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北京化工大学2014——2015学年第一学期 《化工热力学（双语）》期末考试试卷 课程代码 C H E 3 3 5 0 0 T 班级： 姓名： 学号： 任课教师： 分数： 题号 一 二 三 四 五 六 总分 得分 一、（2?8=16分）正误题（正确的画○，错误的画×，标在[ ]中） ［○］气体混合物的维里系数仅为温度和组成的函数。 ［○］气体经节流阀膨胀后，温度可能降低或升高，这取决于其初态。 ［×］理想气体的焓和熵都与体系压力无关。 ［×］若绝热过程的熵增加，则其必然减少。 ［○］理想溶液中组分的逸度正比于其摩尔分数。 ［×］若某二元混合物形成共沸，则各组分的无限稀释活度系数必大于1。 ［○］饱和液体经过可逆绝热膨胀达到更低压力，部分液体必然会汽化。 ［×］二元VLE体系的泡点曲线对应着饱和蒸汽混合物的状态。 二、（6?4=24分）简答题（简明扼要，写在以下空白处） 简述如何利用水蒸气表计算500℃和4MPa下过热蒸气的逸度系数。 [解] 根据逸度定义，等温下对纯组分有：dG=RTdlnf 积分得：RTln(f/f*)=G-G*=H-H*-T(S-S*) 其中上标*表示某参考状态，现取其为同一温度和足够低压（如P*=1kPa）下的水蒸气，在水蒸气表中可查出上式中两个状态的焓和熵值，最后得到逸度系数：Φ=f/P=P*/P{e[H-H*-T(S-S*)]/RT]} 简述何为偏摩尔性质，其与混合性质有何关系？ [解] 偏摩尔性质定义为： 混合性质定义为纯组分形成混合体系后性质的变化： 根据偏摩尔性质的加和性得到二者关系为： 简述如何用三次型状态方程计算混合气体在一定温度T，压力P和组成y下的摩尔体积（无须描述数值求解过程）。 [解] 一般混合流体都是将其视为虚拟的纯流体M，再利用纯流体的状态方程计算，而该虚拟纯流体的参数需根据混合规则得到，对于三次型方程： ，其参数为a和b，虚拟纯流体的参数： ，，， 式中纯流体参数aii和bi可通过临界性质得到： ， 得到上述参数aM和bM后即可通过数值求解得到给定T、P下的摩尔体积V。 若纯组分A与B混合形成二元体系时放热，试问温度升高时其组分活度系数增大还是减小（以纯液态为标准态）？请说明理由。 [解] 活度系数与温度的关系为： ，由题意可知过量焓，因此活度系数随温度升高而增大。 三、（20分）分析计算题 一个理想的燃气动力循环过程如下图所示，其中A?B和C?D为可逆绝热过程，B?C和D?A为等压过程，试： 在T-S图上绘制该过程。 将燃烧室处理为与一温度为TH的高温热源接触的换热器，写出虚线所示控制体积内的平衡方程（环境温度为T0）。 如何计算图中三个设备各自的损失？ 若透平机的等熵膨胀系数ηE1，其损失有何变化？ [解] (1) T T S A B D C (2) mAεA-mDεD+(1-T0/TH)QH+wsc-wst+Σ(mIint)=0 (3) 图示压缩和膨胀过程均为可逆过程，因此没有损失。燃烧室的损失可以通过平衡方程求出: mAεB-mCεC+m燃料ε燃料+(mIint)=0 ｀ (4) 由膨胀机的熵平衡方程： mCSC-mDSD+mSgen=0 若膨胀效率小于1，必有SDSC，因此损失会增加。 四、（20分）计算题（可选用汉语或英语做答） Estimate the enthalpy H for steam at 0.5MPa and 280℃, setting liquid water at triple-point (0.01℃, 611.657 Pa) as the start state. Compare your result to that in steam tables (3022.9kJ/kg). Show how to improve it. (Estimate the heat of vaporization using equations given in the appendix. Use generalized Virial equation to calculate. For water: Pc = 22.06 MPa, Tc = 647.1 K, ω = 0.345) [解] 根据题意，设计如下热力学路径计算该焓值： (T0,p0sat)liq?(T0,p0sat)vap?(T0,p0sat)IG?(T,p)IG?(T,p)vap I II III IV 其中下标0表示三相点，sat表示饱和，IG表示理想气体。第II步对焓值贡献非常小，可忽略。 第I步需估算三相点处的饱和蒸发焓： 第III步是理想气体： 第