化工热力学习题及答案 第三章 纯流体的热力学性质.doc
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第三章 纯流体的热力学性质
3-2 将25℃、0.1MPa的液态水注满一密闭容器，若将水加热至60℃，则压力变为多少？已知水在25℃时比容为1.003cm3?g-1，25～60℃之间体积膨胀系数β平均值为36.2×10-5K－1，在0.1MPa、60℃时压缩系数k为4.42×10-4MPa－1，并假设与压力无关。
解：
由循环关系可知：
所以：
3-3 对于服从Van Der Waals状态方程的气体，式求出（Cp-CV）的表达式，并证明这种气体的CV仅是温度的函数。
解：VDW方程为：
由定义可知：
由Maxwell关系式：
所以：
同理：
（A）
（B）
将（B）式代入（A）式：
将Maxswell关系式应用于上式：
对VDW方程求上述偏微分：
（2）
对VDW方程求上述偏微分：
所以CV仅是温度的函数。
3-5 假设氮气服从理想气体定律，试计算1kmol氮气在温度500℃，压力为10.13MPa下的内能、焓、熵、Cp、Cv和自由焓之值。
已知：（1）在0.1013MPa时氮气的Cp与温度的关系为：
（2）假定在0℃及0.1013MPa时氮气的焓值为零；
（3）在25℃及0.1013MPa时氮气的熵值为。
解：（1）熵值的计算
对于理想气体：
（2）焓值的计算
（3）其他热力学性质计算
3-11试用普遍化方法计算丙烷气体从378K、0.507MPa的初态变到463K、2.535MPa的终态时过程的ΔH和ΔS。已知丙烷在理想气体状态下的摩尔恒压热容为
式中T用K表示，用表示。
解：普遍化关系式法为近似方法，缺少PVT关系式或图表示，可用该方法。利用剩余性质进行计算，在两个真实气体之间可假设经过如下变化：
,
378K, 0.507MPa, real gas 463K, 2.535MPa, real gas
,
378K, 0.507MPa, ideal gas 463K, 2.535MPa, ideal gas
剩余性质的计算
查表得：，，，
，，，，
由P18图2-9可知，两个温度压力下都应该用普维法。
在378K，0.507MPa下：
同理可得，463K，2.535MPa下：
理想气体焓变和熵变的计算
体系焓变和熵变的计算
同理可得：
3-19 一容器内的液态水和蒸汽在1MPa压力下处于平衡状态，质量为1Kg，假如容器内液体和蒸汽各占一半体积，试求容器内的液态水和蒸汽的总焓。
解：查表得1MPa饱和水和饱和蒸汽的性质：
，，，
有质量平衡可知：
由体积相等可知：
代入已知条件得：
解上述方程组得：，
对于气液混合物：
3－20 有温度为423.15K，压力为0.14MPa的蒸汽8kg，经过活塞－气缸设备等温可逆压缩到正好处于饱和气体状态的终态，试求过程的热效应Q和功W。
解：由题意可知，该体系为封闭体系。
查水蒸汽表，对423.15K（150℃）饱和蒸汽：
，
内差求得423.15K，0.14MPa时蒸汽内能和熵值：
，
对于等温可逆过程：
过程内能变化为：
由封闭体系能量衡算方程：
3－24 260℃、1.0336MPa的过热蒸汽通过喷嘴膨胀，出口压力为0.2067MPa，如果过程为可逆绝热且达到平衡，试问蒸汽在喷嘴出口的状态如何？
解：查1.03MPa过热水蒸汽表
内差法得：，
过程绝热可逆，，
由饱和水蒸汽表查出时：
，
，
比较S2和Sl、Sg可知，出口处体系处于气液平衡状态。
代入已知，解得干度为：
3－25 有人用A和B两股水蒸汽通过绝热混合获得0.5MPa的饱和蒸汽，其中A股是干度为98％的湿蒸汽，压力为0.5MPa，流量为1kg·S-1；而B股是473.15K，0.5MPa的过热蒸汽，试求B股过热蒸汽的流量该为多少？
解：等压混合：
绝热混合，A股的吸热量等于B股的放热量：
所以： （A）
查过热水蒸汽表（B），473.15K，5×107Pa下：
查饱和水蒸汽表（A），0.5MPa下，，
设过热蒸汽的流量
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