热力学大作业1
关于化合物C8O16N20爆炸性能的估算
摘要：C、H、O、N化合物爆速和爆压的估算方程已经于2011年被kamlet
和jacobs研究探索出来。两个方程分别描述了爆速D和爆压P与炸药化
合物的装填密度ρ、反应生成焓Δr H m、平均分子质量M ave和分子摩尔数
N四种因素之间的关系：通常情况下，化合物的密度在四者当中影响最大；
计算化合物的热释放时应采用固相生成焓，若用气相生成焓则对爆速的计
算产生明显的错误；形成的负焓可与优异的爆轰性能相容。
关键词：爆速，爆轰压力，密度，生成焓，爆轰产物组成，炸药
1 Kamlet和Jacobs方程
将D、P值代入Ruby代码，输出得到的N、M、Q值与实验值相等。（加载密度通常小于纯化合物的晶体密度）
方程（1）和（2）清楚地表明密度对计算D和P的重要性；在密度似乎比其他任何一个量都要影响大。然而，一个或多个其他因素有时也会比密度的影响大。举例说明密度变化对其他因素的影响。例如，当TATB的加载密度ρ为1.895g/cm3，爆速D为7.860mm/μs，爆轰P为315kbar；而另一化合物RDX的加载密度为1.80g/cm3，爆速为8.754，爆压为347。
用方程（1）和（2）评估各类潜在的炸药化合物是非常普遍及有必要的。N、M的值容易确定，而与反应物和生成物有关的焓变可通过查阅经验值或根据已知的信息进行估算也可以得出。若不知道化合物的晶体密度，则需要进行估算，才可预估爆速和爆压。
本次作业在理解文献的基础上，完成对产物C8O16N20的爆轰性能的计算。
2关于化合物的计算
已知C 8O 16N 20的相对分子质量为632g/mol ，计算得1g 的摩尔数为0.00158mol 。
（1）因为O 2和N 2的燃烧焓等于0，标准摩尔生成焓仅与石墨C 有关，即
mol kJ mol kJ s C H H H m m m /3148-/5.3938),(8c f r =?-=?=?-=?ΘΘΘ
又由于J cal 2.41=
所以 Θ?-=m H Q c 8
00158.039350008??=
g cal /1184=
（2）已知各反应物的初始能量
E 0，可得生成物的总能量为()()()g N E g O E s C E E ,10,8,820200++=
[]635.16108628.983216.98?+?+?-=
eV 8252.319=
由式(3)
其中， 0.11
.025.31410570'00010-0==-=?=B B eV
E m
V
用gpl 软件画出的能量——体积对应关系图，
在eV E 25.3140=时，一个分子的体积为V=V 0
=570*10-303m 3， 所以1g 化合物总体积为
00158.010*******.630-23????=V
37-1042.5m ?= 3542.0cm =
（4）有化合物总体积可计算得密度
33
/845.1542.01cm g cm g ==ρ （3）平均分子质量M ave
查资料知，
m ave V M ρ=
此处的V m 为化合物的摩尔体积，是其在稳定构型下，基于0.001e ·bohr -3的等电子密度面所包围的体积空间，用Carlo Monte -方法求得。
通常分子的体积和表面积由集团加和法得到，但在某些场合（如本文中爆轰化合物的相关计算）精度不够。严格的方法应采用Wong
算法，可
由于计算速度的原因，对略大的分子却不得不采用加和片段体积常数来计算。所以实际计算中，常假设分子是由原子核为中心，W aals der van 原子半径为半径的球形原子组成。可采用Carlo Monte -模拟算法计算W aals der van 分子体积，在一定的置信条件下，理论上可获得任意置信限内的期望值。
通过计算各分子中原子核的球坐标用Carlo Monte -方法产生Nt 个符合球均匀分布规律的伪随机点产生N 个伪随机点数，则原子对分子体积的贡献可由下式估算：
???
? ??=t N N R V 343
π
由于计算过程复杂，所以在此仅通过经验值粗略估算C 8O 16N 20的标准体积V m 为17.0937，
质量
m ol
g V M m
ave /54.310937.17845.1=?== ρ
（4）由以上计算，知N 、M ave 、Q 、P ，可计算
()[
]()[]
s m m Q M N D ave
ave μρ/4821.8845.130.11118454.310316.001.130.1101.125.025.05.025.025.05.0=?+?=+=
[]()kbar Q NM P ave 858.323845.1118454.310316.058.1558.1525.05.02
5.05.0=??==ρ
3产品组分
表1
由表1可知，爆轰产物的组成影响很大，即使爆炸化合物仅由原子C、H、N和O组成（通常情况下），产物组成也可能有CO 2、CO、N 2、H 2 O、H 2、O 2、NH 3、CH 4和NO，以及固体碳等。此外，根据炸药化合物的装填密度，产品组成可能有很大差别。
观察产品结构传统的方法有通过不同的状态方程生成不同产物已确定分子元素组成。而通过文献知道，Kamlet和Jacobs通过大量观察，注意到C、H、N、O爆炸物的爆轰产物组成遵循一定的规律，并用Ruby 代码快速得出原子组成。
表2所示的是不同爆轰产物的组成，可由BKW代码计算得出。其较高的装载密度通常（但不总是）类似于化合物的晶体密度。表2的突出特点是产品组合的一致性。对于每种化合物，不论其化学类型如何，全部或几乎所有的氮都形成N 2，氢为H 2 O，其余的氧为CO 2，未使用的碳作为固体存在。因此，在相似情况下，产物的组成为N 2，H 2 O，CO 2，C等。当然，并不是所有情况都如此，在较低的装载密度时，CO的含量显著增加，CO 2含量下降。
表2
表3 常见爆轰物的爆轰性能
4总结
（1）晶体密度肯定是爆轰性能的一个重要决定因素，但其影响有时会受到其他因素的制约；
（2）假设N 2，H 2 O，CO 2，C（s）产物组成，利用已知或估计的化合物密度和固态生成焓，实验数据以及方程（1）和（2）对的预测爆速和爆压法提供了额外的支持。
（3）使用气相（而不是固相）生成焓的化合物可能在计算爆速时产生明显的错误。
（4）生成负焓不一定会阻止化合物具有优良的爆轰特性。
5参考文献
[1]Peter P. Jane S. Some Perspectives on Estimating Detonation Properties. In Central European Journal of Energetic Materials, 2011, 8(3), 209-220
[2]沈文霞主编，物理化学. 北京：科学出版社，2004
(完整版)哈工大工程热力学习题答案——杨玉顺版
第二章 热力学第一定律 思 考 题 1. 热量和热力学能有什么区别？有什么联系？ 答：热量和热力学能是有明显区别的两个概念：热量指的是热力系通过界面与外界进行的热能交换量，是与热力过程有关的过程量。热力系经历不同的过程与外界交换的热量是不同的；而热力学能指的是热力系内部大量微观粒子本身所具有的能量的总合，是与热力过程无关而与热力系所处的热力状态有关的状态量。简言之，热量是热能的传输量，热力学能是能量？的储存量。二者的联系可由热力学第一定律表达式 d d q u p v δ=+ 看出；热量的传输除了可能引起做功或者消耗功外还会引起热力学能的变化。 2. 如果将能量方程写为 d d q u p v δ=+ 或 d d q h v p δ=- 那么它们的适用范围如何？ 答：二式均适用于任意工质组成的闭口系所进行的无摩擦的内部平衡过程。因为 u h pv =-，()du d h pv dh pdv vdp =-=-- 对闭口系将 du 代入第一式得 q dh pdv vdp pdv δ=--+ 即 q dh vdp δ=-。 3. 能量方程 δq u p v =+d d （变大） 与焓的微分式 ()d d d h u pv =+（变大） 很相像，为什么热量 q 不是状态参数，而焓 h 是状态参数？ 答：尽管能量方程 q du pdv δ=+ 与焓的微分式 ()d d d h u pv =+（变大）似乎相象，但两者 的数学本质不同，前者不是全微分的形式，而后者是全微分的形式。是否状态参数的数学检验就是，看该参数的循环积分是否为零。对焓的微分式来说，其循环积分：()dh du d pv =+???蜒? 因为 0du =??，()0d pv =?? 所以 0dh =??， 因此焓是状态参数。 而对于能量方程来说，其循环积分： q du pdv δ=+???蜒?
热力学作业
第三章 热力学作业 3-9 0.32kg 的氧气作如图3-36所示的循环，循环路径为abcda ， V 2＝ 2V 1， T 1＝ 300K ，T 2＝200K ，求循环效率。设氧气可以看做理想气体。 解： mol M M mol 10032 .032.0===ν 氧气为双原子分子， R c v 25= a-b 为等温过程，0=?E J V V RT A Q 412 11110728.12ln 30031.810ln ?=???===ν 此过程系统从外界吸热J 410728.1?，全部用来向外做功。 b-c 为等体过程，A ＝0 () J T T c E Q v 4122100775.2)300200(31.82 510?-=-???=-=?=ν 此过程系统向外放热J 4100775.2?，系统内能减少J 4100775.2?。 c-d 过程为等温过程，E ?＝0 J V V RT A Q 42 1 22310152.121ln 20031.810ln ?-=???===ν 此过程外界对系统做功J 410152.1?，系统向外放热J 410152.1? d-a 为等体过程，A ＝0 () ()J T T c E Q v 4214100775.220030031.82 510?=-???=-=?=ν 此过程系统从外界吸热J 4100775.2?，使内能增加J 4100775.2?。 热机效率为 ()()%14.150775 .2728.1152.10775.20775.2728.1＝＝－吸放吸++-+=Q Q Q η
3-14 一个卡诺致冷机从0℃的水中吸收热量制冰，向27℃的环境放热。若将 5.0kg 的水变成同温度的冰（冰的熔解热为 3.35×105J ／kg ），求：（l ）放到环境的热量为多少？（2）最少必须供给致冷机多少能量？ 解： 设高温热源温度为T 1，低温热源温度为T 2 T 1＝27+273＝300K ，T 2＝0+273＝273K （1） 设此致冷机从低温热源吸热为Q 2，则 J ＝＝Q 65210675.11035.30.5??? 设此致冷机致冷系数为ε，则 11.10273300273212 ＝＝ －T T T ＝-ε 由212 －Q Q Q ＝ε，可得放到环境中的热量为 J ＝＝Q Q ＝Q 666 22 110841.110675.111.1010675.1???＋＋ε （2） 设最少必须供给致冷机的能量为A ，则 J ＝－Q Q A 566211066.110675.110841.1???=-=
第八章的热力学作业(答案详解)
一、选择题 ［ A ］1.（基础训练4）一定量理想气体从体积V 1，膨胀到体积V 2分别经历的过程是：A →B 等压过程，A →C 等温过程；A →D 绝热过程，其中吸热量最多的过程 (A)是A →B. (B)是A →C. (C)是A →D. (D)既是A →B 也是A →C , 两过程吸热一样多。 【提示】功即过程曲线下的面积，由图可知AD AC AB A A A >>； 根据热力学第一定律：E A Q ?+= AD 绝热过程：0=Q ； AC 等温过程：AC A Q =； AB 等压过程：AB AB E A Q ?+=，且0>?A B E ［ B ］2.（基础训练6）如图所示，一绝热密闭的容器，用隔板 分成相等的两部分，左边盛有一定量的理想气体，压强为p 0，右边为真 空．今将隔板抽去，气体自由膨胀，当气体达到平衡时，气体的压强是(A) p 0． (B) p 0 / 2． (C) 2γp 0． (D) p 0 / 2γ ． 【提示】该过程是绝热自由膨胀：Q=0，A=0；根据热力学第一定律Q A E =+?得 0E ?=，∴0T T =；根据状态方程pV RT ν=得00p V pV =；已知02V V =，∴0/2p p =. ［ D ］3.（基础训练10）一定量的气体作绝热自由膨胀，设其热力学能增量为E ?，熵增量为S ?，则应有 (A) 0...... 0=???=?S E 【提示】由上题分析知：0=?E ；而绝热自由膨胀过程是孤立系统中的不可逆过程，故熵增加。 ［ D ］4.（自测提高1）质量一定的理想气体，从相同状态出发，分别经历等温过程、等压过程和绝热过程，使其体积增加1倍．那么气体温度的改变(绝对值)在 (A) 绝热过程中最大，等压过程中最小． (B) 绝热过程中最大，等温过程中最小． (C) 等压过程中最大，绝热过程中最小． (D) 等压过程中最大，等温过程中最小． 【提示】如图。等温AC 过程：温度不变，0C A T T -=； 等压过程：A B p p =，根据状态方程pV RT ν=，得： B A B A T T V V =，2B A T T ∴=，B A A T T T -=
工程热力学作业.
1-1 一立方形刚性容器，每边长1m ，将其中气体的压力抽至1000Pa ，问其真空度为多少毫米汞柱？容器每面受力多少牛顿？已知大气压力为0.1MPa 。 解：p = 1 000 Pa = 0.001 MPa 真空度mmHg Pa MPa MPa MPa p p p b V 56.74299000099.0001.01.0===-=-= 容器每面受力F ＝p V A = 9 900 Pa×1m 2 =9.9×104 N 1-2 试确定表压力为0.01 MPa 时U 形管压力计中液柱的高度差。(1)U 形管中装水，其密度为1 000 kg/m 3；(2) U 形管中装酒精，其密度为789 kg/m 3。 解： 因为表压力可以表示为p g =ρgΔz ，所以有 g p z g ρ= ? 既有（1）mm m s m m kg Pa g p z g 72.101901972.1/80665.9/10001001.02 36==??=?＝水ρ （2） mm m s m m kg Pa g p z g 34.129729734.1/80665.9/7891001.02 36==??=?＝酒精 ρ 1-7 从工程单位制热力性质查得，水蒸气在500℃、100at 时的比体积和比焓分别为v =0.03347m 3/kg 、h =806.6kcal/kg 。在国际单位制中，这时水蒸气的压力和比热力学能各为多少？ 解： 水蒸气压力p =100at×9.80665×104Pa/at = 9.80665×106Pa=9.80665MPa 比热力学能u=h-pv=806.6kcal ×4.1868kJ/kcal)/kg-9806.65kPa ×0.03347m 3/kg = 3377.073kJ-328.228kJ =3048.845kJ 2-1 冬季，工厂某车间要使室内维持一适宜温度。在这一温度下，透过墙壁和玻璃等处，室内向室外每一小时传出0.7×106kcal 的热量。车间各工作机器消耗的动力为是500PS(认为机器工作时将全部动力转变为热能)。另外，室内经常点着50 盏100W 的电灯，要使该车间的温度保持不变，问每小时需供给多少kJ 的热量？ 解：要使车间保持温度不变，必须使车间内每小时产生的热量等散失的热量 Q = Q 机＋Q 灯＋Q 散＋Q 补 = 0 Q 机 = 500PSh = 500×2.647796×103 kJ = 1.32×106 kJ Q 灯 = 50×100W×3600s = 1.8×107J = 1.8×104 kJ Q 散 = -0.7×106kcal =- 0.7×106×4.1868kJ = -2.93×106 kJ Q 补 = -Q 机-Q 灯＋Q 散 = -1.32×106 kJ-1.8×104 kJ+2.93×106 kJ = 1.592×106 kJ
热力学作业答案
热力学作业答案 The pony was revised in January 2021
第八章 热力学基 础 一、选择题 ［ A ］1.（基础训练4）一定量理想气体从体积V 1，膨胀到体积V 2分别经历的过程是：A →B 等压过程，A →C 等温过程；A →D 绝热过程，其中吸热量最多的过程 (A)是A →B. (B)是A →C. (C)是A →D. (D)既是A →B 也是A →C , 两过程吸热一样多。 【提示】功即过程曲线下的面积，由图可知AD AC AB A A A >>； 根据热力学第一定律：E A Q ?+= AD 绝热过程：0=Q ； AC 等温过程：AC A Q =； AB 等压过程：AB AB E A Q ?+=，且0 >?AB E ［ B ］2.（基础训练6）如图所示，一绝热密闭的容器，用隔板分成相等的两部分，左边盛有一定量的理想气体，压强为p 0，右边为真空．今将隔板抽去，气体自由膨胀，当气体达到平衡时，气体的压强是 (A) p 0． (B) p 0 / 2． (C) 2γp 0． (D) p 0 / 2γ．
【提示】该过程是绝热自由膨胀：Q=0，A=0；根据热力学第一定律Q A E =+?得 0E ?=，∴0T T =；根据状态方程pV RT ν=得00p V pV =；已知02V V =，∴0/2p p =. ［ D ］3.（基础训练10）一定量的气体作绝热自由膨胀，设其热力学能增量为 E ?，熵增量为S ?，则应有 (A) 0......0=???=?S E 【提示】由上题分析知：0=?E ；而绝热自由膨胀过程是孤立系统中的不可逆过程，故熵增加。 ［ D ］4.（自测提高1）质量一定的理想气体，从相同状态出发，分别经历等温过程、等压过程和绝热过程，使其体积增加1倍．那么气体温度的改变(绝对值)在 (A) 绝热过程中最大，等压过程中最小． (B) 绝热过程中最大，等温过程中最小． (C) 等压过程中最大，绝热过程中最小． (D) 等压过程中最大，等温过程中最小． 【提示】如图。等温AC 过程：温度不变，0C A T T -=； 等压过程：A B p p =，根据状态方程pV RT ν=，得： B A B A T T V V =，2B A T T ∴=，B A A T T T -=
热力学作业 答案
第八章 热力学基础 一、选择题 ［ A ］1.（基础训练4）一定量理想气体从体 积 V 1，膨胀到体积V 2分别经历的过程是：A →B 等压过程，A → C 等温过程；A → D 绝热过程，其中吸热量最多的过程 (A)是A →B. (B)是A →C. (C)是A →D. (D)既是A →B 也是A →C , 两过程吸热一样多。 【提示】功即过程曲线下的面积，由图可知AD AC AB A A A >>； 根据热力学第一定律：E A Q ?+= AD 绝热过程：0=Q ； AC 等温过程：AC A Q =； AB 等压过程：AB AB E A Q ?+=，且0 >?AB E ［ B ］2.（基础训练6）如图所示，一绝热密闭的容器，用隔板分成相等的两部分，左边盛有一定量的理想气体，压强为p 0，右边为真空．今将隔板 抽去，气体自由膨胀，当气体达到平衡时，气体的压强是 (A) p 0． (B) p 0 / 2． (C) 2γp 0． (D) p 0 / 2γ． 【提示】该过程是绝热自由膨胀：Q=0，A=0；根据热力学第一定律Q A E =+?得 0E ?=， ∴0T T =；根据状态方程pV RT ν=得00p V pV =；已知02V V =，∴0/2p p =. ［ D ］3.（基础训练10）一定量的气体作绝热自由膨胀，设其热力学能增量为E ?，熵增量为S ?，则应有 (A) 0......0=???=?S E 【提示】由上题分析知：0=?E ；而绝热自由膨胀过程是孤立系统中的不可逆过
化工热力学大作业
化工热力学大作业
1、计算下，乙醇（1）-水（2）体系汽液平衡数据 （1）泡点温度和组成的计算 计算气液平衡数据方法（步骤）： 1、由C2H5OH 以及H2O ，查得两物质临界参数Tc1、Tc 2、Pc1、Pc2、ω查得antonio 方程中C2H5OH 和H2O 参数A1,B1,C1,A2,B2,C2，进入2 2、利用总压强P 总=，带入antonio 方程i i i s i C T B A p +-=ln 得T1,T2，进入3 3、假设x1，x2数据，从小到大假设，并取为间隔，逐次递增，由T=T1*x1+T2*x2， 并另各V i ??初值均为1，进入4 4、将T 值带入antonio 方程i i i s i C T B A p +-=ln 可得Ps1和Ps2，进入5 5、选择NRTL 方程，计算γi ，进入6 6、利用两物质临界参数以及T 、P 值计算Tr1，Tr2，Prs1，Prs2，再利用对比态法（计算逸度系数的对比态法）计算气态混合物各组元i 的逸度系数，进入7 7、利用平衡方程，V i s i S i i i i P P x y ??γ?=计算y1、y2，进入8 8、计算y1+y2的值，并判断是否进行迭代 9、将yi 归一化，利用混合物维里方程（计算混合物逸度系数的维里方程）结合 混合规则计算各V i ??，返回7 10、判断y1+y2是否与8的值不同，“是”返回6，“否”进入11 11、计算y1+y2，判断是否为1，“否”进入12，“是”进入13 12、调整T 值，如果y1+y2大于1，则把T 值变小，如果y1+y2小于1，则把T 值变大，并返回4 13、得出T 、所有yi 值，并列出表格，进入14 14、将所有按从小到大顺序假设的Xi 值所对应的Yi 值求出，并作出T-X-Y 图，进入15 15、结束
工程热力学习题解答
1. 热量和热力学能有什么区别？有什么联系？ 答：热量和热力学能是有明显区别的两个概念：热量指的是热力系通过界面与外界进行的热能交换量，是与热力过程有关的过程量。热力系经历不同的过程与外界交换的热量是不同的；而热力学能指的是热力系内部大量微观粒子本身所具有的能量的总合，是与热力过程无关而与热力系所处的热力状态有关的状态量。简言之，热量是热能的传输量，热力学能是能量？的储存量。二者的联系可由热力学第一定律表达式 d d q u p v δ=+ 看出；热量的传输除了可能引起做功或者消耗功外还会引起热力学能的变化。 2. 如果将能量方程写为 d d q u p v δ=+ 或 d d q h v p δ=- 那么它们的适用范围如何？ 答：二式均适用于任意工质组成的闭口系所进行的无摩擦的内部平衡过程。因为 u h p v =-，()du d h pv dh pdv vdp =-=-- 对闭口系将 du 代入第一式得 q dh pdv vdp pdv δ=--+ 即 q dh vdp δ=-。 3. 能量方程 δq u p v =+d d （变大） 与焓的微分式 ()d d d h u pv =+（变大） 很相像，为什么热量 q 不是状态参数，而焓 h 是状态参数？ 答：尽管能量方程 q du pdv δ=+ 与焓的微分式 ()d d d h u pv =+（变大）似乎相象，但两者的数学本 质不同，前者不是全微分的形式，而后者是全微分的形式。是否状态参数的数学检验就是，看该参数的循环积分是否为零。对焓的微分式来说，其循环积分：()dh du d pv =+??? 因为 0du =?，()0d pv =? 所以 0dh =?， 因此焓是状态参数。 而对于能量方程来说，其循环积分： q du pdv δ=+??? 虽然： 0du =? 但是： 0pdv ≠? 所以： 0q δ≠? 因此热量q 不是状态参数。 4. 用隔板将绝热刚性容器分成A 、B 两部分（图2-13），A 部分装有1 kg 气体，B 部分为高度真空。将隔板抽去后，气体热力学能是否会发生变化？能不能用 d d q u p v δ=+ 来分析这一过程？
作业(热力学答案)
作业8（热力学） 一、选择题 [ ] 1. 有A 、B 两种不同的容器，A 中装有单原子理想气体，B 中装有双原子理想气体，若两种气体的压强相同，则这两种气体的单位体积内的内能之间的关系为： (A) A B E E V V ????< ? ?????； (B) A B E E V V ????> ? ?????；(C) A B E E V V ????= ? ?????；(D) 无法判定 [ ] 2. 对于室温下的双原子分子理想气体，在等压膨胀的情况下，系统对外所做的功与从外界吸收的热量之比W/Q 为： (A) 1/3； (B) 1/4； (C) 2/5； (D) 2/7 [ ] 3.“ 理想气体和单一热源接触作等温膨胀时，吸收的热量全部用来对外做功”。对此说法有如下几种评论，其中正确的是： (A) 不违反热力学第一定律，但违反热力学第二定律； (B) 违反热力学第一定律，但不违反热力学第二定律； (C) 不违反热力学第一定律，也不违反热力学第二定律； (D) 违反热力学第一定律，也违反热力学第二定律 [ ] 4.在给出的4个图像中，能够描述一定质量的理想气体在可逆绝热过程中密度随压强变化的图像为： (A) (B) (C) (D) [ ] 5. 一定质量的理想气体经过压缩过程后，体积减小为原来的一半，如果要使外界所做的机械功为最大，那么这个过程应是: (A) 绝热过程； (B) 等温过程；(C) 等压过程；(D) 绝热过程或等温过程均可 [ ] 6. 关于可逆过程和不可逆过程的判断：(1)可逆热力学过程一定是准静态过程；(2)难静态过程一定是可逆过程；(3)不可逆过程就是不能向相反方向进行的过程；(4)凡有摩擦的过程，一定是不可逆过程。以上4种判断正确的是： (A) (1)(2)(3)； (B) (1)(2)(4)；(C) (2)(4)；(D) (1)(4) [ ] 7. 你认为以下哪个循环过程是不可能的： (A) 绝热线、等温线、等压线组成的循环； (B) 绝热线、等温线、等容线组成的循环； (C) 等容线、等压线、绝热线组成的循环； (D) 两条绝热线和一条等温线组成的循环 [ ] 8. 一绝热容器被隔板分成两半，一半是真空，另一半是理想气体．若把隔板抽出进行自由膨胀，达到平衡后： (A) 温度不变，熵增加； (B) 温度升高，熵增加； (C) 温度降低，熵增加； (D) 温度不变，熵不变
工科物理大作业11-热力学
11 11 热力学 班号 学号 姓名 成绩 一、选择题 （在下列各题中，均给出了4个~6个答案，其中有的只有1个是正确答案，有的则有几个是正确答案，请把正确答案的英文字母序号填在题后的括号内） 1. 在下列说法中，正确的是： A ．物体的温度愈高，则热量愈多； B ．物体在一定状态时，具有一定的热量； C ．物体的温度愈高，则其内能愈大； D ．物体的内能愈大，则具有的热量愈多。 （C ） [知识点] 内能和热量的概念。 [分析与解答] 内能是物体内部所有分子的热运动动能和分子间相互作用势能的总和，是系统状态（或温度）的单值函数，系统的温度愈高，其内能愈大。 热量是由于系统与外界温度不同而进行的传热过程中所传递的能量的多少，同样温差情况下，不同的传热过程其热量不同，热量是过程量，不是状态的函数。 作功与传热可以改变系统的内能，若系统状态不变（内能也不变），就无需作功与传热，功与热量不会出现。 2. 在下列表述中，正确的是： A ．系统由外界吸热时，内能必然增加，温度升高； B ．由于热量Q 和功A 都是过程量，因此，在任何变化过程中，（Q ＋A ）不仅与系统的始末状态有关，而且与具体过程有关； C ．无摩擦的准静态过程中间经历的每一状态一定是平衡状态； D 能增量为T C M m E m p ?= ?,。 （C ） [知识点] 热量、作功和内能的概念。
[分析与解答] 根据热力学第一定律E A Q ?+=，系统由外界吸热时，可以将吸收的热量全部对外作功，内能不变，等温过程就是这种情况。 系统所吸收的热量和外界对系统做功的总和为系统内能的增量，内能的增量仅与系统始末状态有关，而与过程无关。 准静态过程就是在过程进行中的每一个状态都无限地接近平衡态的过程。由于准静态过程是无限缓慢的，无摩擦的（即无能量耗散），则各中间态都是平衡态。 无论何种过程，只要温度增量T ?相同，内能增量均为 T R M m i E ?= ?2T R C M m m V ?= 1，与过程无关。 3. 一定量某理想气体，分别从同一状态开始经历等压、等体、等温过程。若气体在上述过程中吸收的热量相同，则气体对外做功最多的过程是： A ．等体过程； B. 等温过程； C. 等压过程； D. 不能确定。 （B ） [知识点] 热力学第一定律在等值过程中的应用。 [分析与解答] 设在等压、等体和等温过程吸收的热量为0Q ，则 等压过程 T R i T C Q m p ?+=?=2 21 0ν ν 002 2Q i Q T R V p A p <+= ?=?=ν 等体过程 0=Q A ，吸收的热量全部用于增加的内能 等温过程 0=T A ，吸收的热量全部用于对外做功 由热力学第一定律E A Q ?+=知，等压过程，气体吸收来的热量既要对外做功，又要使内能增加；等体过程，气体不对外做功，吸收的热量全部用于增加内能；等温过程，气体吸收的热量全部用于对外做功。因此，当吸收的热量相同时，等温过程对外做功最多。 4. 如图11-1所示，一定量理想气体从体积V 1膨胀到V 2，ab 为等压过程，ac 为等温过程，ad 为绝热过程，则吸热最多的是： A ．ab 过程； B. ac 过程； C. ad 过程； D. 不能确定。 （A ）
化工热力学大作业---乙醇与水物性分析
化工热力学大作业 学院：化学化工学院 班级： 学号： 姓名： 指导老师：
1.计算101.3kPa下，乙醇（1）-水（2）体系汽液平衡数据 1）泡点温度和组成的计算 已知：平衡压力P，液相组成x1，x2 ???xN V i s i S i i i i P P x y ? ? γ ? =∑ = i i i y y y/ 泡点温度T，汽相组成y1，y2???y n采用以下流程计算：可得到泡点温度和组成
2）露点温度和组成的计算 已知P, 气相组成y1,y2…….yN ， s i S i i V i i i P Py x ?γ??= ∑=i i i i x x x / 露点温度T ，液相组成x 1，x 2 ???x n 采用以下流程计算： 可得到露点温度和组成
3)计算过程 运用化工软件Aspen计算 ①选择模板为General with Metric Units；Run Type为物性分析（Property Analysis） ②组分为乙醇（C2H5OH,ETHANOL）和水（H2O）物性方法为NRTL ③乙醇及水的流率均设为50kmol/h初输入温度为25℃，压力为101.325KPa。 ④设定可调变量为乙醇的摩尔分数，变化范围0—1，增量为0.05，则可取20个点。 ⑤选择物性参数露点温度（TDEW）及泡点温度（TBUB），温度均为℃。 最后以乙醇摩尔分数为X坐标，露点温度（TDEW）及泡点温度（TBUB）为Y坐标，得到下表及下图。 NRTL活度系数模型 乙醇取不同摩尔分率时对应的不同泡点温度及露点温度表（NRTL）
露点温度及泡点温度图(NRTL)
工程热力学课后作业答案(第七章)第五版
7-1当水的温度t=80℃，压力分别为、、、及1MPa时，各处于什么状态并求出该状态下的焓值。 解：查表知道t=80℃时饱和压力为。 因此在、、、及1MPa时状态分别为过热、未饱和、未饱和，未饱和、未饱和。焓值分别为kg，kJ/kg，335 kJ/kg，kJ/kg，kJ/kg。 7－2已知湿蒸汽的压力p=1MPa干度x=。试分别用水蒸气表和h-s图求出hx，vx，ux，sx。解：查表得：h``＝2777kJ/kg h`= kJ/kg v``＝kg v`＝m3/kg u``= h``－pv``= kJ/kg u`＝h`－pv`= kJ/kg s``= kJ/ s`＝kJ/ hx＝xh``+(1-x)h`= kJ/kg vx＝xv``+(1-x)v`= m3/kg ux＝xu``+(1-x)u`=2400 kJ/kg sx＝xs``+(1-x)s`= kJ/ 7-3在V＝60L的容器中装有湿饱和蒸汽，经测定其温度t＝210℃，干饱和蒸汽的含量mv=，试求此湿蒸汽的干度、比容及焓值。 解：t＝210℃的饱和汽和饱和水的比容分别为： v``＝kg v`＝m3/kg h``＝kg h`= kJ/kg 湿饱和蒸汽的质量： 解之得： x= 比容：vx＝xv``+(1-x)v`= m3/kg 焓：hx＝xh``+(1-x)h`=1904kJ/kg 7－4将2kg水盛于容积为的抽空了的密闭刚性容器中，然后加热至200℃试求容器中（1）压力；（2）焓；（3）蒸汽的质量和体积。 解：（1）查200℃的饱和参数 h``＝kg h`= kJ/kg v``＝kg v`＝kg 饱和压力。 刚性容器中水的比容： ＝m3/kg 热力学基础作业 班级:_____________ 姓名:_____________ 学号:_____________ 日期:__________年_______月_______日 成绩:_____________ 一、选择题 1. 一定量某理想气体按pV 2＝恒量的规律膨胀，则膨胀后理想气体的温度 (A) 将升高． (B) 将降低． (C) 不变． (D)升高还是降低，不能确定． ［ ］ 2. 若室内生起炉子后温度从15℃升高到27℃，而室内气压不变，则此时室内的分子数减少了 (A)0.500． (B) 400． (C) 900． (D) 2100． ［ ］ 3. 若理想气体的体积为V ，压强为p ，温度为T ，一个分子的质量为m ，k 为玻尔兹曼常量，R 为普适气体常量，则该理想气体的分子数为： (A) pV / m ． (B) pV / (kT )． (C) pV / (RT )． (D) pV / (mT )． ［ ］ 4. 理想气体向真空作绝热膨胀． (A) 膨胀后，温度不变，压强减小． (B) 膨胀后，温度降低，压强减小． (C) 膨胀后，温度升高，压强减小． (D) 膨胀后，温度不变，压强不变． ［ ］ 5. 对于理想气体系统来说，在下列过程中，哪个过程系统所吸收的热量、内能的增量和对外作的功三者均为负值？ (A) 等体降压过程． (B) 等温膨胀过程． (C) 绝热膨胀过程． (D) 等压压缩过程． ［ ］ 6. 如果卡诺热机的循环曲线所包围的面积从图 中的abcda 增大为da c b a ''，那么循环abcda 与da c b a ''所作的净功和热机效率变化情况是： (A) 净功增大，效率提高． (B) 净功增大，效率降低． (C) 净功和效率都不变． (D) 净功增大，效率不变． ［ ］ 7. 两个卡诺热机的循环曲线如图所示，一个工作在温度为T 1 与T 3的两个热源之间，另一个工作在温度为T 2 与T 3的两个热源之间，已知这两个循环曲线所包围的面积相等．由此可知： （A ） 两个热机的效率一定相等． （B ） 两个热机从高温热源所吸收的热量一定相等． c ' d T 2 a b b ' c T 1V O p 《传热学》上机大作业 二维导热物体温度场的数值模拟 学校：西安交通大学 姓名：张晓璐 学号:10031133 班级：能动A06 一．问题（4-23） 有一个用砖砌成的长方形截面的冷空气通道，形状和截面尺寸如下图所示，假设在垂直纸面方向冷空气和砖墙的温度变化很小，差别可以近似的予以忽略。在下列两种情况下计算：砖墙横截面上的温度分布；垂直于纸面方向上的每米长度上通过墙砖上的导热量。 第一种情况：内外壁分别维持在10C ?和30C ? 第二种情况：内外壁与流体发生对流传热，且有C t f ?=101， )/(2021k m W h ?=，C t f ?=302，)/(422k m W h ?=，K m W ?=/53.0λ 二．问题分析 1.控制方程 02222=??+??y t x t 2.边界条件 所研究物体关于横轴和纵轴对称，所以只研究四分之一即可，如下图： 对上图所示各边界： 边界1：由对称性可知：此边界绝热，0=w q 。 边界2：情况一：第一类边界条件 C t w ?=10 情况二：第三类边界条件 )()( 11f w w w t t h n t q -=??-=λ 边界3：情况一：第一类边界条件 C t w ?=30 情况二：第三类边界条件 )()( 22f w w w t t h n t q -=??-=λ 三：区域离散化及公式推导 如下图所示，用一系列和坐标抽平行的相互间隔cm 10的网格线将所示区域离散化，每个交点可以看做节点，该节点的温度近似看做节点所在区域的平均温度。利用热平衡法列出各个节点温度的代数方程。 第一种情况： 内部角点： 大学物理课堂作业 热力学基础 一、填空题 1 在p?V图上 (1) 系统的某一平衡态用_____________来表示； (2) 系统的某一平衡过程用________________来表示； (3) 系统的某一平衡循环过程用__________________来表示； 2.处于平衡态A的一定量的理想气体，若经准静态等体过程变到平衡态B，将从外界吸收热量416 J，若经准静态等压过程变到与平衡态B有相同温度的平衡态C，将从外界吸收热量582 J，所以，从平衡态A变到平衡态C的准静态等压 过程中气体对外界所作的功为____________________. 3.一定量的某种理想气体在等压过程中对外作功为200 J．若此种气体为单 原子分子气体，则该过程中需吸热_____________ J；若为双原子分子气体，则 需吸热______________ J. 4.可逆卡诺热机可以逆向运转．逆向循环时, 从低温热源吸热,向高温热源放热,而且吸的热量和放出的热量等于它正循环时向低温热源放出的热量和从高温热源吸的热量.设高温热源的温度为T1 =450 K , 低温热源的温度为T2 =300 K, 卡诺热机逆向循环时从低温热源吸热Q2 =400 J，则该卡诺热机逆向循环一次外界必须 作功W＝_________． 5. 一热机从温度为727℃的高温热源吸热，向温度为527℃的低温热源放热．若 热机在最大效率下工作，且每一循环吸热2000 J ，则此热机每一循环作功_____ ____________ J． 6. 从统计的意义来解释, 不可逆过程实质上是一个________________________ __________________________的转变过程, 一切实际过程都向着_____________ _____________________________的方向进行． γC p/C V为已知)的循环过程如T－V图所示，其中CA为绝热过程，7. 1 mol 理想气体(设= A点状态参量(T1，V1)和B点的状态参量(T2，V2)为已知．试求C点的状态参量： 文科物理《热力学》习题（计算题） 第一章热平衡与温度（选两题：从1-1至1-4任选一题，1-5至1-7任选一题；多选不限）温馨提示： 本章计算题解题时只需运用中学的知识，即理想气体状态方程。不过，解最后三道题时所用到的气体状态方程的形式为p = nkT。 1-1 定体气体温度计的测温气泡放入水的三相点管的槽内时，气体的压强为6.65×103Pa。求： （1）用此温度计测量373.15K的温度时，气体的压强是多大？ （2）当气体压强为2.20×103Pa时，待测温度是多少K？多少o C？ 解：视水蒸气为理想气体，视三相点温度约为0℃。P1V=nRT1,P2V=nRT2,P3V=nRT3 P2=(T2/T1)P1=373.15*6650/273.15=9.08×103Pa. T3=(P3/P1)T1=2.2*273.15/6.65=90.37K=-182.78℃. 1-2 自行车的车轮直径为71.12cm，内胎截面直径为3cm。在-3o C的天气里向空胎里打气。打气筒长30cm，截面半径1.5cm。打了20下，气打足了，问此时车胎内压强是多少？设车胎内最后气体温度为7o C。 解：内胎体积V2=（∏*71.12）*（∏*1.5*1.5）=1579.33㎝~3 打入空气V1=∏*1.5*1.5*30*20=4241.15 ㎝~3 P1V1=nRT1,P2V2=nRT2 P2=(V1T2P1)/(V2T1)=(4241.15*280.15)/(1579.33*270.15)=2.78atm 1-3 某柴油机的气缸充满空气，压缩前其中空气的温度为47o C，压强为8.61×104Pa。当活塞急剧上升时，可把空气压缩到原体积的1/17，其时压强增大到4.25×106Pa，求这时空气的温度（分别以K和o C表示）。 解：P1V1=nRT1,P2V2=nRT2, T2=P2V2T1/P1V1=(273.15+47)*425/(8.61*17)=929.59K=656.44℃. 1-4 一氢气球在20o C充气后，压强为1.2atm，半径为1.5m。到夜晚时，温度降为10o C，气球半径缩为1.4m，其中氢气压强减为1.1atm。求已经漏掉了多少氢气（提示：注意气压单位换算）。 解：1atm=101325Pa，P1=121590 Pa,P2=111457.5 Pa T1=293.15 K,T2=283.15 K V1=4/3*∏*1.5*1.5*1.5=14.14 m~3 V2=4/3*∏*1.4*1.4*1.4=11.49 m~3 n1-n2=P1V1/RT1-P2V2/RT2=161.41 mol 1-5 目前可获得的极限真空度为1.00×10-18atm。求在此真空度下1cm3空气内平均有多少个分子？设温度为20 o C。 解：PV=nRT, n=(1.00×10-18*101325/1000000*8.314*293.15)=41.57×10-24mol N=n*6.02×1023≈25个 1-6 “火星探路者”航天器发回的1997年7月26日火星表面白天天气情况是：气压为6.71mbar （1bar=105Pa），温度为-13.3 o C，这是火星表面1cm3内平均有多少个分子？ 解：PV=nRT, n=(671/1000000*8.314*259.85)=0.310591652×10-6mol N= n*6.02×1023≈1.87×1017个 第一次 热力学基础练习与答案 班 级 ___________________ 姓 名 ___________________ 班内序号 ___________________ 一、选择题 1. 如图所示，一定量理想气体从体积V 1，膨胀到体积V 2分别经历的过程 是：A →B 等压过程，A →C 等温过程；A →D 绝热过程，其中吸热量最 多的过程 [ ] (A) 是A →B. (B) 是A →C. (C) 是A →D. (D) 既是A →B 也是A →C , 两过程吸热一样多。 2. 有两个相同的容器，容积固定不变，一个盛有氨气，另一个盛有氢气（看 成刚性分子的理想气体），它们的压强和温度都相等，现将5J 的热量传给氢 气，使氢气温度升高，如果使氨气也升高同样的温度，则应向氨气传递热量 是： ［ ］ (A) 6 J. (B) 5 J. (C) 3 J. (D) 2 J. 3.一定量的某种理想气体起始温度为T ，体积为V ，该气体在下面循环过程中经过三个平衡过程：(1) 绝热膨胀到体积为2V ，(2)等体变化使温度恢复为T ，(3) 等温压缩到原来体积V ，则此整个循环过程中 ［ ］ (A) 气体向外界放热 (B) 气体对外界作正功 (C) 气体内能增加 (D) 气体内能减少 4. 一定量理想气体经历的循环过程用V －T 曲线表示如图．在此循 环过程中，气体从外界吸热的过程是 ［ ］ (A) A →B ． (B) B →C ． (C) C → A ． (D) B → C 和B →C ． 5. 设高温热源的热力学温度是低温热源的热力学温度的n 倍，则理想气体在 一次卡诺循环中，传给低温热源的热量是从高温热源吸取热量的 ［ ］ (A) n 倍． (B) n －1倍． (C) n 1倍． (D) n n 1 倍． 6.如图，一定量的理想气体，由平衡状态A 变到平衡状态 B (p A = p B )，则无论经过的是什么过程，系统必然 ［ ］ (A) 对外作正功． (B) 内能增加． (C) 从外界吸热． (D) 向外界放热． V V 1、根据班级序号自己计算参数 利用通用压缩因子图确定氧气在温度为313K（113+10×20号），比体积为0.0074m3/kg时的压力。 2、工程热力学中为什么要引入“可逆过程”? 3、以空调制热（班级序号为双号）为例，画出工作原理图、工热关系图，指出其中的代价、收益和经济性指标分别是什么。 4、在热力学发展历史中，有哪些科学家做出贡献？至少列出5人及其成就。 答：（1）J.R.von迈尔：他提出了能量守恒理论，认定热是能的一种形式，可与机械能互相转化，并且从空气的定压比热容与定容比热容之差计算出热功当量。 （2）焦耳：他的实验结果已使科学界彻底抛弃了热质说，公认能量守恒、而且能的形式可以互换的热力学第一定律为客观的自然规律。热力学的形成与当时的生产实践 迫切要求寻找合理的大型、高效热机有关。 （3）法国人S.卡诺：提出著名的卡诺定理，指明工作在给定温度范围的热机所能达到的效率极限 （4）开尔文(即W.汤姆森)根据卡诺定理制定了热力学温标。 （5）克劳修斯根据卡诺定理提出并发展了熵 5、为什么要引入“焓”和“熵”的概念？它们是如何定义的？ 答：“焓”：研究流动能量方程中，为了工程应用的方便，才引入焓。（因为在流动过程中，工质携带的能量除热力学能之外，总伴有推动功，所以为了工程应用的方便起见，把U和PV组合起来，引入焓。） “熵” 6、下面的图是如何得到的？有何作用？ 7、一台清水离心泵，若泵中压力最低的点为K点，那么K点的压力与此泵工作时所处温度对应的饱和蒸汽压之间满足何种大小关系时，离心泵中压力最低点的水会汽化为气泡？ 8、一压缩机将1kg温度为T1、压力为p1的空气压缩到温度T2和压力p2，已知压缩过程是多变过程，多变指数为m。 （1）完整推导出T2与T1、p1、p2和m之间的关系式。 （2）空气在压缩机中可以分为三个阶段：首先空气通过吸气阀进入压缩机，此时吸气阀开启、排气阀关闭；接着吸排气阀均关闭，空气被压缩；最后排气阀开启，此时吸气阀仍关闭，空气通过排气阀排出压缩机。推导出这三个阶段分别要消耗多大的功？三者的代数和是多少？ 工程热力学习题集及答案 一、填空题 1．能源按使用程度和技术可分为 常规 能源和 新 能源。 2．孤立系是与外界无任何 能量 和 物质 交换的热力系。 3．单位质量的广延量参数具有 强度量 参数的性质，称为比参数。 4．测得容器的真空度48V p KPa =，大气压力MPa p b 102.0=，则容器内的绝对压力为 54kpa 。 5．只有 准平衡 过程且过程中无任何 耗散 效应的过程是可逆过程。 6．饱和水线和饱和蒸汽线将压容图和温熵图分成三个区域，位于三区和二线上的水和水蒸气呈现五种状态：未饱和水 饱和水 湿蒸气、 干饱和蒸汽 和 过热蒸汽 。 7．在湿空气温度一定条件下，露点温度越高说明湿空气中水蒸气分压力越 高 、水蒸气含量越 多 ，湿空气越潮湿。（填高、低和多、少） 8．克劳修斯积分/Q T δ? 等于零 为可逆循环。 9．熵流是由 与外界热交换 引起的。 10．多原子理想气体的定值比热容V c = g 72R 。 11．能源按其有无加工、转换可分为 一次 能源和 二次 能源。 12．绝热系是与外界无 热量 交换的热力系。 13．状态公理指出，对于简单可压缩系，只要给定 两 个相互独立的状态参数就可以确定它的平衡状态。 14．测得容器的表压力75g p KPa =，大气压力MPa p b 098.0=，则容器内的绝对压力为 173a KP 。 15．如果系统完成某一热力过程后，再沿原来路径逆向进行时，能使系统和外 界都返回原来状态而不留下任何变化，则这一过程称为可逆过程。 16．卡诺循环是由两个 定温 和两个 绝热可逆 过程所构成。 17．相对湿度越 小 ，湿空气越干燥，吸收水分的能力越 大 。（填大、小） 18．克劳修斯积分/Q T δ? 小于零 为不可逆循环。 19．熵产是由 不可逆因素 引起的。 20．双原子理想气体的定值比热容p c = 72g R 。 21．基本热力学状态参数有：（ 压力）、（温度 ）、（体积）。 22．理想气体的热力学能是温度的（单值 ）函数。 23．热力平衡的充要条件是：（系统内部及系统与外界之间各种不平衡的热力势差为零 ）。 24．不可逆绝热过程中，由于不可逆因素导致的熵增量，叫做（熵产）。 25．卡诺循环由（两个可逆定温和两个可逆绝热 ）热力学过程组成。 26．熵增原理指出了热力过程进行的（方向 ）、（限度）、（条件）。 31．当热力系与外界既没有能量交换也没有物质交换时，该热力系为_孤立系_。 32．在国际单位制中温度的单位是_开尔文_。热力学基础习题
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