工程热力学经典例题-第七章_secret

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1、７．５　典型题精解例题７－１　在如图７－６所示的绝热混合器中，氮气与氧气均匀混合。已知氮气进口的压力，温度，质量；氧气进口压力，温度，质量。（１）求混合后的温度；（２）问混合气流出口压力能否达到。解　（１）确定混合后气流的温度根据热力学第一定律于是，两股气合流后的温度为其中将这些数值代入式（a）得（２）这实际上是一个判断过程能否实现的问题。先假定，求控制体积的熵产，如熵产大于零，则出口压力可以达到该值，否则就不能达到。混合后的摩尔分数为混合后分压力:则于是由计算可知，这是一个熵产小于零的过程，因此不可能发生。于是可以断言，混合

2、气体出口不可能达到0.4MPa。讨论（１）两股气流混合后的温度受热力学第一定律制约而有确定的值。对于理想气体，混合后的压力只受热力学第二定律制约，但混合有的压力某一确定值，而与混合方式有关。（２）混合后的压力范围应满足>0，极限压力应满足=0。显然，极限压力达不到，因为混合过程总是不可逆的。（３）两种或两种以上不同类气体的混合，计算熵变是应注意用分压力；而同类气体混合，计算熵变用混合后的总压即可。例题７－２　图７－７所示的绝热刚性容器被一绝热隔板分成两部分。一部分存在氧气；另一部分有3kmol二氧化碳,。现将隔板抽去，使氧与二

3、氧化碳均匀混合。求混合气体的压力和温度以及热力学能、焓和熵的变化。按定值比热容进行计算。解　（１）求混合气体的温度取整个容器为系统，按题意系统为故里系，抽出隔板前后根据得到即解得（２）求混合气体的压力（３）热力学能变化为　　（４）焓的变化　　（５）熵的变化混合后氧和二氧化碳的分压力分别为于是熵变讨论（１）理想气体焓的计算，也可以先分别求得混合物的焓值后，在相减得到，即其中，显然该种方法较例题中的复杂，理想气体热力学能和熵的计算也同样。所以，当混合气体进行的热力过程成分不变化，且按定值比热容计算时，建议采用例题所用的方法求热力参

4、数的变化量，即分别求得个组元气体的，及后再求和；但若成分发生变化，或要求用比较准确的平均比热容计算；则只能先分别求得混合物初、终态的、及值后再相减求得变化量。（２）该题若是同稳、同压下的不同气体相混合，所求各量有怎样呢？可以证明，此时例题７－３　氮和氩的理想气体混合物以的流量经一加热器，如图７－８所示。混合气体流入加热器时的状态为，流出时为,。如果混合气体中氮的体积分数为40%，问加入热流量为多少？解　依题意，此过程可看作是忽略动能、位能变化及无功传递的稳态稳流过程。根据能量平衡方程其中，为混合气体的比热容。先求混合气体的摩尔

5、热容混合气体的摩尔质量为混合气体的比热容为故加入的热流量为例题７－４某种由甲烷和氮气组成的天然气，已知其摩尔分数30%。现将它从1Mpa,220K可逆绝热压缩到10MPa。试计算该过程的终态温度、熵变化以及各组成气体的熵变。设该混合气体可按定值比热容理想混合气体计算；已知甲烷的摩尔定压热容氮气的为。解　（１）求终态温度混合气体的摩尔定压热容为混合气体的绝热指数为终态温度为（２）求各组成气体及混合气体的熵变混合气体熵变化讨论（１）混合气体的熵变为零，这与可逆绝热是一等熵过程的结论一致。（２）由于，而混合气体在过程中的T,p关系是

6、按变的。因此，就混合气体而言，它所经历的虽是一可逆绝热过程，但对其中的组元来说，它经历的过程相当于一可逆的放热过程（放热给）。因而其熵减小；而对其中的组元来说，它经历的过程相当于一可逆吸热过程，故熵增加。但整个系统（混合气体在该可逆过程期间与外界是绝热的，因而混合气体的熵值不变；（３）只有在时，各组成气体的熵变化才与混合气体的熵变化一样，都等于零。例题７－５　与的混合物为2kg，其中的质量分数为，由p=0.8MPa进行可逆绝热膨胀至，后经再热器定压加热至，加热量为460kJ，然后再经可逆绝热过程膨胀至。（１）求膨胀过程的技术功

7、；（２）若再热器热源温度为，试求不可逆传热引起的殇产；（３）定性画出过程T-s图。按定值比热容计算，,。解　（１）先求混合气体的物性参数再求状态２点的温度，由得则于是，两个可逆绝热膨胀过程共做技术功为（２）求传热过程２－３引起的熵产热源熵的变化过程２－３混合气体熵的变化故不可逆传热引起的熵产　　（３）过程在T-S图上的表示见图７－９。讨论将混合气体等价成某一纯质看待，关键就是求出混合气体的物性参数，之后它就完全等价于纯质的求解方法。例题７－６　当地当时大气压力为，空气温度为，相对湿度为60%，试分别用解析法和焓湿图求湿空气的露

8、点，含湿量d，水蒸气分压力及焓h。解　（１）解析法水蒸气分压力查饱和蒸汽表得：因而露点温度是与相应的饱和温度，查饱和蒸汽表得含湿量湿空气的焓（２）图解法如图７－１０所示，由及，在h-d图上找到的交点１，即为湿空气的状态。从图中可读得　　　　（干空气）（干空气）由１点作等d线向