1、难度： 中分值：10章节：第五章 化工过程的能量分析知识点：功热转化，热力学效率，理想功备注：南工大试题答案：（1）3 #2#1#4# 因为温度压力越高，蒸汽的作功本领越大；温度相同时，压力越高，蒸汽的作功本领越大；压力相同时，温度越高，蒸汽的作功本领越大； 任何温度压力下的 饱和蒸汽比任何温度压力下的饱和水作功本领大。（2）应尽可能利用高压蒸汽来做功，低压蒸汽来加热。（3） 0303()()298(0.6745.8)(104.92783)106/xETSHKJg4413254idWS1. （10 分）设有压力为 1.013MPa、 6.868MPa、 8.611MPa 的饱和蒸汽和 1.01
2、3MPa， 573K 的过热蒸汽和 8.611MPa，573K 的饱和水，若这些蒸汽和水经充分利用后，最后排出0.1013MPa， 298K 的冷凝水（即环境状态）。（1）将它们做功本领从大到小排序，并说出如此排序的理由。（不需要计算）（2）简要阐述如何合理利用蒸汽。（3）计算 3#（序号见下表）饱和蒸汽的 Ex。(4) 若将 3#饱和蒸汽变成 4#饱和水，环境温度为 298K，请计算此过程所做的理想功。序号 P,MPaT,K S(KJ/Kg.K )H(KJ/Kg )0# 水 0.1013 298 0.3674 104.91# 饱和蒸汽 1.013 453 6.582 27762# 过热蒸汽
3、1.013 573 7.13 30533# 饱和蒸汽 8.611 573 5.787 27834# 饱和水 8.611 573 3.2534 1344难度： 易分值：13章节：第六章 蒸汽动力循环和制冷循环知识点：制冷循环备注：南工大试题答案： 1、1） 如右图08.5)1648/().5146(/(/)2./82 )1648(37)()3/6.514/410)/(80)212505HWqKhJmPhgHqQssT2. （ 13 分 ） 设有一制冷能力（冷冻量）为 41800 kJ/h 的氨冷冻循环装置，蒸发温度-15，冷凝温度 25 ，过冷度为 5 。假设压缩机可逆绝热运行，膨胀为节流（等焓
4、）过程。求：1）在 T-S 图 上 表 示 此 循 环 过 程 ； 2）每小时制冷剂的循环量； 3）压缩机功耗；4）循环制冷系数。 （已 知 压 缩 机 进 出 口 处 氨 的 焓 分 别 为 1644 kJ/kg， 1866 kJ/kg，冷 凝 器 出 口 过 冷 氨 的 焓 是 514.6 kJ/kg.）难度： 中分值：12 分章节：第五章 化工过程的能量分析知识点： 平衡备注：南工大试题答案：解：(1)按等熵 s1=s2 蒸汽进 1 点出 2 点，x=(s 2-s2f)/(s2g-s2f)=(7.155-1.404)/(7.252-1.404)=0.9834H2=H2gx2+H2f(1-
5、x2)=2689.1*0.9834+0.0166*456.3=2652kg/kJWS=( H1- H2)=-(2975.4-2652)=-323.4kg/kJ忽略动能变化，W S=323.4 kg/Kj（2）B 1=H1-0+TS1-0=（2975.4-84.98）-293* （7.155-0.2964）=2890.4-2009.6=880.8 kg/KjB2=（2562-84.98）-293* （7.155-0.2964 ）=2567-2009.6=557.4（3） B=B-/B+=（W s+B 2）/B 1=（323.4+557.4 ）/880.8=100%忽略动能变化3.（12 分）压力
6、 0.689Mpa, 温度 260C 的过热蒸汽，以一定线速度进蒸汽动力装置透平作功，乏气为 0.138MPa，设此为可逆绝热膨胀过程。求：（1）每 kg 蒸汽的轴功（不计动能变化） ；（2）进、出蒸汽的 火 用 （不计动能变化） ；（3） 火 用 效率 ex （设环境 T=293K , P=0.1013Mpa,热损失可忽略）有关数据 P(bar)T(k)H(KJ/kg)S(KJ/kg.k)Hf(KJ/kg)Sf(KJ/kg.k)Hg(KJ/kg)Sg(KJ/kg.k)进透平蒸汽 6.89 533 2975.4 7.155出透平蒸汽 1.38 456.3 1.404 2689.1 7.252环
7、境水 84.98 0.29642TS54143难度： 易分值：12 分章节：第六章 蒸汽动力循环和制冷循环知识点：蒸汽动力循环备注：南工大试题答案：解：01234560 1 2 3 4 5 6ST4.（12 分）在 T-S 图上画出下列各过程所经历的途径（注明起点和方向） ，并说明过程特点：如 G=0（1）饱和液体节流膨胀；（2）饱和蒸汽可逆绝热膨胀；（3）从临界点开始的等温压缩；（4）过热蒸汽经冷却冷凝为过冷液体（压力变化可忽略） 。难度： 易分值：20 分章节：第六章 蒸汽动力循环和制冷循环知识点：制冷循环备注：南工大试题答案：1） 如左图2TS25414307.4)165.92/().4
8、16()/(/)4 3/85.927.43/0502 .)8(/)(;125112 HWq KWhJmP gQHsTss5（20分）.设一制冷能力（冷冻量）为50000 kJ/h带节流阀的氨冷冻循环装置，蒸发温度-15C，冷凝温度25 C ，过冷度为5 C 。假设压缩机绝热不可逆运行，其等熵效率为80%。求（1）在 TS图 上 表 示 此 循 环 过 程 ； （5分）（2）每小时制冷剂的循环量（5分）（3）压缩机功耗；（5分）（4）循环制冷系数。（5分）（已 知 压 缩 机 进 口 处 氨 的 焓 为 1644 kJ/kg， 如 果 经可逆绝热压缩出 口 处 氨 的 焓为 1866 kJ/kg
9、， 冷 凝 器 出 口 过 冷 氨 的 焓 是 514.6 kJ/kg.）难度：易分值：10章节：第五章 化工过程的能量分析知识点：功热转化备注：南工大试题答案：解：按题意，稳流过程中 Q=0，忽略动能和势能的影响，H=-W s由热力学基本关系式可知，dH=TdS+VdP对绝热可逆过程，即等熵过程，dS=0，水可近似为不可压缩液体，rsWvdpH, 16312, .9021).0(1029.)( kgJPVWrs实际功率 .546.9kgJs6用液体输送泵，将温度为 25的水，从 0.1Mpa 加压到 1.0Mpa，进入锅炉去产生蒸汽，假设加压过程是绝热的，泵的实际效率相当于绝热可逆过程效率的
10、 0.6，求需要的功为多少？难度：中分值：12章节：第五章 化工过程的能量分析知识点：功热转化备注：南工大试题答案：解：由空气的 TS 图可查得 0.6MPa 下各温度状态的焓及熵值如下：-38（235K） ，H 1=11620 Jmol-1S1=104 Jmol-1K-130（303K） ，H 2=13660 Jmol-1S2=111 Jmol-1K-1-170（103K） ，H 3=7440 Jmol-1S3=77 Jmol-1K-1（1）等压加热热量 kJp3.701623029有效能变化kJSTHB 586.1)4(8410 （2）等压冷却热量 p.213607(29有效能变化kJST
11、HB 9.134)(8107. 试求将 1kg，0.6MPa 的空气，按如下条件变化时的热量变化，以及有效能变化。取环境温度为 25（298K） 。（1）等压下由-38加热至 30；（2）等压下由 30冷却至-170。难度：中分值：10章节：第五章 化工过程的能量分析知识点：功热转化，理想功备注：南工大试题答案：解：由空气的 TS 图可查得，在 300K 下，各压力状态下的焓值和熵值如下：0.1MPa，H 1=13577 kJkmol-1S1=126 kJkmol-1K-110MPa，H 2=1300 kJkmol-1S2=87 kJkmol-1K-1稳流系统 H=QWS可逆过程 WS=Qre
12、v H其中可逆热 Qrev=T S=T（ S2S1） =300（87126）=-11700 kJ kmol-1所以 1123)3570(7 molrevS理想功 Tid0104)1()1268(9 klJ计算结果表明，等温下将空气从 0.1MPa 压缩至 10MPa 时，其消耗的理想功比可逆轴功要少一些，这是因为压缩时放出的热量可逆地传递给环境，环境获到了部分功，消耗的功最少。8. 试求 1kmol， 300K 的空气，由 0.1MPa 等温可逆压缩到 10MPa 的轴功和理想功。环境温度取 T0 为 298K。难度：难分值：16章节：第五章 化工过程的能量分析知识点：功热转化，热力学效率备注
13、：南工大试题答案：解：由水和水蒸汽性质表可查得各状态点的焓和熵值，设 298K，液态水为基准态，有效能为另。根据有效能计算式：)()(000STHB计算结果见下表所列。序号 t, P,MPa H,kJkg-1 S,kJkg-1K-1 B,kJkg-10 25 0.1 104.89 0.3674 01 160 0.15 2792.8 7.4665 572.42 160 0.3 2782.3 7.1276 662.93 100 0.07 2680.0 7.5341 439.44 100 0.1 2676.2 7.3614 487.15 100 0.1 419.04 1.3069 34.26 0 0
14、.1 -334.4 -1.2247 35.2判断水蒸汽的价值，应当用有效能而不是焓，从表中 1，2 可见，相同温度下，高压蒸汽的焓值虽不如低压蒸汽高，但是其有效能却比低压蒸汽为高。实际使用中，当然高压蒸汽的使用价值高，相对称为高品质能量。9. 试比较如下几种水蒸汽，水和冰的有效能大小。设环境温度为 298K。0.15MPa，160，过热蒸汽；0.3MPa， 160，过热蒸汽；0.07MPa，100，过冷蒸汽；100，饱和蒸汽；0.1MPa，100，饱和水；0.1MPa，0，冰。难度：易分值：8章节：第五章 化工过程的能量分析知识点：熵增原理，热力学效率备注：南工大试题答案：解：若假设空气为理想
15、气体，则压力对焓变化无影响，压力对熵变化为0lnPRS则有效能变化 0000 lnPRTSTHB1 2.4391.6ln298314. molJ10.求将室温空气由常压压缩至 0.6MPa 的有效能为多少？假设环境温度为 298K。难度：难分值：10章节：第五章 化工过程的能量分析知识点：功热转化，火用效率备注：南工大试题答案：解：热泵可以提高热能的温度，其原理采用某工质，使其在低于环境的温度下蒸发，即从环境吸入热量，再压缩到较高压力，在高于环境温度下冷凝放热，达到供热的目的。0.1MPa，100的饱和水蒸汽，若取 298K，液态水为基准态，其有效能)3674.01.7(298).1042.6
16、7()()(00 STHB8kgJ热能的有效能为：10 2.5012734091 kgJQTQ487.1501.2，显然这一说法是不可行的，实际过程中热损耗是不可避免的，二者之间的差距更大。11.某人称其能用 100的饱和水蒸汽，提供 140的热能，且每公斤水蒸汽可供热量1800kJkg-1。请验证其可靠性。难度：中分值：12章节：第五章 化工过程的能量分析知识点：理想功，热力学效率备注：南工大试题答案：解：对绝热过程 H=-Ws初、终态的焓值可以查空气的有关图表得到，也可以从气体的 P-V-T 关系式求得。由于压力不高，此时空气可当成理想气体处理。多变指数 k 4.157)/2(7/RCvp
17、可导出理想气体绝热可逆过程的轴功式 1)(12ksPVkW )1.06(.4. 4.5.3压缩时温度变化关系式为： KPTk 2.497)1.06(27()( .122 即为 224，可见出口温度太高，需要在压缩机的出口装上冷却器，通常在压缩机出口有一缓冲罐，在此对空气进行冷却降温。如果出口压力较高，则不能当成理想气体处理，真实气体的 PVT 性质是可以通过状态方程准确计算的。12有一台空气压缩机，为气动调节仪表供应压缩空气，平均空气流量为 500m3h-1，进气初态为 25，0.1Mpa，压缩到 0.6Mpa，假设压缩过程可近似为绝热可逆压缩，试求压缩机出口空气温度，以及消耗功率为多少？难度
18、： 中分值：10章节：第六章 蒸汽动力循环和制冷循环知识点：节流膨胀效应备注：南工大试题答案：解；判断节流膨胀的温度变化，依据 Joule-Thomson 效应系数 J。由热力学基本关系式可得到：pPHJCVT)()(将 P-V-T 关系式代入上式， ，其中PR410.6410.6RTVPRTV)( 014.6104.6ppppJ CCPVT可见，节流膨胀后，温度比开始为高。13在 25时，某气体的 P-V-T 可表达为 PV=RT+6.4104P，在 25，30MPa 时将该气体进行节流膨胀，向膨胀后气体的温度上升还是下降？难度： 易分值：8章节：第六章 蒸汽动力循环和制冷循环知识点：蒸汽动
19、力循环备注：南工大试题答案：解：从已知的条件，我们可以计算出该热机的效率，以及卡诺热机的效率，然后比较两者的大小。热机的效率 486.0364217QW卡诺热机效率 5.703高 低高卡 T卡诺热机是效率最高的热机，显然该人设计的热机不合理。14某人称其设计了一台热机，该热机消耗热值为 42000kJkg-1的燃料 30kgh-1，可以产生的输出功率为 170kW。该热机的高温与低温热源分别为 670K 和 330K。试判断此热机是否合理。难度： 易分值：12章节：第六章 蒸汽动力循环和制冷循环知识点：蒸汽动力循环备注：南工大试题答案：解：进出透平机的蒸汽状态见下图所示，焓、熵值从附录水蒸汽表
20、中查到，按稳流系统热力学第一定律对透平机进行能量衡算， H=Q-Ws则 ssWHm95.0%512蒸汽流量 112 4.1650.3247.69.0 hkgs按本题意，等熵膨胀的空气应该是湿蒸汽，即为饱和蒸汽和饱和水的混合物，此时熵值，即为饱和蒸汽和饱和水的熵按比例混合，从附录查得饱和蒸汽的熵，从饱和水性质表查得饱和液体的熵，17153.KkgJSg980l设空气中气相重量百分含量为 x,则 7.1271=7.7153x+(1-x)0.9875解得 x=0.9126空气的焓值 H=xHg+（ 1-x） Hl=0.91262631.4+(1-0.9126)304.25=2428.0kJkg-1定熵效率 %75.02486.37112 s T 4 2 3 1 6 5 S
