4－16 1mol理想气体，400K下在气缸内进行恒温不可逆压缩，由0.1013MPa压缩到1.013MPa。压缩过程中，由气体移出的热量，流到一个300K的蓄热器中，实际需要的功较同样情况下的可逆功大20％。试计算气体的熵变，蓄热器的熵变以及?Sg。 解：稳态流动过程能量衡算方程?H?Ws?Q 理想气体：dS?CpRdT?dp Tp1.013 ?S?0.1013??R1.013dp??8.314ln??19.1437J?mol?1?K?1 p0.1013理想气体的焓只是温度的函数，所以：?H?0
对于可逆过程：QR?T?S??19.14?400??7656J?mol?1 理想气体恒温压缩下：?H?Ws?QR
Ws??QR?7656J?mol?1
对于不可逆过程：Ws?WR(1?20%)?1.2?7656?9187.2J?mol?1
Q??Ws??9187.2J?mol?1
对于蓄热器可视为环境，对于环境交换的热量可视为可逆热，所以对蓄热器：
?S蓄?Q环T环?9187.2?30.62J?mol?1?K?1 300?1?1总焓变：?Sg??Ss??S??19.14?30.62?11.48J?mol?K
4－20 一发明者称他设计了一台热机，热机消耗热值为42000kJ·kg-1的油料0.5kg·min-1,其产生的输出功率为170kW，规定这热机的高温与低温分别为670K与330K，试判断此设计是否合理？
解：可逆热机效率最大，可逆热机效率：?max?1?T2330?1??0.507 T1670?1热机吸收的热量：Q?42000?0.5?21000kJ?min
热机所做功为：W??170(kJ/s)?60(s/min)??102000kJ?min 该热机效率为：???1?W10200??0.486 Q21000该热机效率小于可逆热机效率，所以有一定合理性。
1
4－35 某换热器完全保温，热流体的流量为0.042kg·s-1，进、出口换热器时的温度分别为150℃和35℃，其等压热容为4.36kJ·kg-1·K-1。冷流体进出换热器时的温度分别为25℃和110℃，其等压热容为4.69kJ·kg-1·K-1。试计算冷热流体有效能的变化、损失功和有效能效率。 解：
（方法一）利用热量有效能计算
等压过程，交换的热量等于过程的焓变 对于热流体：
Qh?m?CpdT?mCp(T2?T1)?0.042?4.36?(35?150)??21.0588kJ?s?1
设环境温度T0?298.15K，热流体的有效能Bh计算 热流体平均温度：Tm1?T2?T135?150??362.6K T2308lnln423T1?T0??298.15??1??Bh?Qh?1???21.05881???3.72kJ?s ???T?362.6??m1??忽略热损失，热流体放热等于冷流体得到的热量Qc??Qh 同理对冷流体Tm2?338.9K，?Bc?2.5kJ?s?1 对冷热流体组成的体系进行有效能恒算
D?3.72?2.5?1.22kJ?s?1
有效能效率：??1?'D1.22?1??67.2% Bh3.72（方法二）利用稳态流动体系有效能计算方程计算
等压过程，交换的热量等于过程的焓变 对于热流体：
Qh??H?m?CpdT?mCp(T2?T1)?0.042?4.36?(35?150)??21.0588kJ?s?1
T2?S?T1?CpTdT?mCplnT2308?0.042?436ln??0.05099kJ?K?1?s?1 T1432???3.75kJ?s?1 ?Bh?Wid??H?T0?S??21.0588?298???0.058099同理冷流体有效能变化：
设冷流体的流量为qm2，进出口温度分别为t1和t2 保温完全，无热损失：Qc??Qh
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qm1Cp1(T1?T2)?qm2Cp2(t2?t1) qm2?qm1Cp1(T1?T2)Cp2(t2?t1)?0.042?4.36?(150?30)?0.0528kg?s?1
4.69?(110?25)同理可得：?H2?qm2Cp2(t2?t1)?0.0528?4.69?(110?25)?21.0446kJ?s?1 ?S2?0.062141kJ?s?1
?Bc?Wid??H2?T0?S2?2.53kJ?s?1
损失功：WL?T0?St?T0(?S1??S2)?298(?0.058099?0.062141)?1.21kJ?s?1 有效能效率：?'?
??B(获得）＝?B??B（失去）?Bch?2.53?67.47% 3.75 3
第四章 习题(化工过程的能量分析)
