第40卷 第1期 上 海 金 属 Vol.40，No.12018年1月 SHANGHAI M ETALS Jan ，201883 基金项目：国家973项目“先进金属基复合材料制备科学基础”（No.2012CB 61960） 作者简介：王菲菲，女，主要从事计算材料学研究， Email ：1281310258＠https://www.doczj.com/doc/0815549682.html, Fe-Ti-C 三元系热力学优化 王菲菲1 鲁晓刚1，2 潘 涛3 苏 航3 （1.上海大学材料科学与工程学院，上海 200444；2.上海大学材料基因组工程研究院，上海 200444； 3.钢铁研究总院工程用钢研究所，北京 100081） 【摘要】 应用CALPHAD 方法对Fe-Ti-C 三元系进行了热力学优化。基于已有的试验数据和第一性原理计算结果，如相图试验信息、热力学性质试验数据、三元系中TiC 在奥氏体中的溶解度等，优化得到的参数可较好地重现试验数据，建立了一套具有良好自洽性的热力学及扩散动力学参数。 【关键词】 Fe-Ti-C CALPHAD 第一性原理计算 热力学 相图 Thermodynamic Optimization of the Fe-Ti-C Ternary System W ang Feifei 1 Lu Xiaogang 1，2 Pan Tao 3 Su Hang 3 （1.School of M aterials Science and Engineering ，Shanghai University ，Shanghai 200444，China ；2.M aterials Genome Institute ，Shanghai University ，Shanghai 200444，China ；3.Division of Engineering Steel ，Central Iron and Steel Research Institute ，Beijing 100081，China ） 【Abstract 】 Thermodynamic assessments have been performed for the Fe-Ti-C ternary system using the CALPHAD https://www.doczj.com/doc/0815549682.html,bining the experimental data on the phase diagram ，thermodynamic property and abinitio calculated data ，a better description for this system has been obtained.The parameters of the Fe-Ti-C system obtained satisfactorily reproduced most experimental data including the solubility of TiC in austenite. 【Key Words 】 Fe-Ti-C ，CALPHAD ，ab-initio calculation ，thermodynamics ，phase diagram 近年来，异种金属连接复合板因其优异的综合性能，被广泛应用于机械、电力和化工等行业， 需求量持续增加［1］ 。其中，由于钛合金在运输、发 电和化学工业的日益广泛应用，且钛合金与碳钢及不锈钢层状金属复合材料拥有价格低廉、性能优越以及极高的性价比等优点，越来越多的学者对钛钢复合板进行了研究。 研究表明，异种金属扩散连接的工艺参数直接影响界面处的组织类型及扩散层厚度，而扩散过程是决定结合界面组织和性能的关键。如果可以建立元素扩散与界面组织之间的关系，就可以通过对原子扩散的模拟及计算预测界面组织，合理设计复合工艺。对于钛钢复合材料，其基本的 合金元素为Fe 、Ti 和C ，为了深入研究复合材料界面的组织演变规律，有必要研究不同温度及合金成分下三元系Fe-Ti-C 的相平衡及原子扩散规律。本文利用CALPHAD 方法同时结合第一性原理计算，对Fe-Ti-C 三元系进行了热力学优化，为复合材料组织的模拟预测提供理论支持，进而优化设计复合材料的成形工艺。1 理论方法及模型1.1 热力学模型 本文采用Thermo-Calc 软件进行热力学计算 与优化［2］ 。其中，纯组元的Gibbs 自由能来源于Dinsdale ［3］。 液相Liquid 用替换式溶液模型（Fe ，Ti ，C ）， 万方数据
化工热力学答案_课后总习题答案详解 第二章习题解答 一、问答题： 2-1为什么要研究流体的pVT 关系？ 【参考答案】：流体p-V-T 关系是化工热力学的基石，是化工过程开发和设计、安全操作和科学研究必不可少的基础数据。（1）流体的PVT 关系可以直接用于设计。（2）利用可测的热力学性质（T ，P ，V 等）计算不可测的热力学性质（H ，S ，G ，等）。只要有了p-V-T 关系加上理想气体的id p C ，可以解决化工热力学的大多数问题。 2-2在p -V 图上指出超临界萃取技术所处的区域，以及该区域的特征；同时指出其它重要的点、线、面以及它们的特征。 【参考答案】：1）超临界流体区的特征是：T >T c 、p >p c 。 2）临界点C 的数学特征： 3）饱和液相线是不同压力下产生第一个气泡的那个点的连线； 4）饱和汽相线是不同压力下产生第一个液滴点（或露点）那个点的连线。 5）过冷液体区的特征：给定压力下液体的温度低于该压力下的泡点温度。 6）过热蒸气区的特征：给定压力下蒸气的温度高于该压力下的露点温度。 7）汽液共存区：在此区域温度压力保持不变，只有体积在变化。 2-3 要满足什么条件，气体才能液化？ 【参考答案】：气体只有在低于T c 条件下才能被液化。 2-4 不同气体在相同温度压力下，偏离理想气体的程度是否相同？你认为哪些是决定偏离理想气体程度的最本质因素？ 【参考答案】：不同。真实气体偏离理想气体程度不仅与T 、p 有关，而且与每个气体的临界特性有 ()() () () 点在点在C V P C V P T T 00 2 2 ==?? ?
关，即最本质的因素是对比温度、对比压力以及偏心因子r T ，r P 和ω。 2-5 偏心因子的概念是什么？为什么要提出这个概念？它可以直接测量吗？ 【参考答案】：偏心因子ω为两个分子间的相互作用力偏离分子中心之间的作用力的程度。其物理意义为：一般流体与球形非极性简单流体（氩，氪、氙）在形状和极性方面的偏心度。为了提高计算复杂分子压缩因子的准确度。 偏心因子不可以直接测量。偏心因子ω的定义为：000.1)p lg(7.0T s r r --==ω ， ω由测定的对比温度为0.7时的对比饱和压力的数据计算而得，并不能直接测量。 2-6 什么是状态方程的普遍化方法？普遍化方法有哪些类型？ 【参考答案】：所谓状态方程的普遍化方法是指方程中不含有物性常数a ，b ，而是以对比参数作为独立变量；普遍化状态方程可用于任何流体、任意条件下的PVT 性质的计算。普遍化方法有两种类型：（1）以压缩因子的多项式表示的普遍化关系式 (普遍化压缩因子图法)；（2）以两项virial 方程表示的普遍化第二virial 系数关系式(普遍化virial 系数法) 2-7简述三参数对应状态原理与两参数对应状态原理的区别。 【参考答案】：三参数对应状态原理与两参数对应状态原理的区别在于为了提高对比态原理的精度，引入了第三参数如偏心因子ω。三参数对应态原理为：在相同的 r T 和r p 下，具有相同ω值的所有 流体具有相同的压缩因子Z ，因此它们偏离理想气体的程度相同，即),P ,T (f Z r r ω=。而两参数对应状态原理为：在相同对比温度r T 、对比压力 r p 下，不同气体的对比摩尔体积r V （或压缩因子z ） 是近似相等的，即(,) r r Z T P =。三参数对应状态原理比两参数对应状态原理精度高得多。 2-8总结纯气体和纯液体pVT 计算的异同。 【参考答案】： 由于范德华方程（vdW 方程）最 大突破在于能同时计算汽、液两相性质，因此，理论上讲，采用基于vdW 方程的立方型状态方程能同时将纯气体和纯液体的性质计算出来（最小值是饱和液体摩尔体积、最大值是饱和气体摩尔体积），但事实上计算的纯气体性质误差较小，而纯液体的误差较大。因此，液体的p-V-T 关系往往采用专门计算液体体积的公式计算，如修正Rackett 方程，它与立方型状态方程相比，既简单精度又高。 2-9如何理解混合规则？为什么要提出这个概念？有哪些类型的混合规则？ 【参考答案】：对于混合气体，只要把混合物看成一个虚拟的纯物质，算出虚拟的特征参数，如Tr ，
标准热力学数据（298.15K） https://www.doczj.com/doc/0815549682.html, 2005-6-7 20:58:37 来源：生命经纬 化学式（状态）H G S 氢（hydrogen） H2（g）0 0 130.57 H+（aq）0 0 0 锂（lithium） Li（s）0 0 29.12 Li+（aq）-278.49 -293.30 13.39 Li2O（s）-597.94 -561.20 37.57 LiCl（s）-408.61 -384.38 59.33 钠（sodium） Na（s）0 0 51.21 Na+（aq）-240.12 261.89 58.99 Na2O（s）-414.22 -375.47 75.06 NaOH（s）-425.61 -379.53 64.45 NaCl（s）-411.65 -384.15 72.13 钾（potassium） K（S）0 0 64.18 K+（aq）-252.38 -283.26 102.51 KOH（s）-424.76 -379.11 78.87 KCl（s）-436.75 -409.15 82.59 铍（beryllium） Be（s）0 0 9.50 BeO（s）-609.61 -580.32 14.14 镁（magnesium） Mg（s）0 0 32.68 Mg2+（aq）-466.85 -454.80 -138.07 MgO（s）-601.70 -569.44 27.91 Mg（OH）2（s）-924.54 -833.58 63.18 MgCl2（s）-641.32 -591.83 89.62 MgCO3（s）-1095.79 -1012.11 65.69 钙（calcium） Ca（s）0 0 41.42 Ca2+（aq）-542.83 -553.54 -53.14 CaO（s）-635.09 -604.04 39.75 Ca（OH）2（s）-986.09 -898.56 83.39
Thermo-Calc 概述：（原产地:瑞典）热力学计算软件的开拓者，软件开发历史比较悠久，因此软件功能比较完善和强大，所涉及的领域比较广泛，包括冶金、金属合金、陶瓷、熔岩、硬质合金、粉末冶金、无几物等等，产品主要包括TCC、TCW、DICTRA、二次开发工具和数据库。 软件功能：1、热力学——相图、热力学性能、凝固模拟、液相面、热液作用、变质、岩石形成、沉淀、风化过程的演变、腐蚀、循环、重熔、烧结、煅烧、燃烧中的物质形成、CVD 图、薄膜的形成、CVM 计算，化学有序 - 无序等等。2、动力学（DICTRA）——扩散模拟，如合金均匀化、渗碳、脱碳、渗氮、奥氏体/铁素体相变、珠光体长大、微观偏析、硬质合金的烧结等等。 数据库：TC的数据库比较多，甚至可以说杂来形容，呵呵，TC自己做的最好的数据库应该是Fe，当然现在也有像Ni等等的自己开发的数据库，但是大部分数据库都是利用第三方的，如有色金属（Al、Mg、Ti等）是英国ThermoTech的。当然TC的同盟战线非常广，所以相应可用的数据库也就非常多，包括众多无几物数据库、陶瓷数据库、硬质合金数据库、核材料数据库等等。 优势：软件功能强大、用户群较大方便交流、软件扩展性能好、灵活性强、适用范围广。 缺点：操作界面不是很友好，很难上手，动力学（扩散）数据目前不是很全，计算引擎技术滞后（主要表现在初始值方面）。 适用范围：适合于科学研究，尤其是理论研究，从行上来讲非常适合黑色金属行业，当然陶瓷、化工等行业也是首选（因为其他没有软件有这方面的数据库和功能）。
Pandat 概述：（原产地:美国，全是中国人开发，呵呵）热力学计算软件的后起者，或者说新秀吧，呵呵！主要是抓住竞争对手界面不友好和需要计算初值的弱点发展起来的，目前主要是在金属材料也就是合金行业中发展，产品包括Pandat、PanEngine和数据库。 软件功能：相图计算、热力学性能、凝固模拟、液相投影面、相图优化以及动力学二次开发（注意二次开发要在C++环境中进行）等。 数据库：Pandat的数据库主要的优势还在于有色金属方面，尤其是Mg和Al的数据应该是全球最优秀的，除此之外还有自己开发的Ti、Fe、Ni、Zr等，以及日本的Cu和Solder数据库。 优势：界面非常友好，容易上手不要很多的计算机知识，计算引擎先进（其实就是算法比较好），可二次开发。 缺点：功能不是很完善，适用面比较窄（暂时只能用于金属行业） 适用范围：适合于科学研究，工程应用，但目前只推荐用于金属行业。 另外推出了Demo版，对于二元体系是完全免费的，因此推荐大家下载使用，当然可用于发表文章。 这里可以下载： JMatPro 概述：（原产地：英国，和ThermoTech是一家，主要是做数据库的），定位非常新颖，主要
2 习题 第1章 绪言 一、是否题 1. 孤立体系的热力学能和熵都是一定值。( 错。 和 ，如一 体积等于2V 的绝热刚性容器，被一理想的隔板一分为二，左侧状态是T ，P 的理想气体，右侧是T 温度 的真空。当隔板抽去后，由于Q ＝W ＝0， ， ，，故体系将在T ，2V ，0.5P 状态下 达到平衡， ， ， ） 2. 封闭体系的体积为一常数。（错） 3. 封闭体系中有两个相 。在尚未达到平衡时，两个相都是均相敞开体系；达到平衡时，则 两个相都等价于均相封闭体系。（对） 4. 理想气体的焓和热容仅是温度的函数。（对） 5. 理想气体的熵和吉氏函数仅是温度的函数。（错。还与压力或摩尔体积有关。） 6. 要确定物质在单相区的状态需要指定两个强度性质，但是状态方程 P=P (T ，V )的自变量中只有一个强度 性质，所以，这与相律有矛盾。（错。V 也是强度性质） 7. 封闭体系的1mol 气体进行了某一过程，其体积总是变化着的，但是初态和终态的体积相等，初态和终 态的温度分别为T 1和T 2，则该过程的 ；同样，对于初、终态压力相等的过程有 。（对。状态函数的变化仅决定于初、终态与途径无关。） 8. 描述封闭体系中理想气体绝热可逆途径的方程是（其中 ），而一位学生认 为这是状态函数间的关系，与途径无关，所以不需要可逆的条件。(错。) 9. 自变量与独立变量是一致的，从属变量与函数是一致的。（错。有时可能不一致） 10. 自变量与独立变量是不可能相同的。（错。有时可以一致） 三、填空题 1. 状态函数的特点是：状态函数的变化与途径无关，仅决定于初、终态 。 2. 单相区的纯物质和定组成混合物的自由度数目分别是 2 和 2 。 3. 封闭体系中，温度是T 的1mol 理想气体从(P ，V )等温可逆地膨胀到(P ，V )，则所做的功为 i i f f (以V 表示)或 (以P 表示)。 4. 封闭体系中的1mol 理想气体(已知 )，按下列途径由T 1、P 1和V 1可逆地变化至P ，则
第二章流体的压力、体积、浓度关系：状态方程式 2-1试分别用下述方法求出400℃、4.053MPa 下甲烷气体的摩尔体积。（1）理想气体方程；（2）RK 方程；（3）PR 方程；（4）维里截断式（2-7）。其中B 用Pitzer 的普遍化关联法计算。 [解]（1）根据理想气体状态方程，可求出甲烷气体在理想情况下的摩尔体积id V 为 331 6 8.314(400273.15) 1.381104.05310 id RT V m mol p --?+= ==???（2）用RK 方程求摩尔体积 将RK 方程稍加变形，可写为 0.5() () RT a V b V b p T pV V b -= +-+（E1） 其中 2 2.5 0.427480.08664c c c c R T a p RT b p = = 从附表1查得甲烷的临界温度和压力分别为c T =190.6K,c p =4.60MPa ，将它们代入a,b 表达式得 2 2.56-20.560.427488.314190.6 3.2217m Pa mol K 4.6010a ??==????531 6 0.086648.314190.6 2.9846104.6010b m mol --??= =???以理想气体状态方程求得的id V 为初值，代入式（E1）中迭代求解，第一次迭代得到1V 值为 516 8.314673.15 2.9846104.05310 V -?= +??350.563353.2217(1.38110 2.984610) 673.15 4.05310 1.38110(1.38110 2.984610) -----??-?- ??????+?355331 1.38110 2.984610 2.1246101.389610m mol -----=?+?-?=??第二次迭代得2V 为
化工热力学复习题 一、选择题 1. T 温度下的纯物质，当压力低于该温度下的饱和蒸汽压时，则气体的状态为（ C ） A. 饱和蒸汽 超临界流体 过热蒸汽 2. 纯物质的第二virial 系数B （ A ） A 仅是T 的函数 B 是T 和P 的函数 C 是T 和V 的函数 D 是任何两强度性质的函数 3. 设Z 为x ，y 的连续函数，，根据欧拉连锁式，有（ B ） A. 1x y z Z Z x x y y ?????????=- ? ? ?????????? B. 1y x Z Z x y x y Z ?????????=- ? ? ?????????? C. 1y x Z Z x y x y Z ?????????= ? ? ?????????? D. 1y Z x Z y y x x Z ?????????=- ? ? ?????????? 4. 关于偏离函数M R ，理想性质M *，下列公式正确的是（ C ） " A. *R M M M =+ B. *2R M M M =- C. *R M M M =- D. *R M M M =+ 5. 下面的说法中不正确的是 ( B ) （A ）纯物质无偏摩尔量 。 （B ）任何偏摩尔性质都是T ，P 的函数。 （C ）偏摩尔性质是强度性质。 （D ）强度性质无偏摩尔量 。 6. 关于逸度的下列说法中不正确的是 ( D ) （A ）逸度可称为“校正压力” 。 （B ）逸度可称为“有效压力” 。 （C ）逸度表达了真实气体对理想气体的偏差 。 （D ）逸度可代替压力，使真实气体的状态方程变为fv=nRT 。 （E ）逸度就是物质从系统中逃逸趋势的量度。 7. 二元溶液，T, P 一定时,Gibbs —Duhem 方程的正确形式是 ( C ). a. X 1dlnγ1/dX 1+ X 2dlnγ2/dX 2 = 0 b. X 1dlnγ1/dX 2+ X 2 dlnγ2/dX 1 = 0 ` c. X 1dlnγ1/dX 1+ X 2dlnγ2/dX 1 = 0 d. X 1dlnγ1/dX 1– X 2 dlnγ2/dX 1 = 0 8. 关于化学势的下列说法中不正确的是( A ) A. 系统的偏摩尔量就是化学势 B. 化学势是系统的强度性质 C. 系统中的任一物质都有化学势 D. 化学势大小决定物质迁移的方向 9．关于活度和活度系数的下列说法中不正确的是 ( E ) （A ）活度是相对逸度，校正浓度,有效浓度；(B) 理想溶液活度等于其浓度。 （C ）活度系数表示实际溶液与理想溶液的偏差。（D ）任何纯物质的活度均为1。 （E ）r i 是G E /RT 的偏摩尔量。 10．等温等压下，在A 和B 组成的均相体系中，若A 的偏摩尔体积随浓度的改变而增加，则B 的偏摩尔体积将（B ） A. 增加 B. 减小 C. 不变 D. 不一定 " 11．下列各式中，化学位的定义式是 ( A ) 12．混合物中组分i 的逸度的完整定义式是（ A ）。 A. d G ___i =RTdln f ^i , 0lim →p [f ^i /(Y i P)]=1 B. d G ___i =RTdln f ^i , 0lim →p [f ^ i /P]=1 C. dG i =RTdln f ^i , 0lim →p f i =1 ； D. d G ___i =RTdln f ^i , 0lim →p f ^ i =1 j j j j n nS T i i n T P i i n nS nV i i n nS P i i n nU d n nA c n nG b n nH a ,,,,,,,,])([.])([.])([.])([.??≡??≡??≡??≡μμμμ
《化工热力学》课程模拟考试试卷 A 开课学院：化工学院，专业：材料化学工程 考试形式： ，所需时间： 分钟 考生姓名： 学号： 班级： 任课教师： 写T ，错的写F) 1．理想气体的压缩因子1Z =，但由于分子间相互作用力的存在，实际气体的压缩因子 。 (A) 小于1 (B) 大于1 (C) 可能小于1也可能大于1 (D) 说不清楚 2．甲烷c 4.599MPa p =，处在r 0.3p =时，甲烷的压力为 。 (A) 15.33MPa (B) 2.7594 MPa ； (C) 1.3797 MPa (D) 1.1746 MPa 3．关于建立状态方程的作用，以下叙述不正确的是 。 (A) 可以解决由于实验的p -V -T 数据有限无法全面了解流体p -V -T 行为的问题。 (B) 可以解决实验的p -V -T 数据精确度不高的问题。 (C) 可以从容易获得的物性数据(p 、V 、T 、x )来推算较难测定的数据(H ，U ，S ，G )。 (D) 可以解决由于p -V -T 数据离散不便于求导和积分，无法获得数据点以外的p -V -T 的 问题。 4．对于流体混合物，下面式子错误的是 。 (A) lim i i i x M M ∞→=(B)i i i H U pV =+ (C) 理想溶液的i i V V =，i i U U = (D) 理想溶液的i i S S =，i i G G = 5．剩余性质R M 的概念是表示什么差别的 。 (A) 真实溶液与理想溶液 (B) 理想气体与真实气体 (C) 浓度与活度 (D) 压力与逸度 6．纯物质在临界点处的状态，通常都是 。 (A) 气体状态 (B) 液体状态 (C) 固体状态 (D) 气液不分状态 7．关于化工热力学研究内容，下列说法中不正确的是( )。
功和热量 1-1 工质和热力系 一、工质、热机、热源与冷源 1、热机（热力发动机）：实现热能转换为机械能的设备。 如:电厂中的汽轮机、燃气轮机和内燃机、航空发动机等。 2、工质:实现热能转换为机械能的媒介物质。 对工质的要求: 1）良好的膨胀性; 2）流动性好；3）热力性质稳定,热容量大；4）安全对环境友善；5）价廉，易大量获取。如电厂中的水蒸汽；制冷中的氨气等。 问题：为什么电厂采用水蒸汽作工质？ 3、高温热源：不断向工质提供热能的物体（热源）。 如电厂中的炉膛中的高温烟气 4、低温热源：不断接收工质排放热的物体（冷源） 如凝汽器中的冷却水 二、热力系统 1、热力系统和外界概念 热力系:人为划分的热力学研究对象(简称热力系）。 外界:系统外与之相关的一切其他物质。 边界:分割系统与外界的界面。在边界上可以判断系统与外界间所传递的能量和质量的形式和数量。边界可以是实际的、假想的、固定的，或活动的。 注意:热力系的划分，完全取决于分析问题的需要及分析方法的方便。它可以是一个设备（物体），也可以是多个设备组成的系统。 如：可以取汽轮机内的空间作为一个系统，也可取整个电厂的作为系统。 2、热力系统分类 按系统与外界的能量交换情况分 1）绝热系统：与外界无热量交换。 2）孤立系统：与外界既无能量（功量、热量）交换，又无质量交换的系统。 注意：实际中，绝对的绝热系和孤立系统是不存在的，但在某些理想情况下可简化为这两种理想模型。这种科学的抽象给热力学的研究带来很大的方便。 如：在计算电厂中的汽轮机作功时，通常忽略汽缸壁的散热损失，可近似看作绝热系统。状态及基本状态参数 状态参数特点
化工热力学习题集(附标准答案)
————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期：
模拟题一 一．单项选择题（每题1分，共20分） 本大题解答（用A 或B 或C 或D ）请填入下表： 1. T 温度下的纯物质，当压力低于该温度下的饱和蒸汽压时，则气体的状态为（C ） A. 饱和蒸汽 B. 超临界流体 C. 过热蒸汽 2. T 温度下的过冷纯液体的压力P （ A ） A. >()T P s B. <()T P s C. =()T P s 3. T 温度下的过热纯蒸汽的压力P （ B ） A. >()T P s B. <()T P s C. =()T P s 4. 纯物质的第二virial 系数B （ A ） A 仅是T 的函数 B 是T 和P 的函数 C 是T 和V 的函数 D 是任何两强度性质的函数 5. 能表达流体在临界点的P-V 等温线的正确趋势的virial 方程，必须至少用到（ ） A. 第三virial 系数 B. 第二virial 系数 C. 无穷项 D. 只需要理想气体方程 6. 液化石油气的主要成分是（ A ） A. 丙烷、丁烷和少量的戊烷 B. 甲烷、乙烷 C. 正己烷 7. 立方型状态方程计算V 时如果出现三个根，则最大的根表示（ B ） A. 饱和液摩尔体积 B. 饱和汽摩尔体积 C. 无物理意义 8. 偏心因子的定义式（ A ） A. 0.7lg()1 s r Tr P ω==-- B. 0.8lg()1 s r Tr P ω==-- C. 1.0lg()s r Tr P ω==- 9. 设Z 为x ，y 的连续函数，，根据欧拉连锁式，有（ B ） A. 1x y z Z Z x x y y ???? ?????=- ? ? ?????????? B. 1y x Z Z x y x y Z ????????? =- ? ? ?????????? C. 1y x Z Z x y x y Z ????????? = ? ? ?????????? D. 1y Z x Z y y x x Z ????????? =- ? ? ?????????? 10. 关于偏离函数M R ，理想性质M *，下列公式正确的是（ C ） A. *R M M M =+ B. *2R M M M =- C. *R M M M =- D. *R M M M =+ 11. 下面的说法中不正确的是 ( B ) （A ）纯物质无偏摩尔量 。 （B ）任何偏摩尔性质都是T ，P 的函数。 （C ）偏摩尔性质是强度性质。（D ）强度性质无偏摩尔量 。 12. 关于逸度的下列说法中不正确的是 ( D ) （A ）逸度可称为“校正压力” 。 （B ）逸度可称为“有效压力” 。 （C ）逸度表达了真实气体对理想气体的偏差 。 （D ）逸度可代替压力，使真实气体 的状态方程变为fv=nRT 。 （E ）逸度就是物质从系统中逃逸趋势的量度。 题号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 答案 题号 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 答案
化工热力学课后答案(填空、判断、画图) 第1章 绪言 一、是否题 1. 封闭体系的体积为一常数。（错） 2. 封闭体系中有两个相βα,。在尚未达到平衡时，βα,两个相都是均相敞开体系； 达到平衡时，则βα,两个相都等价于均相封闭体系。（对） 3. 理想气体的焓和热容仅是温度的函数。（对） 4. 理想气体的熵和吉氏函数仅是温度的函数。（错。还与压力或摩尔体积有关。） 5. 封闭体系的1mol 气体进行了某一过程，其体积总是变化着的，但是初态和终态的体积 相等，初态和终态的温度分别为T 1和T 2，则该过程的? =2 1 T T V dT C U ?；同样，对于初、 终态压力相等的过程有? =2 1 T T P dT C H ?。（对。状态函数的变化仅决定于初、终态与途径 无关。） 二、填空题 1. 状态函数的特点是：状态函数的变化与途径无关，仅决定于初、终态 。 2. 封闭体系中，温度是T 的1mol 理想气体从(P i ，V i )等温可逆地膨胀到(P f ，V f )，则所做的 功为() f i rev V V RT W ln =(以V 表示)或() i f rev P P RT W ln = (以P 表示)。 3. 封闭体系中的1mol 理想气体(已知ig P C )，按下列途径由T 1、P 1和V 1可逆地变化至P 2，则 A 等容过程的 W = 0 ，Q =()1121T P P R C ig P ???? ??--，?U =() 1121T P P R C ig P ???? ??--，?H = 112 1T P P C ig P ??? ? ??-。 B 等温过程的 W =21ln P P RT -，Q =2 1ln P P RT ，?U = 0 ，?H = 0 。 第2章Ｐ－Ｖ－Ｔ关系和状态方程 一、是否题 1. 纯物质由蒸汽变成液体，必须经过冷凝的相变化过程。（错。可以通过超临界流体区。） 2. 当压力大于临界压力时，纯物质就以液态存在。（错。若温度也大于临界温度时，则是 超临界流体。）
化工热力学课后答案 第1章 绪言 一、是否题 1. 封闭体系的体积为一常数。（错） 2. 封闭体系中有两个相βα, 。在尚未达到平衡时，βα,两个相都是均相敞开体系； 达到平衡时，则βα,两个相都等价于均相封闭体系。（对） 3. 理想气体的焓和热容仅是温度的函数。（对） 4. 理想气体的熵和吉氏函数仅是温度的函数。（错。还与压力或摩尔体积有关。） 5. 封闭体系的1mol 气体进行了某一过程，其体积总是变化着的，但是初态和终态的体积相 等，初态和终态的温度分别为T 1和T 2，则该过程的? =2 1 T T V dT C U ?；同样，对于初、终态 压力相等的过程有? =2 1 T T P dT C H ?。（对。状态函数的变化仅决定于初、终态与途径无关。） 二、填空题 1. 状态函数的特点是：状态函数的变化与途径无关，仅决定于初、终态 。 2. 封闭体系中，温度是T 的1mol 理想气体从(P i ，V i )等温可逆地膨胀到(P f ，V f )，则所做的 功为() f i rev V V RT W ln =(以V 表示)或() i f rev P P RT W ln = (以P 表示)。 3. 封闭体系中的1mol 理想气体(已知ig P C )，按下列途径由T 1、P 1和V 1可逆地变化至P 2，则 A 等容过程的 W = 0 ，Q =() 1121T P P R C ig P ??? ? ??--， U =( )11 2 1T P P R C ig P ??? ? ? ?--，H = 112 1T P P C ig P ??? ? ??-。 B 等温过程的 W =21ln P P RT -，Q =2 1ln P P RT ，U = 0 ，H = 0 。 C 绝热过程的 W =( ) ???? ????? ? -???? ??--112 11ig P C R ig P P P R V P R C ，Q = 0 ，U = ( ) ??????????-???? ??-11211ig P C R ig P P P R V P R C ，H =1121T P P C ig P C R ig P ??????????-???? ??。
热力学基本状态参数 功和热量 1-1 工质和热力系 一、工质、热机、热源与冷源 1、热机（热力发动机）：实现热能转换为机械能的设备。 如:电厂中的汽轮机、燃气轮机和内燃机、航空发动机等。 2、工质:实现热能转换为机械能的媒介物质。 对工质的要求: 1）良好的膨胀性; 2）流动性好；3）热力性质稳定,热容量大；4）安全对环境友善；5）价廉，易大量获取。如电厂中的水蒸汽；制冷中的氨气等。 问题：为什么电厂采用水蒸汽作工质？ 3、高温热源：不断向工质提供热能的物体（热源）。 如电厂中的炉膛中的高温烟气 4、低温热源：不断接收工质排放热的物体（冷源） 如凝汽器中的冷却水 二、热力系统 1、热力系统和外界概念 热力系:人为划分的热力学研究对象(简称热力系）。 外界:系统外与之相关的一切其他物质。 边界:分割系统与外界的界面。在边界上可以判断系统与外界间所传递的能量和质量的形式和数量。边界可以是实际的、假想的、固定的，或活动的。 注意:热力系的划分，完全取决于分析问题的需要及分析方法的方便。它可以是一个设备（物体），也可以是多个设备组成的系统。 如：可以取汽轮机内的空间作为一个系统，也可取整个电厂的作为系统。 2、热力系统分类 按系统与外界的能量交换情况分 1）绝热系统：与外界无热量交换。 2）孤立系统：与外界既无能量（功量、热量）交换，又无质量交换的系统。 注意：实际中，绝对的绝热系和孤立系统是不存在的，但在某些理想情况下可简化为这两种理想模型。这种科学的抽象给热力学的研究带来很大的方便。 如：在计算电厂中的汽轮机作功时，通常忽略汽缸壁的散热损失，可近似看作绝热系统。状态及基本状态参数 状态参数特点 u状态参数仅决定于状态，即对应某确定的状态，就有一组状态参数。反之，一组确定的
热力学参数优化评估的标准规程 The standard regulations for the assessment of thermodynamic parameters （讨论稿） 2011年10月11日
前言 本规程主要针对Thermo-Calc热力学计算软件的使用群体。 本规程阐述了对相图及热力学数据的搜集、常用热力学模型的选取、热力学参数的优化和数据库的建立。 本规程的起草单位：北京科技大学材料科学与工程学院材料相平衡与新材料设计梯队。 本规程的主要起草人：王金三博士，李长荣教授。
热力学参数优化评估的标准规程 1 范围 本规程中数据库文件的格式是以Thermo-Calc热力学计算软件中的数据库标准格式为准。 本规程采用了CALPHAD（CALculation of PHAse Diagram）技术。 2 术语和定义 2.1 相图计算技术Calculation of phase diagram，简写为CALPHAD 在热力学理论和热力学数据库支持下，进行相图计算的技术。 2.2 热力学计算软件Thermo-Calc software，简称TC 一款以CALPHAD技术为核心，能够实现热力学优化计算的软件。 2.3 热力学数据库文件Thermo-Calc Database，简写为TDB 以Thermo-Calc软件规定格式书写的数据库文件。 2.4 欧洲热力学数据科学组织The Scientific Group Thermodata Europe，简称SGTE 在欧洲成立的一个专门发展无机和冶金体系热力学数据库的科学组织。 3 概述 相图的热力学参数的优化过程是利用目标体系已有的相图和热化学实验信息，建立描述该体系中各相吉布斯自由能与温度、压力、成分等变量之间关系的热力学模型、确定模型参数的过程。目前，热力学参数的优化一般借助专业的热力学计算软件来完成，本文是以国际上较为流行的Thermo-Calc软件为标准。
第二章 流体的压力、体积、浓度关系：状态方程式 2-1 试分别用下述方法求出400℃、4.053MPa 下甲烷气体的摩尔体积。（1） 理想气体方程；（2） RK 方程；（3）PR 方程；（4） 维里截断式（2-7）。其中B 用Pitzer 的普遍化关联法计算。 [解] （1） 根据理想气体状态方程，可求出甲烷气体在理想情况下的摩尔体积id V 为 （2） 用RK 方程求摩尔体积 将RK 方程稍加变形，可写为 0.5() () RT a V b V b p T pV V b -= +-+ （E1） 其中 从附表1查得甲烷的临界温度和压力分别为c T =190.6K, c p =4.60MPa ，将它们代入a, b 表达式得 以理想气体状态方程求得的id V 为初值，代入式（E1）中迭代求解，第一次迭代得到1V 值为 第二次迭代得2V 为 353 5 20.56335355331 3.2217(1.389610 2.984610) 1.38110 2.98461067 3.15 4.05310 1.389610(1.389610 2.984610) 1.38110 2.984610 2.1120101.389710V m mol ------------??-?=?+?- ??????+?=?+?-?=??1V 和2V 已经相差很小，可终止迭代。故用RK 方程求得的摩尔体积近似为 （3）用PR 方程求摩尔体积 将PR 方程稍加变形，可写为
() ()() RT a V b V b p pV V b pb V b -= +-++- （E2） 式中 22 0.45724c c R T a p α= 从附表1查得甲烷的ω=0.008。 将c T 与ω代入上式 用c p 、c T 和α求a 和b ， 以RK 方程求得的V 值代入式（E2），同时将a 和b 的值也代入该式的右边，藉此求式（E2）左边的V 值，得 56 3563355353558.314673.15 2.68012104.05310 0.10864(1.39010 2.6801210) 4.05310[1.39010(1.39010 2.6801210) 2.6801210(1.39010 2.6801210)] 1.38110 2.6801210 1.8217101.3896V ------------?= +?-???-??????+?+???-?=?+?-?=331 10m mol --?? 再按上法迭代一次，V 值仍为3311.389610m mol --??，故最后求得甲烷的摩尔体积近似为3311.39010m mol --??。 （4）维里截断式求摩尔体积 根据维里截断式（2-7） 11()c r c r Bp p Bp Z RT RT T =+ =+ （E3） 01c c Bp B B RT ω=+ （E4） 0 1.60.0830.422/r B T =- （E5） 1 4.20.1390.172/r B T =- （E6） 其中 已知甲烷的偏心因子ω=0.008，故由式（E4）~（E6）可计算得到
习题 第1章 绪言 一、是否题 1. 孤立体系的热力学能和熵都是一定值。 2. 封闭体系的体积为一常数。 3. 封闭体系中有两个相βα,。在尚未达到平衡时，βα,两个相都是均相敞开体系；达到平衡时，则βα,两个相都等价于均相封闭体系。 4. 理想气体的焓和热容仅是温度的函数。 5. 理想气体的熵和吉氏函数仅是温度的函数。 6. 要确定物质在单相区的状态需要指定两个强度性质，但是状态方程 P=P (T ，V )的自变量中只有一个强度性质，所以，这与相律有矛盾。 7. 封闭体系的1mol 气体进行了某一过程，其体积总是变化着的，但是初态和终态的体积 相等，初态和终态的温度分别为T 1和T 2，则该过程的? =2 1 T T V dT C U ?；同样，对于初、 终态压力相等的过程有? =21T T P dT C H ?。 8. 描述封闭体系中理想气体绝热可逆途径的方程是γγ)1(1212-???? ??=P P T T （其中ig V ig P C C =γ）， 而一位学生认为这是状态函数间的关系，与途径无关，所以不需要可逆的条件。 9. 自变量与独立变量是一致的，从属变量与函数是一致的。 10. 自变量与独立变量是不可能相同的。 三、填空题 1. 状态函数的特点是：___________________________________________。 2. 单相区的纯物质和定组成混合物的自由度数目分别是_____和 ____。 3. 封闭体系中，温度是T 的1mol 理想气体从(P i ，V i )等温可逆地膨胀到(P f ，V f )，则所做的功为____________________ (以V 表示)或____________________ (以P 表示)。 4. 封闭体系中的1mol 理想气体(已知ig P C )，按下列途径由T 1、P 1和V 1可逆地变化至P 2，则 A 等容过程的 W = ________，Q =_________________，?U =____________________，
Proc。全国。Acad。Sci。美国 卷. 78，第 4 页。1986-1988，1981年4月 应用的物理学 有限时间热力学： 优化活塞行动改进的发动机性能 (奥托循环或优化热引擎或最优控制) MICHAEL MOZURKEWICH和R. S. BERRY 化学系和詹姆斯法朗克研究所， 芝加哥大学，芝加哥，伊利诺伊州60637 由R.斯蒂芬莓果贡献，1980年12月29日 摘要利用有限时间热力学方法发现奥托循环的优先时间路径及摩擦和热渗漏。最优性由工作的最大化定义每个周期; 系统被控制在一个固定的内，因此便能获得最大动力。结果是每一个常规近正弦的发动机改善了大约10%的效率(第二定律效率)。 有限时间热力学是引伸常规热力学相关原则上横跨主题的整个间距，从最抽象的水平到广泛的应用。方法是根据广义热力学潜力的创立(1)为包含时间或对在限制之中的条件估计在系统之内(2)和在产生对应于那些广义潜力的极值的最佳路径的计算。 迄今为止，有限时间热力学的工作集中于较为理想化的模型(2-7)和存在性定理(2)，且全部集中在抽象方面。这项工作是希望作为一个步骤连接在实用的有限时间热力学方面涌现了的抽象热力学概念，工程学方面的课题，一台实用机器的设计的原则。 在这个报告中，我们用接近理想的奥多周期来研究内燃机模型，但由于频率限制使得在实际的发动机中是以二主要损失的形式存在。我们通过“控制”时间改善活塞运动来优化发动机的性能。结果，没有进行一项详细的工程学研究，我们能够通过受活塞的时间路径的影响和优化活塞行动获得效率的改善的估计来了解是怎么损失的。
模型 我们的模型是基于标准的四冲程奥托循环。这包括进气冲程、压缩冲程、作功冲程和排气冲程。我们在这里简要地描述这个模型和发现优化活塞行动的使用方法及基本特点。在别处将给一个详细的介绍。 我们假设，压缩比、空燃比、燃油消耗率和时间全部是固定的。这些制约因素有两个目的。首先，他们利用减少优化问题来找到活塞运动。并且，他们保证在这分析没考虑的性能准则与那些是为一个实用的发动机做比较的。放松这些限制中的任一个可能进一步改善性能。 我们采取的损失是热渗漏和摩擦。这两个是依靠效率来影响系统的时间反应。热 泄漏假设是圆筒的瞬间表面和与在工作流体和墙壁之间的温差比例(即，牛顿热耗)。 由于这个温度区别最大是在作功冲程，热渗漏是只包含在这个冲程中。摩擦力与活塞 速度成正比，对应于润滑良好的金属表面；因此，摩擦损失也直接与速度正方形有关。这些损失在所有冲程中是不同样的。高压在作功冲程使它的摩擦系数高于在其他冲程。进气冲程得益于。 我们优选的作用是确定每循环的最大功率。由于燃料消费和周期是固定的，这也与最大化效率和平均功率是等效的。 在寻找优选的活塞行程时，我们首先分离了有能量和无能量的冲程。非特指，但确定的时间t是指作功冲程中无能量冲程剩下的时间。循环的两个部分优选以一个限制时间和然后结合找到每循环的总工作量。时间t的作功冲程后来变化了，并且这个过程会被重覆，直到净工作量达到最大值。 采取一个简单形式来描述无能量冲程的最佳活塞运动。在每个冲程的大多数时间，由于摩擦损失与速度的二次方成比例，最宜的运动依赖于速度常数。在冲程的末期，活塞以允许的最大效率加速并且减速。由于摩擦损失在进气冲程较高，与其他两个相比，这个最佳的解决办法是把更多的时间分配到这个冲程。活塞速度与作用时间的关系显示在图1中。 由于热泄漏的出现，作功冲程更难优选。问题是通过使用最优控制理论的变化技术解决的(8)。利用实际情况的非线性的微分方程产生活塞的运动方程式。这些都是实际数值。整个循环运动的结果显示在图1上。