化工热力学第六章习题解答

思考题：

6-1 空气被压缩机绝热压缩后温度是否上升，为什么？ 6-2 为什么节流装置通常用于制冷和空调场合？ 6-3 请指出下列说法的不妥之处：

① 不可逆过程中系统的熵只能增大不能减少。 ② 系统经历一个不可逆循环后，系统的熵值必定增大。

③ 在相同的始末态之间经历不可逆过程的熵变必定大于可逆过程的熵变。

④ 如果始末态的熵值相等，则必定是绝热过程；如果熵值增加，则必定是吸热过程。 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。试问体系的熵变： （a）是正？（b）是负？（c）可正可负？

6-5 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。试问体系的熵变： （a）是正？（b）是负？（c）可正可负？

6-6 某流体在稳流装置内经历一不可逆过程。加给装置的功为25kJ，从装置带走的热（即流体吸热）

是10kJ。试问流体的熵变：

（a）是正？（b）是负？（c）可正可负？

6-7 某流体在稳流装置内经历一个不可逆绝热过程，加给装置的功是24kJ，从装置带走的热量（即

流体吸热）是10kJ。试问流体的熵变： （a）是正？（b）是负？（c）可正可负？

6-8 热力学第二定律的各种表述都是等效的，试证明：违反了克劳休斯说法，则必定违反开尔文说

法。

6-9 理想功和可逆功有什么区别？

6-10 对没有熵产生的过程，其有效能损失是否必定为零？ 6-11 总结典型化工过程热力学分析。

习题

6-1 压力为1.5MPa，温度为320℃的水蒸气通过一根内径为75㎜的管子，以3m s的速度进入透平机。由透平机出来的乏气用内径为25㎜的管子引出，其压力为35kPa，温度为80℃。假定过程无热损失，试问透平机输出的功率为多少？

-1

【解】：查593K和353K过热水蒸气焓值，h1 3255.8kJ kg-1，h2 2645.6kJ kg-1 由 V1 176.5cm3 g-1 0.1765m3 kg-1

V2 4625cm3 g 1 4.625m3 kg-1

进口截面积 A1

m u2

4

D2

4

0.075 0.00442m2

2

uAuAu1A3 0.00442

0.0751kg s-1、 22 11 m

V2V1V10.1756m V20.0751 4.625-1

7.08m s

0.252A2

h h2 h1 2645.6 3255.8 610.2kJ kg-1

忽略位能变化，则 z 0

11

u2 7.082 32 10 3 20.563kJ kg-1

221

q ws m h u2

2

ws 0.0751 610.2 20.563 47.37kJ s-1 47.37kW

6-2 有一水泵每小时从水井抽出1892kg的水并泵入储水槽中，水井深61m，储水槽的水位离地面18.3m，水泵用功率为3.7KW的电机驱动，在泵送水过程中，只耗用该电机功率的45％。储水槽的进、出水位的质量流量完全相等，水槽内的水位维持不变，从而确保水作稳态流动。在冬天，井水温度为4.5℃,为防止水槽输出管路发生冻结现象，在水的输入管路上安设一台加热器对水进行加热，使水温保持在7.2℃，试计算此加热器所需净输入的热量。

【解】：流动体系由水井、管路、泵、加热器和储水槽组成。

计算基准：以一小时操作记，

1

稳流过程：Q Ws ms h g z u2

2

g z 9.81 79.3 777.933kJ kg-1

1

u2 0

2

N3.7 103 0.45Ws 3168.08J kg-1 3.168kJ kg-1

Q1892 13600

水热容：CP 4.184 103J kg-1 K-1

h CP T 4.184 103 7.2 4.5 11296.8kJ kg-1

1

Q mws m h g z u2

2

1892 3.168 11.297 0.778 16851.7kJ h 8.906kJ kg 4.68kJ s

-1

-1

-1

6-3 水蒸气在透平机中等熵膨胀，其状态由6MPa、600℃变为10kPa。如果水蒸气的质量流量为

2kJ s-1，试计算透平机的输出功率。

【解】：水蒸气在透平中为等熵膨胀，查水蒸气表知6MPa、600℃过热水蒸气熵和焓值分别为： s1 7.1677kJ kg K,h1 3658.4kJ kg

出口处为湿蒸汽，查10kPa的饱和水蒸气和饱和水的熵和焓值为： sl 0.6493kJ kg K，hl 191.83kJ kg

-1

-1

-1

-1

-1

-1

sg 8.1482kJ kg-1 K-1，hg 2583.8kJ kg-1

由以上数据可确定出口处水蒸气的干度

s1 s2 7.1677 0.6493 8.1482x2

x2 0.80 出口处水蒸气的焓值为：

h2 hl hgx2 191.83 2583.8 0.80 2258.87hl 191.83kJ kg 等熵膨胀为绝热可逆过程，忽略动、位能变化，由能量平衡方程知： WS H m h2 h1 2 2258.87 3658.4 2799.06kW

6-4 某特定工艺过程每小时需要0.138MPa，品质（干度）不低于0.96、过热度不大于7℃的蒸汽450kg。现有的蒸汽压力为1.794MPa、温度为260℃。

（a）为充分利用现有蒸汽，先用现有蒸汽驱动一蒸汽透平，而后将其乏汽用于上述特定工艺工程。已知透平机的热损失为5272 kJ﹒h-1，蒸汽流量为450 kJ﹒h-1，试求透平机输出的最大功率为多少KW。

（b）为了在透平机停工检修时工艺过程蒸汽不至于中断，有人建议将现有蒸汽经节流阀使其降至0.138MPa，然后再经冷却就可得到工艺过程所要求的蒸汽。试计算节流后的蒸汽需要移去的最少热量。

6-5 某理想气体（分子量为28）在0.7MPa、1089K下，以35.4kg.h-1的质量流量进入一透平机膨胀到0.1MPa。若透平机的输出功率为3.5KW，热损失6710 kJ.h-1。透平机进、出口连接钢管的内径为0.016 m，气体的热容为1.005kJ/（kg﹒K），试求透平机排汽的温度和速度。 【解】：以透平机为研究对象，1kg理想气体为计算基准，忽略动、位能变化

-1

Q 6710

189.55kJ kg-1 m35.4 3.5

355.93kJ kg-1 ws

3600

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