第三章作业。
1 30℃ 的空气，以5m/s的流速流过一垂直安装的热交换器，被加热到150 ℃，若换热器进出口管直径相等，忽略空气流过换热器的压降，换热器高度为3m，空气cp=1.005 求50kg空气从换热器吸收的热量。 (可将空气当作理想气体) （6032kj）
解。将空气当作理想气体，并忽略压降时。
换热器的动能变化和位能变化可以忽略不计。
2．用输送泵，将温度为25℃的水，从0.1mpa加压到1.0mpa，送入锅炉，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0.
6，求需要的功为多少？水可近似为不可压缩液体，（
解：按题意，稳流过程中q=0，忽略动能和势能的影响，δh=-ws
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，实际功率
3. 在一个往复式压气机的实验中，环境空气从100kpa及5℃压缩到1000kpa，空气离开压缩机时的温度为145℃。压缩机的气缸用水冷却。
在此实验中，水通过冷却夹套，其流率为100kg/kmol（空气），冷却水入口温度为5℃，出口温度为16℃。假设所有对环境的传热均可忽略，空气为理想气体，其摩尔恒压热容cp=水的热容cp,w=4.18 试计算供给压气机的轴功和过程的熵变。
（此压缩过程中动能和势能的变化可忽略）（供给压气机的轴功为8.700×过程的熵变）解：以被压缩的空气为系统，以1kmol空气作为基准。
假设空气为理想气体，在此过程中空气放出的热量为。
q=－wwcp，w（tout－tin）
式中ww为冷却水的流率；cp,w为水的热容，取值为4.18kj/（kg·k），tout和tin分别为冷却水的出、入口温度。所以。
q=－100×4.18（16－5）=－4.598×103（kj/kmol）
压缩过程中空气的焓变为。
若忽略此压缩过程中动能和势能的变化，则所需的功为。
ws=－q =4.102×103＋4.598×103=8.700×103（kj/kmol）
过程的熵变可以按下式计算。
所以压缩过程的理想功为。
wid=h－t0s=4.102×103－278.15（－7.199）=6.104×103（kj/kmol）
因此实际供给压气机的功与该过程的理想功的比值为。
ws/wid=8700/6104=－1.425
4．某工厂一工段需要流量为10m3·h-1，温度为80℃的热水。现有0.3mpa的饱和水蒸汽和30℃的循环回水可供调用。请你设计一个热水槽，进入该槽的蒸汽和冷水各为多少流率？
提示：用附表3查焓值，水可近似为饱和液体；0.3mpa饱和水蒸气的焓值用插值法得到) （
解：这是一个稳定流动系统，动能及势能不是很突出，可以忽略不计。若忽略混合时的热量损失，而混合过程无机械轴功产生，即q=0，ws=0。
稳流系统热力学第一定律，δh=q ＋ws=0，即进出焓相等。
冷水的热力学性质：30℃，近似为饱和液体，h冷水=125.79 kj·kg-1，比容1.0043l×10-3m3·kg-1
饱和蒸汽的热力学性质：0.3mpa，饱和温度为133.55℃，h蒸汽=2725.3 kj·kg-1，比容606℃10-3 m3·kg-1
热水的热力学性质：80℃，近似为饱和液体，h热水=334.91 kj·kg-1
比容为 设冷水的流量为m水，蒸汽的质量流量为m汽。
热水流量为。则 解得
5某动力循环的蒸汽透平机，进入透平的过热蒸汽为2.0mpa，400℃，排出的气体为0.035mpa饱和蒸汽，若要求透平机产生3000kw功率，假设透平机的热损失相当于轴功的5%，问每小时通过透平机的蒸汽流量是多少？
提示：进出透平机的蒸汽的焓值从附录水蒸汽表中查到（16650.4）
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，δh=q-ws
则。蒸汽流量。
6有一台空气压缩机，为气动调节仪表**压缩空气，平均空气流量为500m3·h-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？
绝热指数k=1.4（-199.9，497.
2k）解：对绝热过程 δh=-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。
可导出理想气体绝热可逆过程的轴功式。
压缩时温度变化关系式为：
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。
化工热力学作业
2 12.维里方程可以表达成以下两种形式。请证明 3 12 证明状态方程表达的流体 1 cp与压力无关 2 在等焓变化过程中，温度是随压力的下降而上升。证明 1 又。cp与压力无关。亦即 故 在等焓变化过程中，温度是随压力的下降而上升。3 13 某类气体的状态方程式为，试推导这类气体计算的hr和sr...
化工热力学作业
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化工热力学作业
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