国家开放大学《化工节能》形考任务答案

1. 采用PR状态方程计算从=0.1013MPa，=0℃压缩到=20.26MPa，=200℃时1mol的焓变。已知在p=0.1013MPa时的的数据如下：

甲烷的临界参数为：， ，。设计的计算框图题1所示。

解：设计的计算过程图如题1图所示。

查得甲烷的临界参数为：， ，，则

迭代计算式为：

取为初值，各次迭代计算值为：

，，，已收敛。

则

同理可求得：

迭代计算式为：

取为初值，则各次迭代计算值为，，，，，，，已收敛。

2. 试用RK方程式及Prausnitz混合规则(设=0.06)计算(1)-(2)二元气体混合物(=0.3)在413.15K、8MPa时的剩余焓和剩余熵。已知：(1)、(2)的物性为

解：查得(1)、(2)的物性为

纯物质RK状态方程的参数按下式计算

，

混合规则按下式计算

，

（2）当y₁=0.3时，k₁₂=0.06  已知：

对于混合物，RK方程的迭代式为

取为初值，则各次迭代值为，，,  ,  , ，，已收敛，因此

3. 有一水平铺设的热交换器，其进、出口的截面积相等，空气进入时的温度、压力和流速分别为303K，0.103MPa和10，离开时的温度和压力为403K和0.102MPa。试计算当空气质量流量为80时从热交换器吸收多少热量？若热交换器为垂直安装，高6m，空气自下而上流动，则空气离开热交换器时吸收的热量为多少？已知：空气的恒压平均比热容为1.005。

解 取热交换器为系统，由稳流过程的热力学第一定律

可知

又因热交换器进出口截面积相等，使用连续性方程式，并假定空气为理想气体，则有

当热交换器水平安装时，，则

当热交换器垂直安装时，

4. 某冷凝器内的蒸汽压力为5kPa，蒸气以的速度进入冷凝器，其焓值为，蒸气冷却成水以后其焓为，流出冷凝器时的速度为，计算每kg蒸汽在冷凝器中放出的热量。

解 由敞开系统的热力学第一定律可知：，取1kg蒸汽为计算基准，因，忽略的影响，则

5. 在某一低温装置中将空气自600kPa和27℃恒压预冷至-100℃，试求1kg空气所获冷量的有效能和无效能。已知空气的平均恒压比热容为1.0。设环境大气的温度为27℃。

解：空气获得的冷量为

6. 设有一空气绝热透平，空气的进口状态为600kPa、200℃，宏观速度为160；出口状态为100kPa、40℃和80。试求：(1)空气在进、出口状态下的有效能；（2）透平的实际输出轴功；（3）透平能够做出的最大有用功；已知空气的恒压比热容为，环境大气状态为100kPa、17℃。

解：（1）空气在进口状态下的有效能为

空气在出口状态下的有效能为

（2）对透平运用热力学第一定律知，实际轴功为

（3）透平能够做出的最大有用功为

7. 计算Rankine蒸汽动力循环的热机效率。进入透平的饱和水蒸气为2MPa；离开透平的乏汽压力为10kPa。

在Rankine循环中，以表示输送水泵的功率，以表示乏汽排放到冷却水中的热量。本题中忽略透平中蒸汽具有的位能和动能的影响。该题的T-S图如图题4图所示。

并已知：、、、。

解：该Rankine循环的T–S图为

(1)考虑以输送水泵的控制体，泵进口的压力；出口压力。

由热力学第一定律知：

由热力学第二定律知：

因此

(2) 考虑以锅炉为控制体，进口状态、为已知量；出口状态为已知的饱和蒸汽。由热力学第一定律知

(3)考虑以透平为控制体，进口状态3条件是已知的，出口状态是已知的，因此由热力学第一定律知

由热力学第二定律知，

，解得

(4)考虑以冷凝器为控制体，进口状态4和出口状态1都是已知的。由热力学第一定律知

Rankine循环的热效率为

8. 计算Rankine蒸汽动力循环的热机效率。进入透平的过热水蒸气为4MPa，400℃；离开透平的乏汽压力为10kPa。

并计算透平的轴功、输送水泵的功率、水在锅炉中吸收的热量，以及乏汽排放到冷却水中的热量。本题中忽略透平中蒸汽具有的位能和动能的影响。

并已知：、、、。

解：该Rankine循环的T–S图为

(1)考虑以输送水泵的控制体，泵进口的压力；出口压力。

由热力学第一定律知：

由热力学第二定律知：

因此

(2) 考虑以锅炉为控制体，进口状态、为已知量；出口状态为已知的饱和蒸汽。由热力学第一定律知

(3)考虑以透平为控制体，进口状态3条件是已知的，出口状态是已知的，因此由热力学第一定律知

由热力学第二定律知，

，解得

(4)考虑以冷凝器为控制体，进口状态4和出口状态1都是已知的。由热力学第一定律知

Rankine循环的热效率为

9. 制冷装置采用冷却水冷却，冷却水的流量为6200，冷却水进口及出口的温度分别为15℃及32℃，驱动压缩机消耗的功率为12kW，假定压缩机作可逆绝热压缩，试计算：(1)该制冷剂的制冷量(以表示)；(2)制冷系数。

解 (1)

(2)

10. 某制冷装置采用氨作制冷剂，如题5所示，蒸发室温度为-10℃，冷凝室温度为38℃，制冷量为，试求：(1)压缩机消耗的功率；(2)制冷剂的流量；(3)制冷系数。

已知各状态点的参数为、、

解 该循环的lnp-H如题5图所示。

查氨的lnp-H图可知当与饱和汽相线的交点处，，；当与饱和液相线的交点处，；由(、)查的状态点2处。

制冷剂的循环量

压缩机消耗功率

制冷系数