Fe-P体系热力学再优化
Fe-P 体系热力学再优化
曹战民*
王昆鹏
乔芝郁
杜广巍
(北京科技大学,钢铁冶金新技术国家重点实验室,冶金与生态工程学院,北京100083)
摘要:
基于最新的实验热力学数据和相图数据,采用CALPHAD 技术对Fe-P 体系进行热力学再优化.其中,
溶液相(液相、α-Fe 和γ-Fe)的Gibbs 自由能用替换溶液模型描述,其余化合物(Fe 3P 、Fe 2P 、FeP 、FeP 2和FeP 4)看作严格计量比化合物.整个优化过程在Thermo-Calc ?软件包中完成,优化所得热力学数据和相图信息与实验信息吻合较好,为Fe 基合金和含P 多元合金体系的进一步优化提供了一组自洽可靠的热力学参数.关键词:
Fe-P 体系;CALPHAD 技术;相图;热力学优化
中图分类号:
O642
Thermodynamic Reoptimization of the Fe-P System
CAO Zhan-Min *
WANG Kun-Peng
QIAO Zhi-Yu
DU Guang-Wei
(State Key Laboratory of Advanced Metallurgy,School of Metallurgical and Ecological Engineering,
University of Science &Technology Beijing,Beijing 100083,P .R.China )
Abstract:The Fe-P binary system was reoptimized by means of the CALPHAD approach.The Gibbs energy descriptions of every phase in the Fe-P binary system were optimized based on the latest experimental thermodynamic and phase diagram data.The solution phase (liquid,α-Fe,and γ-Fe)was described by the substitutional solution approximation and the other phases (Fe 3P,Fe 2P,FeP,FeP 2,and FeP 4)were treated as the stoichiometric compounds.The optimization was carried out using the Thermo-Calc ?software package.The agreement of the optimized phase diagram and thermodynamic data with experimental results is good,and a self-consistent and reliable thermodynamic dataset is obtained to allow further optimization of Fe-based,P-containing multicomponent alloy systems.Key Words:Fe-P system;CALPHAD approach;
Phase diagram;Thermodynamic optimization
[Article]
https://www.wendangku.net/doc/b914721638.html,
物理化学学报(Wuli Huaxue Xuebao )
Acta Phys.?Chim.Sin .2012,28(1),37-43January Received:October 8,2011;Revised:November 14,2011;Published on Web:November 17,2011.?
Corresponding author.Email:zmcao@https://www.wendangku.net/doc/b914721638.html,;Tel:+86-136********.
The project was supported by the National Natural Science Foundation of China (50934011).国家自然科学基金(50934011)资助项目
?Editorial office of Acta Physico ?Chimica Sinica
doi:10.3866/PKU.WHXB201111172
1Introduction
Fe-P is a fundamental binary system of the Fe-based and P-containing multicomponent alloys,which are of great impor-tance for the advanced metallurgy and materials,such as stain-less steel,ultra-pure steel refining,and materials design and processing.From thermodynamic point of view,the best opti-mized parameters of the Fe-P binary system are a quite impor-tant basis for thermodynamic optimization of the Fe-based and P-containing multicomponent systems.Also,thermodynamic data of the Fe-P system with strong interactions advance a bet-ter understanding of the nature of chemical bonding and inter-
action mechanism.As pointed out by Okamoto 1in a critical as-sessment of the Fe-P system,the assessed Fe-P phase diagram was accepted primarily from Kubaschewski 2in 1982.Recently,Ohtani et al .3in 2006and Tokunaga et al .4in 2009evaluated thermodynamic parameters and calculated phase diagram of the Fe-P system in the thermodynamic analysis of the Fe-Ti-P and Fe-Nb-P systems,respectively.But,in both evaluations the valuable thermodynamic properties in the Fe-P system mea-sured by Zaitsev et al .5using differential scanning calorimetry and Knudsen effusion method with mass-spectrometric analy-sis of the gaseous phase were omitted.In order to obtain a set
37
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of self-consistent and reliable thermodynamic description for this binary system,it is necessary to reoptimize the Fe-P sys-tem with all available thermodynamic and phase equilibria da-ta using CALPHAD approach6,7and Thermo-Calc?software package.8
2Experimental phase diagram data
Due to the practical and theoretical importance many au-thors investigated the phase equilibria of the Fe-P system. Saklatwalla9firstly published the phase relationship of the Fe-P(0%-24%P,mass fraction)system.Then,Konstantinow10 and Haughton11measured the phase diagram of the Fe-P sys-tem up to24%P and32%P,respectively,and showed the exis-tence of liquid(L)phase andα-Fe,γ-Fe,Fe3P,Fe2P,FeP phas-es.The solubility of P inγ-Fe was measured by several investi-gators,including V ogel12and Roquet et al.13using metallogra-phy as well as Lorenz14and Fisher15et https://www.wendangku.net/doc/b914721638.html,ing magnetic mea-surements,respectively.The assessed maximum solubility of P inγ-Fe is ca0.56%at1423K.2,12The liquidus and solidus of α-Fe were measured by many researchers.9,11,16-19The quantita-tive values of solid solubility of P inα-Fe were obtained by us-ing metallography,11,12,17,20X-ray analysis,21,22precipitation hard-ening,23lattice parameter measurements,24electron probe analy-sis,25microprobe and micro-hardness tests,26and X-ray micro-analyzer.27The experimental results obtained from different in-vestigators established that three invariant reactions exist in the Fe-P system,i.e.,L?α-Fe+Fe3P,L+Fe2P?Fe3P,and L?F e2P+ FeP.But,as shown in Table1there are small differences for the temperature and composition of the invariant points.Franke et al.,28Meisel,29and Heimbrecht et al.30revealed the existence of FeP2by use of density and X-ray diffraction measurements. Holseth et al.31measured the maximum homogeneity range of FeP2from65.6%P to66.9%P and from66.2%P to67.1%P, respectively.Jeitschko et al.32synthesized monoclinic FeP4 from the elements at927to627°C using iodine as a catalyst and tin as a flux.Up to now,no experimental information about the phase relationship of the Fe-P(0%to100%P)sys-tem was reported.
3Experimental thermodynamic property data
Weibke et al.33experimentally measured the formation en-thalpies(Δf H)of Fe3P and Fe2P at908K by using an adiabatic calorimeter as well as Lewis et al.34calculated formation en-thalpies of Fe2P,FeP,FeP2at900K from their temperature de-pendences of the dissociation pressures measured by Knudsen effusion method.Based on the available thermodynamic and phase equilibria data,Spencer et al.35evaluated the thermody-namic properties of Fe3P,Fe2P,FeP,and FeP2,including heat ca-pacity(C p),mixing enthalpy(Δmix H),formation entropy(Δf S), formation enthalpy(Δf H),and Gibbs energy of formation (Δf G).As mentioned,Zaitsev et al.5measured the heat capaci-ties of iron phosphides Fe3P,Fe2P,and FeP in the temperature range of113-873K and investigated the thermodynamic prop-erties of iron phosphides(1041-1549K),bcc solid solution Fe-P(1384-1619K),and Fe-P liquid alloys(1349-1811K) by means of Knudsen effusion method with mass-spectromet-ric analysis of the gaseous phase.Then,based on the experi-mentally measured results and the second and third thermody-namic laws,Δf G-T relationships of the Fe3P,Fe2P,and FeP at 1230-1530K,Δf H,Δf S,and S (absolute entropy)at298K,as well as activities of P in liquid phase and inα-Fe were deter-mined.Little experimental thermodynamic data of FeP2and FeP4and phase relation information concerning the Fe-P (50%-100%)system existed in literature due to high volatility of phosphorus at elevated temperature.Therefore,the calculat-ed formation enthalpies of FeP2and FeP4in the Fe-P system at 298K by first-principles method3were used as initial values in the present optimization.All thermodynamic data used in the present optimization are summarized in Table2.
4Thermodynamic models and optimization 4.1Reference states
As reference states for the investigated system,the pure sol-id elements in their stable states at298.15K and105Pa(stable element reference,SER)were chosen.The Gibbs energy of the element i withΦphase appears in the following form:
0GΦ
i
()T=GΦ
i
(T)-H SER
i
(298.15K)
=a+bT+cT2+dT3+eT-1+fT ln T+gT-9(1)
where H SER
i
is the enthalpy of the element i in its SER state at 298.15K and105Pa;T is the absolute temperature in K;GΦi(T) is the Gibbs energy of the element i;0GΦi(T)is the molar Gibbs energy of the element i with the structure ofΦreferred to the enthalpy of its stable state at298.15K and105Pa,which is de-noted by GHSER i when the element i is in its stable state.Dif-ferent sets of coefficients a to g used in different temperature ranges in Eq.(1)and compiled by the SGTE(Scientific Group Thermodata Europe)database36were chosen.The used lattice stability parameters for Fe and P are summarized in Table3. 4.2Stoichiometric intermetallic compounds
In the Fe-P system intermetallic compounds Fe3P,FeP,and FeP4belong to the stoichiometric phases.Even small solubility of P in Fe2P and FeP2was reported,31,37Fe2P and FeP2were also approximately treated as intermetallic compounds.The Gibbs energy per mole Fe3P,Fe2P,and FeP is given as:
0GΦ
m
(T)=a+bT+∫298.15K
T
C p d T-T∫298.15K
T C p d T(2) where C p is isobaric molar heat capacity,the coefficients of a and b will be optimized usingΔf H 298.15K,S 298.15K as initial values. The measured values of C p reported by Zaitsev et al.5were also used in the present optimization.
The Gibbs energy per mole FeP2and FeP4can be expressed as follows:
0G Fe m P n
m
(T)=m GHSERFe+n GHSERP+Δf G Fe m P n(3)
where0G Fe m P n
m
(T)denotes the standard Gibbs energy of forma-
38
CAO Zhan-Min et al.:Thermodynamic Reoptimization of the Fe-P System No.1
tion per mole formula of Fe m P n.Due to the lack of experimen-tal data of heat capacities,by applying to the Neumann-Kopp rule,Δf G Fe m P n can be given as follows:
Δf G Fe m P n=a+bT(4) where the parameters a and b were to be evaluated in the pres-ent work.
4.3Solution phases
There are three solution phases in the Fe-P system,i.e.,liq-uid phase,bcc(α-Fe),and fcc(γ-Fe).The Gibbs energy of the solution phase in the Fe-P system is described as follows:
0GΦ
m
=x Fe0GΦFe(T)+x P0GΦP(T)+RT(x Fe ln x Fe+x P ln x P)+E GΦm(5) where E GΦm is excess molar Gibbs energy,which can be ex-pressed by Redlich-Kister polynomial38as,
E G
m
=x Fe x Pé
?
ù
?
L0+()
x Fe-x P L1+()
x Fe-x P2L P(6) where L i(i=0,1,2,…)are the i-order interaction parameters of liquid phase in the Fe-P system and are expressed as tempera-ture dependent terms as follows:
39
40
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c N
CAO Zhan-Min et al.:Thermodynamic Reoptimization of the Fe-P System No.1
L i=a i+b i T+c i T ln T(7)
where a i,b i,and c i are model parameters to be optimized based
on the experimental data in this study.
5Optimization procedure and results
Based on the lattice stability parameters of Fe and P in Table
3cited from references36as well as the experimental phase dia-
gram and thermodynamic property data summarized in Ta-
bles1and2,all the values of the model parameters for the
phases in this system were optimized by use of the PARROT
module,which works by minimizing the square sum of the dif-
ferences between the experimental data and calculated values, in the Thermo-Calc?software package developed by Sundman et al.8In the optimization procedure,each selected experimen-tal value has been given a weight according to the reliability and compatibility of the experimental data.The weight can be changed to achieve a satisfactory description of most of the ex-perimental data.The optimized thermodynamic parameters for all condensed phases in the Fe-P system are summarized in Table4.The calculated temperatures and compositions of all invariant reactions in this system are compared with the experi-mental data in Table1.
As shown in Fig.1and Table1,Schürmann?s experimental result19of the reaction L?α-Fe+Fe3P are lower than others?. Haughton11pointed that in the low-phosphorous alloys un-der-cooling of the eutectic was very marked,and this may ac-count for the extraordinary shape given to the eutectic line by Schurmann.19Therefore,the calculated liquidus and solidus as well as temperatures and compositions of all invariant reac-tions in the Fe-P(0%-50%P)system agree well with the ex-perimental data,especially reported in some references11,18,26,27
Table4Optimized thermodynamic parameters of the Fe-P system
temperatures in K,and L is dimensionless parameter.
1Fe-P phase diagram calculated by the present thermodynamic description with the experimental data Fig.2Calculated standard formation enthalpy at298K(a) and900K(b)in the Fe-P system and comparison with
the literature data
3Calculated mixing enthalpy of liquid at1809K in the Fe-P system with the literature data
41
Acta Phys.?Chim.Sin .2012
V ol.28
and the previous results assessed by Okamoto 1and Ohtani et al .3As the part of Fe-P (50%-100%P),there is no experimen-tal information compared with calculated phase diagram.But,if compared the present calculated phase diagram with the pre-vious assessed one,3the former is a little more reasonable than the latter.
Fig.2compares the calculated values of formation enthalpies of the Fe-P system at 298and 900K in this study with the liter-ature data.Obviously,the present calculated values are in good agreement with measured 5and evaluated 35data at 298K as well as with measured data at 900K.33,34However,the values evaluated by Ohtani et al .3and Tokunaga et al .4and predicted using first-principles calculations 3are more negative than the experimental measured data.5
Fig.3presents the calculated Δmix H of liquid Fe-P system at 1809K compared with the experimental data.3,4,35It is clear that the present calculated values agree well with evaluated data by Spencer et al .35
It can be seen from Fig.4and Fig.5that agreement between present calculated heat capacities and absolute entropies of Fe 3P,Fe 2P,and FeP with measured data 5is better than the one between previous evaluated data 3,4with measured data.5
6Conclusions
Based on all available experimentally measured thermody-
namic properties and phase diagram data,the Fe-P system,which is a significant binary one of the Fe-based and P-contain-ing multicomponent alloys,was reoptimized by CALPHAD ap-proach and Thermo-Calc ?software package.The agreement between the optimized Fe-P (0%-50%P)phase diagram and experimentally measured data is good enough.The calculated Fe-P (50%-100%P)phase diagram is a little more reasonable than previously assessed one.The comparison of calculated for-mation entropies of the Fe-P system at 298and 900K,calculat-ed mixing entropies of the Fe-P system at 1809K as well as calculated heat capacities of Fe 3P,Fe 2P,and FeP in this study with the measured data available from literature remains fairly good.An obtained thermodynamic description with self-consis-tency describing all the phases in the Fe-P system is better than that of the previous assessment.References
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4Calculated heat capacity of Fe 3P (a),Fe 2P (b),and FeP (c)with the literature
data
5
Calculated absolute entropy in the Fe-P system with the
literature data
42
CAO Zhan-Min et al.:Thermodynamic Reoptimization of the Fe-P System No.1
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中国化学会第28届学术年会通知
中国化学会第28届学术年会将于2012年4月13-16日在四川省成都市举行。本届年会由中国化学会主办，四川大学承办，会期4天，4月12日报到。2012年正值中国化学会成立八
十周年，届时将举办相关庆祝活动。
本届年会设立学术分会19个、专题论坛4个。学术交流形式包括大会特邀报告(PL)、分会邀请报告(I)、口头报告(O)和墙报(P)。年会面向全国广大化学工作者征集学术论文(摘要)，并
印制论文摘要集，欢迎踊跃投稿，积极参会。
年会期间将举办新技术、新产品与新仪器成果展览以及人才交流活动，欢迎相关企业、高校、科研院所积极参与。
会议详细内容请见会议网站:https://www.wendangku.net/doc/b914721638.html,/confab/huiyi.html
43
新型二维材料MXene热力学稳定性及光催化性能探究
Hans Journal of Chemical Engineering and Technology 化学工程与技术, 2018, 8(5), 326-332 Published Online September 2018 in Hans. https://www.wendangku.net/doc/b914721638.html,/journal/hjcet https://https://www.wendangku.net/doc/b914721638.html,/10.12677/hjcet.2018.85042 Thermal Stability and Photocatalysis of a Novel Two-Dimensional MXene Xiaohui Ding, Chunhu Li*, Yingchun Li Key Laboratory of Marine Chemistry Theory and Technology, Ministry of Education, College of Chemistry and Chemical Engineering, Ocean University of China, Qingdao Shandong Received: Sep. 5th, 2018; accepted: Sep. 19th, 2018; published: Sep. 26th, 2018 Abstract Two-dimensional Ti3C2T x nanosheet was obtained by exfoliation of raw Ti3AlC2 powders. The ac-cordion-like structure of as-prepared Ti3C2T x nanosheet was confirmed by SEM, TEM and XRD. Thermal stability analysis suggested that the OH and F groups attached on the surface of Ti3C2T x nanosheets could be eliminated by heat treatment. It is noteworthy that Ti3C2T x nanosheet could react with O2 to produce a small quantity of TiO2 when heating up to 200?C. Furthermore, TiO2/Ti3C2T x heterojunction photocatalyst was built up by a Schottky barrier between the inter-faces of TiO2 and Ti3C2T x, and the photodegrdation rate of Methyl orange could reach to 58.65%, which was effective to improve the photocatalytic ability than pristine Ti3C2T x. Keywords Ti3C2T x, Thermal Stability, TiO2, Photocatalytic Ability 新型二维材料MXene热力学稳定性及 光催化性能探究 丁小惠，李春虎*，李迎春 中国海洋大学化学工程与技术教育部重点实验室，山东青岛 收稿日期：2018年9月5日；录用日期：2018年9月19日；发布日期：2018年9月26日 摘要 本文采用HF刻蚀Ti3AlC2材料制备新型二维Ti3C2T x材料，并通过SEM、TEM和XRD对其微观结构进行探*通讯作者。
Fe-Ti-C三元系热力学优化
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.wendangku.net/doc/b914721638.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.wendangku.net/doc/b914721638.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
几种热力学模拟软件比较
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
多组分系统热力学
第三章 多组分系统热力学 3.1 溶液（s o l u t i o n ） 广义地说，两种或两种以上物质彼此以分子或离子状态均匀混合所形成的体系称为溶液。 溶液以物态可分为气态溶液、固态溶液和液态溶液。根据溶液中溶质的导电性又可分为电解质溶液和非电解质溶液。 本章主要讨论液态的非电解质溶液。 溶剂（solvent ）和溶质（solute ） 如果组成溶液的物质有不同的状态，通常将液态物质称为溶剂，气态或固态物质称为溶质。 如果都是液态，则把含量多的一种称为溶剂，含量少的称为溶质。混合物（mixture ） 多组分均匀体系中，溶剂和溶质不加区分，各组分均可选用相同的标准态，使用相同的经验定律，这种体系称为混合物，也可分为气态混合物、液态混合物和固态混合物。 3.2 溶液组成的表示法 在液态的非电解质溶液中，溶质B 的浓度表示法主要有如下四种： 1.物质的量分数 B x (mole fraction) B B def (n x n 总） 溶质B 的物质的量与溶液中总的物质的量之比称为溶质B 的物质的量分数，又称为摩尔分数，单位为1。 2.质量摩尔浓度m B （molality ） B B A def n m m
溶质B 的物质的量与溶剂A 的质量之比称为溶质B 的质量摩尔浓度，单位是-1mol kg ?。这个表示方法的优点是可以用准确的称重法来配制溶液，不受温度影响，电化学中用的很多。 3.物质的量浓度c B （molarity ） B def B n c V 溶质B 的物质的量与溶液体积V 的比值称为溶质B 的物质的量浓度，或称为溶质B 的浓度，单位是 3mol m -? ，但常用单位是3mol dm -?。 4.质量分数w B （mass fraction ） B B () m w m = 总 溶质B 的质量与溶液总质量之比称为溶质B 的质量分数，单位为1。 3.3 偏摩尔量与化学势 3.3.1 单组分体系的摩尔热力学函数值 体系的状态函数中V ，U ，H ，S ，A ，G 等是广度性质，与物质的量有关。设由物质B 组成的单组分体系的物质的量为B n ，则各摩尔热力学函数值的定义式分别为： 摩尔体积（molar volume ） * m,B B V V n = 摩尔热力学能（molar thermodynamic energy ） * m,B B U U n = 摩尔焓（molar enthalpy ） *m,B B S S n = 摩尔Helmholz 自由能（molar Helmholz free energy ） * m,B B A A n = 摩尔Gibbs 自由能（molar Gibbs free energy ） * m,B B G G n = 这些摩尔热力学函数值都是强度性质。 3.3.2 多组分体系的偏摩尔热力学函数值
标准热力学数据
标准热力学数据（298.15K） https://www.wendangku.net/doc/b914721638.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
工程热力学-沈维道课后思考题答案
第一章基本概念与定义 1．答：不一定。稳定流动开口系统内质量也可以保持恒定 2．答：这种说法是不对的。工质在越过边界时，其热力学能也越过了边界。但热力学能不是热量，只要系统和外界没有热量地交换就是绝热系。 3．答：只有在没有外界影响的条件下，工质的状态不随时间变化，这种状态称之为平衡状态。稳定状态只要其工质的状态不随时间变化，就称之为稳定状态，不考虑是否在外界的影响下，这是他们的本质区别。平衡状态并非稳定状态之必要条件。物系内部各处的性质均匀一致的状态为均匀状态。平衡状态不一定为均匀状态，均匀并非系统处于平衡状态之必要条件。 4．答：压力表的读数可能会改变，根据压力仪表所处的环境压力的改变而改变。当地大气压不一定是环境大气压。环境大气压是指压力仪表所处的环境的压力。 5．答：温度计随物体的冷热程度不同有显著的变化。 6．答：任何一种经验温标不能作为度量温度的标准。由于经验温标依赖于测温物质的性质，当选用不同测温物质的温度计、采用不同的物理量作为温度的标志来测量温度时，除选定为基准点的温度，其他温度的测定值可能有微小的差异。 7．答：系统内部各部分之间的传热和位移或系统与外界之间的热量的交换与功的交换都是促使系统状态变化的原因。 8．答：（1）第一种情况如图1-1（a）,不作功（2）第二种情况如图1-1（b）,作功（3）第一种情况为不可逆过程不可以在p-v图上表示出来，第二种情况为可逆过程可以在p-v图上表示出来。 9．答：经历一个不可逆过程后系统可以恢复为原来状态。系统和外界整个系统不能恢复原来状态。 10．答：系统经历一可逆正向循环及其逆向可逆循环后，系统恢复到原来状态，外界没有变化；若存在不可逆因素，系统恢复到原状态，外界产生变化。 11．答：不一定。主要看输出功的主要作用是什么，排斥大气功是否有用。
第四章+多组分热力学系统
二、概念题 题号 1 2 3 4 5 6 7 8 选项 C A B C B D B B 题号 9 10 11 12 13 14 15 选项 B D C A A C D 1. 2 mol A 物质和3 mol B 物质在等温、等压下，混合形成理想液态混合物，该系统中A 和B 的偏摩尔体积分别为1.79×10-5 m 3?mol -1， 2.15×10-5 m 3?mol -1 ，则混合物的总体积为（ ）。 （A ）9.67×10-5 m 3 （B ）9.85×10-5 m 3 （C ）1.003×10-4 m 3 （D ）8.95×10-5 m 3 答：（C ）运用偏摩尔量的集合公式（B B A A V n V n V +=）。 2. 下列偏微分中，能称为偏摩尔量的是（ ）。 （A ）()C B C B T p n V n ≠????????，， （B ）() C B C B S p n H n ≠????? ???，， （C ）() C B C B p V n G n ≠?? ?? ????，， （D ）() C B C B T H n S n ≠?? ?? ????，， 答：（A ）偏摩尔量定义。 () C B C B T p n X X n ≠?? ?=?? ???，， 3. 下列偏微分中，不是化学势的是（ ）。 （A ）C ,,(C B)B ( )S V n U n ≠?? （B ）() C B C B T p n H n ≠????????，， （C ）C ,,(C B)B ( )T p n G n ≠?? （D ）C ,,(C B)B (T V n A n ≠?? 答：（B ）广义的化学式： C C C C B ,,(C B),,(C B),,(C B),,(C B)B B B B ( )()()()S V n S p n T V n T p n U H A G n n n n μ≠≠≠≠????====????4. 已知373 K 时，液体A 的饱和蒸气压为133.24 kPa ，液体B 的饱和蒸气压为66.62 kPa 。设A 和B 形成理想液态混合物，当A 在溶液中的摩尔分数为0.5时，在气相中A 的摩尔分数为（ ）。 （A ）1 （B ） 12 （C ）23 （D ）1 3 答：（C ）用Roult 定律算出总蒸气压，再把A 的蒸气压除以总蒸气压。 ()()9399501626650241331A B A A B B A A .....x p x p x p x p p =?×+×=?+=+=? ???kPa
工程热力学课后答案..
《工程热力学》 沈维道主编 第四版 课后思想题答案（1~5章） 第1章 基本概念 ⒈ 闭口系与外界无物质交换，系统内质量将保持恒定，那么，系统内质量保持恒定的热力系一定是闭口系统吗? 答：否。当一个控制质量的质量入流率与质量出流率相等时（如稳态稳流系统），系统内的质量将保持恒定不变。 ⒉ 有人认为，开口系统中系统与外界有物质交换，而物质又与能量不可分割，所以开口系不可能是绝热系。这种观点对不对，为什么? 答：不对。“绝热系”指的是过程中与外界无热量交换的系统。热量是指过程中系统与外界间以热的方式交换的能量，是过程量，过程一旦结束就无所谓“热量”。物质并不“拥有”热量。一个系统能否绝热与其边界是否对物质流开放无关。 ⒊ 平衡状态与稳定状态有何区别和联系，平衡状态与均匀状态有何区别和联系? 答：“平衡状态”与“稳定状态”的概念均指系统的状态不随时间而变化，这是它们的共同点；但平衡状态要求的是在没有外界作用下保持不变；而平衡状态则一般指在外界作用下保持不变，这是它们的区别所在。 ⒋ 倘使容器中气体的压力没有改变，试问安装在该容器上的压力表的读数会改变吗？在绝对压力计算公式 b e p p p =+ ()b p p >; b v p p p =- ()b p p < 中，当地大气压是否必定是环境大气压? 答：可能会的。因为压力表上的读数为表压力，是工质真实压力与环境介质压力之差。环境介质压力，譬如大气压力，是地面以上空气柱的重量所造成的，它随着各地的纬度、高度和气候条件不同而有所变化，因此，即使工质的绝对压力不变，表压力和真空度仍有可能变化。 “当地大气压”并非就是环境大气压。准确地说，计算式中的Pb 应是“当地环境介质”的压力，而不是随便任何其它意义上的“大气压力”，或被视为不变的“环境大气压力”。 ⒌ 温度计测温的基本原理是什么? 答：温度计对温度的测量建立在热力学第零定律原理之上。它利用了“温度是相互热平衡的系统所具有的一种同一热力性质”，这一性质就是“温度”的概念。 ⒍ 经验温标的缺点是什么?为什么? 答：由选定的任意一种测温物质的某种物理性质，采用任意一种温度标定规则所得到的温标称为经验温标。由于经验温标依赖于测温物质的性质，当选用不同测温物质制作温度计、采用不同的物理性质作为温度的标志来测量温度时，除选定的基准点外，在其它温度上，不同的温度计对同一温度可能会给出不同测定值（尽管差值可能是微小的），因而任何一种经验温标都不能作为度量温度的标准。这便是经验温标的根本缺点。 ⒎ 促使系统状态变化的原因是什么?举例说明。 答：分两种不同情况： ⑴ 若系统原本不处于平衡状态，系统内各部分间存在着不平衡势差，则在不平衡势差的作用下，各个部分发生相互作用，系统的状态将发生变化。例如，将一块烧热了的铁扔进一盆水中，对于水和该铁块构成的系统说来，由于水和铁块之间存在着温度差别，起初系统处于热不平衡的状态。这种情况下，无需外界给予系统任何作用，系统也会因铁块对水放出热量而发生状态变化：铁块的温度逐渐降低，水的温度逐渐升高，最终系统从热不平衡的状态过渡到一种新的热平衡状态； ⑵ 若系统原处于平衡状态，则只有在外界的作用下（作功或传热）系统的状态才会发生变。 ⒏ 图1-16a 、b 所示容器为刚性容器：⑴将容器分成两部分。一部分装气体， 一部分抽成真空，中间是隔板。若突然抽去隔板，气体(系统)是否作功？ ⑵设真空部分装有许多隔板，每抽去一块隔板让气体先恢复平衡再抽去一块， 问气体(系统)是否作功？ ⑶上述两种情况从初态变化到终态，其过程是否都可在P-v 图上表示？ 答：⑴；受刚性容器的约束，气体与外界间无任何力的作用，气体（系统）不对外界作功； ⑵ b 情况下系统也与外界无力的作用，因此系统不对外界作功；
工程热力学简答题
1.何谓状态何谓平衡状态何为稳定状态 状态：热力学系统所处的宏观状况 平衡状态：在不受外界影响的条件下，系统的状态不随时间而变化 稳定状态：系统内各点参数不随时间而变化 2.说明状态参数的性质。 (1)状态参数是状态的函数。对应一定的状态。状态参数都有唯一确定的数位。 (2)状态参数的变化仅与初、终状态有关，而与状态变化的途径无关。当系统经历一系列状态变化而恢复到初态时。其状态参数的变化为零，即它的循环积分为零 (3)状态参数的数学特征为点函数，它的微分是全微分。 3.何谓热力过程 热力学状态变化的历程 4.何谓准静态过程实现准静态过程的条件是什么 准静态过程：热力学系统经历一系列平衡状态，每次状态变化时都无限小的偏离平衡状态。 条件：状态变化无限小，过程进行无限慢。 5.非准静态过程中，系统的容积变化功可否表示为 ?=-21 2 1 d v p w 为什么 不可以。在非准静态过程中pv的关系不确定，没有函数上的联系。 6.何谓可逆过程 经历一个热力学过程后，热力学系统逆向沿原过程逆向进行，系统和有关的外界都返回到原来的初始状态，而不引起其他的变化。 7.何谓热力循环 系统由初始状态出发，经过一系列中间状态后重新回到初始状态所完成的一个封闭式的热力过程称为热力循环。 8.何谓正循环，说明其循环特征。 在状态参数坐标图上，过程按照顺时针循环的为正循环，其目的是利用热产生机械功，动力循环，顺时针，循环净功为正。 9.何谓逆循环，说明其循环特征。 在状态参数坐标图上，过程按照逆时针循环的为逆循环，其目的是付出一定代价使热量从低温区传向高温区，制冷循环，逆时针，循环净功为负。 10.何谓热量何谓功量 热量：仅仅由于温度不同，热力学系统与外界之间通过边界所传递的能量 功量：热力学系统和外界间通过边界而传递的能量，且其全部效果可表现为举起重物。 11.热量和功量有什么相同的特征两者的区别是什么 相同特征：都是系统与外界间通过边界传递的能量，都是过程量，瞬时量。
热力学参数优化评估的标准规程-USTB
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。
热力学开发试验与数据分析小结
热力学开发试验与数据分析小结 热力学开发的定义个人认为，是对设计出的基本型发动机，通过调整点火提前角、空燃比、进排气凸轮相位、CBR状态等参数（对于增压直喷发动机则另有增压控制率、燃油压力、喷油正时等参数），使发动机在全负荷时得到最优的最大功率、最大扭矩、最低比油耗及在部分负荷得到最优的燃油经济性、燃烧稳定性和排放水平，如果基本型的发动机不能达到目标，则要针对问题更改相应的设计和硬件，直至满足目标。 一、试验设备 1、PUMA系统 记录发动机台架运行参数的数据，也可与其他系统相通信并记录其试验数据。 2、INDICATING系统 通过气缸燃烧压力传感器的压力信号，运算得到缸压曲线、平均指示有效压力IMEP、MFB50%、COV of IMEP、缸压波动振幅等。平时试验时，一般要根据缸压曲线，来判断发动机是否有爆震产生。 3、CAMEO系统 发动机自动标定及运行的工具。能自动调整ECU的标定参数如点火提前角、空燃比、进排气凸轮相位及CBR控制状态等，便于标定参数的优化及标定时的数据采集。 4、INCA系统 ！ 发动机ECU标定工具，可调整点火提前角、空燃比、进排气凸轮相位、CBR开关状态等发动机运行参数。 5、其他设备仪器 汽缸燃烧压力传感器、进气温度传感器、进气压力传感器、排气温度、排气压力传感器、空燃比分析仪、线性氧传感器及排放分析仪等。 二、试验内容与方法 1、全负荷优化试验 全负荷试验主要验证发动机的最大功率、最大扭矩及最低燃油消耗BSFC。调整点火提前角、空燃比、进排气凸轮相位等参数，使发动机发挥出最优性能。 a）不同进气歧管的外特性试验 细长的进气歧管有助于提高低速段的扭矩，粗短的进气歧管有助于提高高速段的扭矩。 b）不同凸轮轴（不同型线、升程）的全负荷试验 VVT（Variable valve timing ）： ` VVT的作用：降低燃油消耗、降低排放、提高燃烧稳定性、提高功率和扭矩输出。 通过改变凸轮轴相位可控制内部EGR率，（重叠角大时，内部EGR率大）当内部EGR率大时要得到相同的功率输出必须，增大节气门开度，这将使进气管内的绝对压力升高，减小节流损失，提高燃油经济性。 通过控制内部EGR率，可显著的降低Nox的排放量，HC的排放量只是稍微提高。 发动机怠速时，为了得到良好的燃烧稳定性，需要较小的重叠角，大负荷时为了得到较大的功率输出，需要较大的重叠角，但此时由于一部分燃油进入排气系统内会牺牲燃油经济性。 较早的进气阀关（IVC）有利于低速段扭矩的输出，不利于高速扭矩的输出。较早的排气阀开（EVO）有利于减少泵气损失，但是较早的EVO减少了膨胀冲程，冲掉了减少的泵气损失，降低了
有限时间热力学——优化活塞行程改进的发动机性能
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。
多组分系统热力学练习题1
第三章多组分系统热力学 一、选择题 1. 1 mol A与n mol B组成的溶液，体积为0.65dm3，当x B= 0.8时，A的偏摩尔体积V A= 0.090dm3·mol-1，那么B的偏摩尔V B 为： (A) 0.140 dm3·mol-1；(B) 0.072 dm3·mol-1； (C) 0.028 dm3·mol-1；(D) 0.010 dm3·mol-1。 2. 对于亨利定律，下列表述中不正确的是： (A) 仅适用于溶质在气相和溶液相分子状态相同的非电解质稀溶液； (B) 其表达式中的浓度可用x B，c B，m B ； (C) 其表达式中的压力p是指溶液面上的混合气体总压； (D) 对于非理想溶液*B p k x=。 k x≠，只有理想溶液有*B p 3、在293K时，从一组成为NH3·19/2 H2O的大量溶液中取出1molNH3往另一组成为NH3·21H2O 的溶液中转移，此过程的Δμ的表达式为：( ) A.Δμ=RTln(2/19) B.Δμ=RTln(1/22) C.Δμ=RTln(21/44) D.Δμ=RTln(44/21) 4. 对于偏摩尔量，指出下列说法错误者( ) （1）偏摩尔量必须有恒温恒压条件； （2）偏摩尔量不随各组分浓度的变化而变化； （3）偏摩尔量不随温度T和压力p的变化而变化； （4）偏摩尔量不但随温度T、压力p的变化而变化，而且也随各组分浓度变化而变化。 (A) (2) (4) (B) (3) (4) (C) (2) (3) (D) (1) (4) 5. 下列气体溶于水溶剂中，哪个气体不能用亨利定律： (A) N2；(B) O2；(C) NO2；(D) CO 。 6. 298.2K，1×105Pa，有两瓶四氯化碳溶液，第一瓶为1dm3(含有0.2mol的碘)，第二瓶为2dm3(含 0.4mol的碘)，若以μ1和μ2分别表示两瓶中碘的化学势，则( ) (A) μ12=μ2(B) 10μ1=μ2(C) μ1=μ2(D) 2μ1=μ2 7. 在恒温密封容器中有A、B两杯稀盐水溶液，盐的浓度分别为c A和c B(c A> c B)，放置足够长的时间后： (A) A杯盐的浓度降低，B杯盐的浓度增加； (B) A杯液体量减少，B杯液体量增加； (C) A杯盐的浓度增加，B杯盐的浓度降低； (D) A、B两杯中盐的浓度会同时增大。 8. 化学势不具有的基本性质是( )
4多组分体系热力学
多组分体系热力学 1、不挥发的溶质溶于溶剂中形成溶液之后将会引起 蒸汽压降低 。 2、“在1θp 下，有0.002mol 的气体溶解在1000g 水中，当在相同温度下压力增大为2θp 时，就有0.004mol 该气体溶于1000g 水中”描述这一实验规律的定律是 亨利（Henry ）定律 。 4、稀溶液的凝固点降低公式f m ?中，m 所代表的是稀溶液中f T K Δ= 溶质的质量摩尔浓度 。 6、25℃时，0.01m 糖水的渗透压为π1，0.01m 食盐水的渗透压为π2，则 π1<π2 。 7、若要使CO 2在水中的溶解度为最大，应选择的条件是 低温高压 。 8、理想溶液的通性是： 000V H S G Δ=Δ=Δ>Δ<混合混合混合混合0 。 9、在讨论稀溶液的蒸汽压降低规律时，溶质必须是 非挥发性物质 。 11、25℃时A 和B 两种气体在某一溶剂中溶解的亨利系数分别为k A 和k B ，且知 k A >k B ，则当A 和B 压力相同时在该溶剂中所溶解的量是 A 的量有限时间热力学概论及应用浅谈
有限时间热力学概论及应用举例 摘要：有限时间热力学所得结果具有普适性，其研究结果已成为热物理学的一个重要基础。许多学者利用有限时间热力学方法对单级和多级正、反向两热源热力循环最优性能和最优构型进行了大量研究，获得了一些比经典热力学对于工程设计和优化更具有实际指导意义的新结论。综述了有限时间热力学的概念由来、发展近况、以及利用有限时间热力学理论对不同传热规律下单级和多级正、反向两热源热力循环最优性能和最优构型研究的最新进展，包括不同传热规律下内可逆和不可逆卡诺热机、制冷机和热泵循环的最优性能研究进展，蒸汽压缩式热泵的分析及优化研究，余热驱动内可逆VM循环热泵的分析优化及研究。 关键词：CA效率；分析与优化；正反向循环；有限时间热力学 0 有限时间热力学概念的诞生 自70年代中期以来,以寻求热力过程的性能极限、达到热力学优化为目标的研究工作在物理学和工程学领域均取得了进展。在物理学领域被称为/有限时间热力学或/内可逆热力学，而在工程学领域被称为/熵产生最小化或/热力学优化理论[1~3]。两者的根本点是一致的，即以热力学与传热学、流体力学和其他传输过程基本理论相结合促使热力学发展为基本特征，在有限时间和有限尺寸约束条件下，以减少系统不可逆性为目标,优化存在传热、流体流动和传质不可逆性的实际热力系统性能[4~6]。本文统一称之为/有限时间热力学。 卡诺定理，它确定了工作于T且和T L 温度间的一切热机所能达到的效率界限。这个界限就是著名的卡诺效率 H L c T T - =1 η)1(但是，实际上存在热阻,要使循环可逆运行，要求循环的等温部分必须以无限缓慢的速度进行，因而循环的周期趋于无限，循环的输出功率为零。任何一台实用热机，都要求有一定的输出功率,都必须使循环在有限时间内运行。此外,实际上还存在热漏、摩擦等不可逆因素，也会使循环的效率降低。所以自古至今，还没有一台热机能达到理想的可逆效率界限，而且一般相差甚远。 经典热力学理论还发展了另一条讨论过程性能界限的途径，这就是引进了热力势的概念。传统的热力势是个态函数，两个状态之间的势差，正是系统在一定的约束条件下从一状态到另一状态所能作出的最大功。例如,初末两态间的吉布斯函数差一游，就
对流换热过程的热力学优化与传热优化
万方数据
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２期陈群等ｔ对流换热过程的热力学优化与传热优化 通过上述分析，可以得出在对流换热过程中，熵产与系统的有用能损失存在对应关系，熵产最小意味着系统有用能损失最小．然而，熵产最小与系统的对流换热能力之间不存在对应关系。上述算例中，在等温边界条件下，熵产最小意味了换热能力最弱，在等热流边界条件下，熵产最小既不能反映系统的整体对流换热能力最强，也不能反映系统的对流换热能力最弱。因此，对于需要降低有用能损失的换热问题应以熵产最小为优化目标，而对于将提高系统的对流换热能力作为优化目标的对流换热问题，不应用熵产最小原理进行优化． 表２不同排风方式下的系统整体熵产、有用能损失 与加热面平均温度（等热流） Ｔａｂｌｅ２Ｅｎｔｒｏｐｙｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ，ｅｘｅｒｇｙｌｏｓｓａｎｄ ａｖｅｒａｇｅｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｏｆｈｅａｔｉｎｇｓｕｒｆａｃｅｆｏｒ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｖｅｎｔｉｌａｔｉｏｎｔｙｐｅｓｗｉｔｈ ｃｏｎｓｔａｎｔｂｏｕｎｄａｒｙｈｅａｔｆｌｕｘ 排风方式熵产（Ｊｋｇ＿１Ｋ一１）有用能损失（ｗ）平均温度（Ｋ） ３炽耗散极值原理 孟继安【９】根据煅耗散极值原理，利用变分原理推导出了层流换热场协同方程： ｐＵ?ＶＵ＝—ＶＰ＋ｐＶ２ｕ＋（（强ＡＶＴ＋ｐｕ?Ｖｕ）（３）式中，Ｃ聋为常数，其大小与输入的粘性耗散有关．Ａ是与空间位置有关的变量，其控制方程为： 一ｐｃ口矿．ＶＡ＝久Ｖ２Ａ—ＡＶ２Ｔ（４） 在给点边界条件下将方程（３）、（４）与连续方程以及能量守恒方程联立求解，可以获得一定粘性耗散条件下，炽耗散取极值时所对应的速度分布．３．１等温边界条件 对于图１（ａ）所示的对流换热问题，图２给出了进风速度为ｏ．３ｍ／ｓ时，计算区域内的原始速度场和温度场．空气从进风口进入矩形腔后，直接冲刷到右侧面，到达右侧面后分成两股，沿着右侧面分别向上、向下运动至排风口．加热面附近空气流速较低，温度梯度较小．在该工况下，对流换热量为１．０８ｗ，空气流动的粘性耗散为４．９６ｘ１０～Ｗ，有用能损失为２．７４×１０～Ｗ． 图３给出了满足场协同方程的速度场与温度场的计算结果，其中与粘性耗散大小有关的常数Ｃ０的值为－３×１０～．空气从进风口进入矩形腔后，向顶面（加热面）偏转，到达顶面后，紧贴加热面向右运动。当空气接近排风口时分成两股，分别从上、下两个排风口排出．加热面附近空气流速较高，温度梯度较大。在该工况下，对流换热量为１．８１Ｗ，空气流动的粘性耗散为４．９６ｘ１０～Ｗ，有用能损失为４．０４ｘ１０一Ｗ．与原始结果对比可以看出，优化后的流场在粘性耗散保持不变的前提下，换热量增加６８％，换热能力增强．但是在该工况下，换热能力的提高也导致了有用能损失的增大。 （ａ）原始速度场（ｂ）原始温度场（ａ）Ｏｒｉｇｉｎａｌｖｅｌｏｃｉｔｙｆｉｅｌｄ（ｂ）Ｏｒｉｇｉｎａｌｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｆｉｅｌｄ图２等壁温原始速度场和原始温度场 Ｆｉｇ．２Ｏｒｉｇｉｎａｌｖｅｌｏｃｉｔｙａｎｄｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｆｉｅｌｄｓｗｉｔｈ ｃｏｎｓｔａｎｔｂｏｕｎｄａｒｙｗａｌｌｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ （ａ）优化速度场（ｂ）优化温度场（ａ）Ｏｐｔｉｍａｌｖｅｌｏｃｉｔｙｆｉｅｌｄ（ｂ）Ｏｐｔｉｍａｌｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｆｉｅｌｄ图３等壁温优化速度场和优化温度场 Ｆｉｇ．３Ｏｐｔｉｍａｌｖｅｌｏｃｉｔｙａｎｄｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｆｉｅｌｄｓ ｗｉｔｈｃｏｎｓｔａｎｔｂｏｕｎｄａｒｙｗａｌｌｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ３．２等热流边界条件 图４给出了等热流条件下，热流密度为２００Ｗ／ｍ２，进风速度为ｏ．３ｍ／ｓ时，计算区域内的原始速度场和温度场．由于空气运动的几何边界，运动边界条件没有改变，同时不考虑热对流动产生的影响，因此在该工况下空气在矩形腔内形成的流场与等温边界条件下形成的流场一致。加热面附近空气流速较低，空气温度较高，温度梯度较大．在该工况下，加热面的平均温度为３２４．１４Ｋ，空气流动的粘性耗散为４．９６ｘ１０一Ｗ，有用能损失为ｏ．１２６ Ｗ． 万方数据