨胀，求过程理想功和损失功。 （b）如果等熵效率为 0.88，求过程的理想功、损失功和热力学效率。 【解】： （a）入口水蒸气性质可由水蒸气 h-s 图查得： ， -1 -1 1s   7.0757 kJ kg k -1 1 h   3858.4 kJ kg 绝热可逆膨胀为等熵过程 -1 -1 2 1 s s    7.0757 kJ kg k 出口为过热蒸汽，由压力和熵值由 h-s 图查得出口焓值 -1 2 h   2904.1 kJ kg 由热力学第一定律 -1 2 1 2904.1 3858.4 954.3 kJ kg w hh h s        理想功 -1 0 954.3 kJ kg W HTS H id       绝热可逆膨胀的损失功 0 WWW L id S   （b）等熵效率为 0.88 时   -1 0.8 954.3 839.8kJ kg ws      2

对于该绝热过程h,=h-w，=3858.4-839.8=3081.6kJ.kg由h-s图查得不可逆绝热过程的出口摘值s，=7.2946kJ.kgk设环境温度为298K，Wa=△H-T.△S=(h-h)-298(7.2946-7.0757)=-905kJ.kg损失功W,=Ws-Wa=-839.8+905=65.2kJkgWs_839.8=0.928热力学效率n。Wa-9056-32设在用烟道气预热空气的预热器中，通过的烟道气和空气的压力均为常压，其流量分别为45000和42000kg·h。烟道气进入时的温度为315℃,出口温度为200℃。设在此温度范围内cid=1.090kJ.kgK。空气进口温度为38℃,设在有关温度范围内，C=1.005kJkg"K。试计算此预热器的损耗功与热力学效率。已知大气温度为25℃，预热器完全保温。【解】：以1小时为基准，先求空气出口温度，常压下两种气体，因为预热器完全保温，故：AH=0.-45000x1.09(200-315)=42000x1.005(2-38)5640750=42210T,-16039805640750 +1603980 =171.6°Ct,=42210200-315171.6-38Tm==528K.Tm ==373.8K.200+273171.6+273InIn:315+27338+273298=gl1- T=5640750W.1144200kJ-h373.8Tm= 5640750|1-298)T。wa=2457145kJ·h-=01528T.W, =wa--w=2457145-1144200=1312945kJ·hwa11442000.466Na:wa24571453

对于该绝热过程 -1 2 1 3858.4 839.8 3081.6 kJ kg s h hw      由 h-s 图查得不可逆绝热过程的出口熵值 -1 -1 2 s  7.2946 kJ kg k   设环境温度为 298K，     -1 0 21 298 7.2946 7.0757 905 kJ kg W HTS h h id          损失功 -1 839.8 905 65.2 kJ kg WWW L S id       热力学效率 839.8 0.928 905 S a id W W    6-32 设在用烟道气预热空气的预热器中，通过的烟道气和空气的压力均为常压，其流 量分别为 45000 和 。烟道气进入时的温度为315℃,出口温度为 ℃。设在 此温度范围内 。空气进口温度为38℃,设在有关温度范围内， 。试计算此预热器的损耗功与热力学效率。已知大气温度为 ℃，预 热器完全保温。 -1 42000kg h -1 C   1.090 k J kg -1  K 200 25 id -1 p  -1 kg K 1.005 kJ id Cp   【解】：以 1 小时为基准,先求空气出口温度,常压下两种气体，因为预热器完全保温, 故：   H 0 .      45000 1.09 200 315 42000 1.005 38   t2  2 5640750 42210 1603980   T 2 5640750 1603980 171.6 42210 t C     200 315 528 200 273 ln 315 273 T K hm      . 171.6 38 373.8 171.6 273 ln 38 273 T K lm      . 0 298 -1 1 5640750 1 1144200 kJ h 373.8 L id lm T W Q T                  0 298 -1 1 5640750 1 2457145 kJ h 528 h id hm T W Q T                  -1 2457145 1144200 1312945 kJ h h l WW W L id id     1144200 0.466. 2457145 L id a h id W W    3