工程热力学课后习题答案.pdf

2 2 已知 2 N的 M 28 求 1 2 N的气体常数 2 标准状态下 2 N的比容和密度 3 MPap1 0 500 t 时的摩尔容积Mv 解 1 2 N的气体常数 28 8314 0 M R R 296 9 KkgJ 2 标准状态下 2 N的比容和密度 101325 273 9 296 p RT v 0 8 kgm 3 v 1 1 25 3 mkg 3 MPap1 0 500 t 时的摩尔容积Mv Mv p TR0 64 27kmolm 3 2 3 把 CO2压送到容积 3m3的储气罐里 起始表压力30 1 g pkPa 终了表压力3 0 2 g pMpa 温度 由 t1 45 增加到 t2 70 试求被压入的 CO2的质量 当地大气压 B 101 325 kPa 解 热力系 储气罐 应用理想气体状态方程 压送前储气罐中 CO2的质量 1 11 1 RT vp m 压送后储气罐中 CO2的质量 2 22 2 RT vp m 根据题意 容积体积不变 R 188 9 Bpp g 1 1 1 Bpp g 2 2 2 27311 tT 3 27322 tT 4 压入的 CO2的质量 1 1 2 2 21 T p T p R v mmm 5 将 1 2 3 4 代入 5 式得 m 12 02kg 2 5 当外界为标准状态时 一鼓风机每小时可送 300 m3的空气 如外界的温度增高到 27 大气压降低到 99 3kPa 而鼓风机每小时的送风量仍为 300 m3 问鼓风机送风量的质量改变多少 解 同上题 1000 273 325 101 300 3 99 287 300 1 1 2 2 21 T p T p R v mmm 41 97kg 2 6 空气压缩机每分钟自外界吸入温度为 15 压力为 0 1MPa 的空气 3 m3 充入容积 8 5 m3的储气罐内 设开始时罐内的温度和压力与外界相同 问在多长时间内空气压缩机才能将气罐的表压力提高到 0 7MPa 设充气过程中气罐内温度不变 解 热力系 储气罐 使用理想气体状态方程 第一种解法 首先求终态时需要充入的空气质量 288287 5 8107 2 22 2 5 RT vp mkg 压缩机每分钟充入空气量 288287 3101 5 RT pv mkg 所需时间 m m t 2 19 83min 第二种解法 将空气充入储气罐中 实际上就是等温情况下把初压为 0 1MPa 一定量的空气压缩为 0 7MPa 的空气 或者 说 0 7MPa 8 5 m3的空气在 0 1MPa下占体积为多少的问题 根据等温状态方程 constpv 0 7MPa 8 5 m3的空气在 0 1MPa下占体积为 5 59 1 0 5 87 0 1 22 1 P Vp Vm3 压缩机每分钟可以压缩 0 1MPa 的空气 3 m3 则要压缩 59 5 m3的空气需要的时间 3 5 59 19 83min 2 8 在一直径为 400mm 的活塞上置有质量为 3000kg 的物体 气缸中空气的温度为 18 质量为 2 12kg 加热后其容积增大为原来的两倍 大气压力 B 101kPa 问 1 气缸中空气的终温是多少 2 终态的 比容是多少 3 初态和终态的密度各是多少 解 热力系 气缸和活塞构成的区间 使用理想气体状态方程 1 空气终态温度 1 1 2 2T V V T582K 2 空气的初容积 p 3000 9 8 r2 101000 335 7kPa p mRT V 1 10 527 m3 空气的终态比容 m V m V v 122 2 0 5 m3 kg 或者 p RT v 2 20 5 m3 kg 3 初态密度 527 0 12 2 1 1 V m 4 kg m3 2 1 2 v 2 kg m3 2 9 解 1 氮气质量 300 8 296 05 0 10 7 13 6 RT pv m 7 69kg 2 熔化温度 8 29669 7 05 0 10 5 16 6 mR pv T 361K 2 14如果忽略空气中的稀有气体 则可以认为其质量成分为 2 23 2 go 8 76 2 N g 试求 空气的折合分子量 气体常数 容积成分及在标准状态下的比容和密度 解 折合分子量 28 768 0 32 232 0 11 i i M g M 28 86 气体常数 86 28 8314 0 M R R 288 KkgJ 容积成分 2 22 MoMgr oo 20 9 2 N r1 20 9 79 1 标准状态下的比容和密度 4 22 86 28 4 22 M 1 288kg m3 1 v 0 776 m3 kg 2 15 已知天然气的容积成分 97 4 CH r 6 0 6 2 HC r 18 0 8 3 HC r 18 0 10 4 HC r 2 0 2 CO r 83 1 2 N r 试求 1 天然气在标准状态下的密度 2 各组成气体在标准状态下的分压力 解 1 密度 100 2883 1 442 05818 0 4418 0 306 01697 iiM rM 16 48 3 0 736 0 4 22 48 16 4 22 mkg M 2 各组成气体在标准状态下分压力 因为 prp ii 325 101 97 4CH p98 285kPa 同理其他成分分压力分别为 略 3 1 安静状态下的人对环境的散热量大约为 400KJ h 假设能容纳 2000 人的大礼堂的通风系统坏了 1 在通风系统出现故障后的最初 20min 内礼堂中的空气内能增加多少 2 把礼堂空气和所有的人考虑为一 个系统 假设对外界没有传热 系统内能变化多少 如何解释空气温度的升高 解 1 热力系 礼堂中的空气 闭口系统 根据闭口系统能量方程 WUQ 因为没有作功故 W 0 热量来源于人体散热 内能的增加等于人体散热 60 204002000 Q 2 67 105kJ 1 热力系 礼堂中的空气和人 闭口系统 根据闭口系统能量方程 WUQ 因为没有作功故 W 0 对整个礼堂的空气和人来说没有外来热量 所以内能的增加为 0 空气温度的升高是人体的散热量由空气吸收 导致的空气内能增加 3 5 有一闭口系统 从状态 1 经 a 变化到状态 2 如图 又从状态 2 经 b 回到状态 1 再从状态 1 经过c 变化到状态 2 在这个过程中 热量和功的某些值已知 如表 试确定未知量 过程热量 Q kJ 膨胀功 W kJ 1 a 210 x1 2 b 1 7 4 1 c 2x22 解 闭口系统 使用闭口系统能量方程 1 对 1 a 2 和 2 b 1 组成一个闭口循环 有 WQ 即 10 7 x1 4 x1 7 kJ 2 对 1 c 2 和 2 b 1 也组成一个闭口循环 x2 7 2 4 x2 5 kJ 3 对过程 2 b 1 根据WUQ 4 7WQU 3 kJ 3 6 一闭口系统经历了一个由四个过程组成的循环 试填充表中所缺数据 过程Q kJ W kJ E kJ 1 2110001100 2 30100 100 3 4 9500 950 4 5050 50 解 同上题 3 7解 热力系 1 5kg 质量气体 闭口系统 状态方程 bavp 85115 1 85225 1 5 1 vpvpU 90kJ 由状态方程得 1000 a 0 2 b 200 a 1 2 b 解上两式得 a 800 b 1160 则功量为 2 1 2 0 2 2 1 1160 800 2 1 5 15 1vvpdvW 900kJ 过程中传热量 WUQ 990 kJ 3 8 容积由隔板分成两部分 左边盛有压力为 600kPa 温度为 27 的空气 右边为真空 容积为左边 5 倍 将隔板抽出后 空气迅速膨胀充满整个容器 试求容器内最终压力和温度 设膨胀是在绝热下进行的 解 热力系 左边的空气 系统 整个容器为闭口系统 过程特征 绝热 自由膨胀 根据闭口系统能量方程 WUQ 绝热0 Q 自由膨胀 W 0 因此 U 0 对空气可以看作理想气体 其内能是温度的单值函数 得 KTTTTmcv300120 12 根据理想气体状态方程 1 6 1 2 11 2 2 2p V Vp V RT p 100kPa 3 9一个储气罐从压缩空气总管充气 总管内压缩空气参数恒定 为 500 kPa 25 充气开始时 罐内 空气参数为 100 kPa 25 求充气终了时罐内空气的温度 设充气过程是在绝热条件下进行的 解 开口系统 特征 绝热充气过程 工质 空气 理想气体 根据开口系统能量方程 忽略动能和未能 同时没有轴功 没有热量传递 dEhmhm 00220 没有流出工质 m2 0 dE dU mu cv2 mu cv1 终态工质为流入的工质和原有工质和 m0 mcv2 mcv1 mcv2ucv2 mcv1ucv1 m0h0 1 h0 cpT0 ucv2 cvT2 ucv1 cvT1 mcv1 1 1 RT Vp mcv2 2 2 RT Vp 代入上式 1 整理得 2 1 10 1 21 2 p p TkTT TkT T 398 3K 3 10供暖用风机连同加热器 把温度为01 t 的冷空气加热到温度为2502 t 然后送入建 筑物的风道内 送风量为 0 56kg s 风机轴上的输入功率为 1kW 设整个装置与外界绝热 试计算 1 风机出口处空气温度 2 空气在加热器中的吸热量 3 若加热器中有阻力 空气通过它时产生不可逆 的摩擦扰动并带来压力降 以上计算结果是否正确 解 开口稳态稳流系统 1 风机入口为 0 则出口为 3 10006 1 56 0 1000 Cpm Q TQTCpm 1 78 78 1 12 ttt 空气在加热器中的吸热量 78 1 250 006 1 56 0 TCpmQ 138 84kW 3 若 加 热 有 阻 力 结 果 1 仍 正 确 但 在 加 热 器 中 的 吸 热 量 减 少 加 热 器 中 111 22212vPuvPuhhQ p2 减小故吸热减小 3 11一只 0 06m3的罐 与温度为 27 压力为 7MPa 的压缩空气干管相连接 当阀门打开 空气流 进罐内 压力达到 5MPa 时 把阀门关闭 这一过程进行很迅速 可认为绝热 储罐的阀门关闭后放置较 长时间 最后罐内温度回复到室温 问储罐内最后压力是多少 解 热力系 充入罐内的气体 由于对真空罐充气时 是焓变内能的过程 mumh KkTT c c T v p 4203004 100 罐内温度回复到室温过程是定容过程 5 420 300 1 2 2 P T T p 3 57MPa 3 12压力为 1MPa 和温度为 200 的空气在一主管道中稳定流动 现以一绝热容器用带阀门的管道与 它相连 慢慢开启阀门使空气从主管道流入容器 设 1 容器开始时是真空的 2 容器装有一个用弹簧 控制的活塞 活塞的位移与施加在活塞上的压力成正比 而活塞上面的空间是真空 假定弹簧的最初长度 是自由长度 3 容器装在一个活塞 其上有重物 需要 1MPa 的压力举起它 求每种情况下容器内空气 的最终温度 解 1 同上题 4734 10kTT662K 389 2 wuh h cpT0 L kp RTpVkpAppAkdppAdLw 2 1 2 1 2 1 T 0 5 0 T Rc c v p 552K 279 同 2 只是 W 不同 RTpVpdVw T 00TT Rc c v p 473K 200 3 13解 hW 对理想气体Tch p Tcu v 3 14解 1 理想气体状态方程 293 2 1 21 2 p pT T 586K 2 吸热 T k R RT Vp TmcQ v 11 1 2500kJ 3 15 解 烟气放热等于空气吸热 1m3空气吸取 1 09 m3的烟气的热 24509 1 Q 267kJ 01 1 1293 1 267 vc Q t 205 t2 10 205 215 3 16 解 3 21 2211hmmhmhm Tch p 代入得 330 473210773 120 21 2211 cmm cTmcTm T 582K 309 3 17解 等容过程 Rc c k p p 1 4 1 12 1 12 k vpvp k RTRT mTcmQ v 37 5kJ 3 18 解 定压过程 T1 2871 03 0 10 4 20681 3 mR Vp 216 2K T2 432 4K 内能变化 2 216 287 0 01 1 1 tmcU v 156 3kJ 焓变化 3 1564 1UkH 218 8 kJ 功量交换 3 06 0122mVV 03 0 4 2068 12 VVppdVW 62 05kJ 热量交换 05 623 156 WUQ 218 35 kJ 7 1 当水的温度 t 80 压力分别为 0 01 0 05 0 1 0 5 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 0 047359MPa 因此在 0 01 0 05 0 1 0 5 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 2649 3kJ kg 334 9 kJ kg 335 kJ kg 335 3 kJ kg 335 7 kJ kg 7 2 已知湿蒸汽的压力 p 1MPa 干度 x 0 9 试分别用水蒸气表和 h s图求出 hx vx ux sx 解 查表得 h 2777kJ kgh 762 6 kJ kg v 0 1943m3 kgv 0 0011274 m3 kg u h pv 2582 7 kJ kgu h pv 761 47 kJ kg s 6 5847 kJ kg K s 2 1382 kJ kg K hx xh 1 x h 2575 6 kJ kg vx xv 1 x v 0 1749 m3 kg ux xu 1 x u 2400 kJ kg sx xs 1 x s 6 14 kJ kg K 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 0 57kg 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 0 10422m3 kgv 0 0011726 m3 kg h 2796 4kJ kgh 897 8 kJ kg 湿饱和蒸汽的质量 x m m v 1 vxxv m V 解之得 x 0 53 比容 vx xv 1 x v 0 0558 m3 kg 焓 hx xh 1 x h 1904kJ kg 7 4 将 2kg 水盛于容积为 0 2m3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 2791 4kJ kgh 852 4 kJ kg v 0 12714m3 kgv 0 0011565m3 kg 饱和压力 1 5551MPa 刚性容器中水的比容 2 2 0 v 0 1 m3 kg0 2 MPa 采用渐缩喷管 c1 20m s 较小忽略 因此 2 2 截面处是临界点 k k p p TT 1 2 1 2 1421K 2 2 2 P RT v0 6m3 kg 1 2 1 1 12 2 1 k k p p k kRT c323m s 2 2 2 c mv f0 00185m3 9 3 渐缩喷管进口空气的压力 p1 2 53MPa t1 80 c1 50m s 喷管背压 pb 1 5MPa 求 喷管出口的气流速度 c2 状态参数 v2 t2 如喷管出口截面积 f2 1cm2 求质量流量 解 528 0 1ppc 2 53 1 33pb 所以渐缩喷管进口截面压力 p2 pc 1 33 MPa 由定熵过程方程可得 按 c1 0 处理 k k p p TT 1 1 2 12 294K c2c2c2c2 a a a a 2KRT 344344344344m s 2 2 2 P RT v0 0634 m3 kg 2 22 v cf m0 543 m3 s 9 5 空气流经喷管作定熵流动 已知进口截面上空气参数 p1 0 7MPa t1 947 c1 0m s 喷管出口处的压力 p2 分别为 0 5 MPa 及 0 12 MPa 质量流量均为5 0 m kg s 试选择喷管 类型 计算喷管出口截面处的流速及出口截面积 解 1 p2 0 5MPa 528 0 1ppc 0 7 0 37 MPa pb 选缩放喷管 k k p p TT 1 1 2 12 737K 21 1 2 2TT k kR c985 m s 2 2 2 P RT v1 76 m3 kg 2 2 2 c mv f8 9cm2 9 6 空气流经一断面为 0 1m2的等截面通道 在截面 1 1 处测得 c1 100m s p1 0 15MPa t1 100 在截面 2 2 处 测得 c2 171 4m s p2 0 14MPa 若流动无摩擦损失 求 1 质 量流量 2 截面 2 2 处的空气温度 3 截面 1 1 与截面 2 2 之间的传热量 解 1 质量流量 1 1 1 P RT v0 71 m3 kg 1 1 v fc m14 08 kg s 2 08 14 4 1711 02 2 m fc v 1 22 m3 kg R vp T 22 2595K 3 tmcq p 3141kJ s 9 7 有 p1 0 18MPa t1 300 的氧气通过渐缩喷管 已知背压 pb 0 1MPa 喷管出口直径 d2 10mm 如不考虑进口流速的影响 求氧气通过喷管的出口流速及质量流量 解 p2 0 1 MPa 528 0 1ppc 0 18 0 1 MPa pb 出口为临界流速 1 1 2RT k k cc416 7 m s 质量流量 k k p p TT 1 1 2 12 484K 2 2 2 P RT v1 26 m3 kg 2v fc m0 026 kg s 9 8 空气通过一喷管 进口压力 p1 0 5MPa t1 600K 质量流量为 m 1 5kg s 如该喷 管的出口处压力为 p2 0 1MPa 问应采用什么型式的喷管 如不考虑进口流速影响 求定熵 膨胀过程中喷管出口气流流速及出口截面积 如为不可逆绝热流动 喷管效率 0 95 则 喷管气体出口速度及出口截面积各为多少 解 528 0 1ppc 0 5 0 264 MPa p2 所以应采用缩放喷管 1 出口流速 k k p p 1 1 2 0 6314 k k p p TT 1 1 2 12 378 8K 2 2 2 P RT v1 09 m3 kg 1 2 1 1 12 1 2 k k p p k kRT c667m s 2 2 c mv f 24 5cm2 2 2 2 cc 650 m s 21 1 2 TTTT 390K 2 2 2 P RT v1 12 m3 kg 2 2 c mv f 25 8cm2 9 9 某燃气 p1 1MPa t1 1000K 流经渐缩渐扩喷管 已知喷管出口截面上的压力 p2 0 1MPa 进口流速 c1 200m s 喷管效率 0 95 燃气的质量流量 m 50kg s 燃气的比热 k 1 36 定压质量比热 cp 1kJ kg K 求喷管的喉部截面积和出口截面积 解 进口流速 c1 200m s 2 2 1 c 20 kJ kg 远小于燃气的进口焓1Tcp 1000 kJ kg 忽略 出口流速 k k p p 1 1 2 0 5436 k k p p TT 1 1 2 12 543 6K 21 72 44 2 TTcc p 955m s 2 2 cc 931 m s 21 1 2 TTTT 566K p c k k R 1 264 7 kJ kg K 2 2 2 P RT v1 5 m3 kg 出口截面积 2 2 c mv f 805cm2 2 喉部流速 1 ppc 0 535 MPa k k c TT 1 1 847 4K cc kRTc552m s c c c P RT v0 4193 m3 kg 喉部截面积 c c c mv f 380cm2 9 10 水蒸气压力 p1 0 1MPa t1 120 以 500m s 的速度流动 求其滞止焓 滞止温度和滞 止压力 解 p1 0 1MPa t1 120 时水蒸气焓 h1 2716 8 kJ kg s1 7 4681 kJ kg K 滞止焓 h0 h1 c2 2 2841 8 kJ kg 查表得 p0 0 19 MPa t0 185 7 9 11 水蒸气的初参数 p1 2MPa t1 300 经过缩放喷管流入背压 pb 0 1MPa的环境中 喷管喉部截面积 20cm2 求临界流速 出口速度 质量流量及出口截面积 解 h1 3023 kJ kg s1 6 765 kJ kg K pc 0 546 2 1 092 MPa hc 2881 kJ kg vc 2 0 m3 kg h2 2454 kJ kg v2 1 53 m3 kg cc c hh172 44532 9 m s c2 21 72 44hh1066 7 m s 质量流量 c c v cf m min 0 533 kg s 2 2 2 c mv f 76 4cm2 9 12 解 h1 3231 kJ kg 节流后 s 7 203 kJ kg K h2 3148 kJ kg v2 0 2335 m3 kg pb p 0 546 渐缩喷管 c2 21 72 44hh407 4 m s 2 2 v fc m0 35 kg s 9 13 解 查表得 h2 2736 kJ kg 由 p1 2MPa 等焓过程查表得 x1 0 97 t1 212 4 6 10 21 0 4 212130 12 12 pp tt j 43 4K MPa 9 14 解 查表得 h1 3222 kJ kg h2 3066 kJ kg c2 21 72 44hh558 6 m s 2 2 cc 519 m s 动能损失 2 1 2 2 2 c 21 kJ kg 9 15 解 1 ln 1 2 ln 2 v v R T T cs v 0 199 kJ kg K 理想气体的绝热节流过程温度相等 用损 sTssThhex 0 21 021 59 7 kJ kg 9 16 解 由2 22 1 2 2 2 1 cTccTc pp 得 1 1 2 12 kk p p TT355K 2 12 21 2 2 cTTcc p 337m s 10 1 蒸汽朗肯循环的初参数为 16 5MPa 550 试计算在不同背压 p2 4 6 8 10 及 12kPa 时的热效率 解 朗肯循环的热效率 31 21 hh hh t h1 为主蒸汽参数由初参数 16 5MPa 550 定 查表得 h1 3433kJ kgs1 6 461kJ kg K h2 由背压和 s1 定 查 h s 图得 p2 4 6 8 10 12kPa时分别为 h2 1946 1989 2020 2045 2066 kJ kg h3 是背压对应的饱和水的焓 查表得 p2 4 6 8 10 12kPa时饱和水分别为 h3 121 41 151 5 173 87 191 84 205 29 kJ kg 故热效率分别为 44 9 44 43 35 42 8 42 35 10 2 某朗肯循环的蒸汽参数为 t1 500 p2 1kPa 试计算当 p1 分别为 4 9 14MPa 时 1 初态焓值及循环加热量 2 凝结水泵消耗功量及进出口水的温差 3 汽轮机作 功量及循环净功 4 汽轮机的排汽干度 5 循环热效率 解 1 当 t1 500 p1 分别为 4 9 14MPa 时初焓值分别为 h1 3445 3386 3323 kJ kg 熵为 s1 7 09 6 658 6 39 kJ kg K p2 1kPa s2 s1 对应的排汽焓 h2 1986 1865 1790 kJ kg 3 点的温度对应于 2 点的饱和温度 t3 6 98 焓为 29 33 kJ kg s3 0 106 kJ kg K 3 点压力等于 p1 s3 s3 t3 6 9986 7 047 7 072 则焓 h3 分别为 33 33 38 4 43 2 kJ kg 循环加热量分别为 q1 h1 h3 3411 3347 3279 8 kJ kg 2 凝结水泵消耗功量 h3 h3 进出口水的温差 t3 t3 3 汽轮机作功量 h1 h2 循环净功 0wh1 h2 h3 h3 4 汽轮机的排汽干度 s2 s1 7 09 6 658 6 39 kJ kg K p2 1kPa对应的排汽干度 0 79 0 74 0 71 5 循环热效率 1 0 q w 初焓 值 h1 排 汽 焓 h2 焓 h3 焓 h3循环加 热量 q1 h1 h3 凝结水 泵 消耗功 量 h3 h3 进出口 水的温 差 t3 t3 汽轮机 作功量 h1 h2 循 环 净 功 0w 循环 热效 率 3445198633 3329 33341140 01861459145542 78 3386186538 429 3333479 070 0671521151245 17 3323179043 229 333279 813 870 0921533151946 74 10 3 一理想朗肯循环 以水作为工质 在循环最高压力为 14MPa 循环最高温度 540 和循 环最低压力 7 kPa 下运行 若忽略泵功 试求 1 平均加热温度 2 平均放热温度 3 利用平均加热温度和平均放热温度计算循环热效率 解 1 点焓和熵分别为 3433kJ kg 6 529 kJ kg K 2 点焓和熵分别为 2027kJ kg 6 529 kJ kg K 3 点焓和熵分别查饱和压力下的饱和水表为 163 38kJ kg 0 5591 kJ kg K 1 平均加热温度 31 31 ss hh th547 7K 2 平均放热温度 32 32 ss hh tc312 17K 3 循环热效率 h c t t 1 43 10 4 一理想再热循环 用水作为工质 在汽轮机入口处蒸汽的状态为 14 MPa 540 再热 状态为 3 MPa 540 和排汽压力 7 kPa 下运行 如忽略泵功 试求 1 平均加热温度 2 平均放热温度 3 利用平均加热温度和平均放热温度计算循环热效率 解 1 点焓和熵分别为 3433kJ kg 6 529 kJ kg K 3 点焓和熵分别查饱和压力下的饱和水表为 163 38kJ kg 0 5591 kJ kg K 再热入口焓 B 压力为 3 MPa 熵为 6 529 kJ kg K hB 2988 kJ kg 再热出口焓 A hA 3547 kJ kg sA 7 347 kJ kg K 2 点焓和熵分别为 2282kJ kg 7 347 kJ kg K 4 平均加热温度 3 1 3 ss hhhh t A BA h 564K 5 平均放热温度 32 32 ss hh tc312K 6 循环热效率 h c t t 1 44 7 10 5 某回热循环 新汽压力为 10 MPa 温度为 400 凝汽压力 50kPa 凝结水在混合式回 热器中被 2 MPa 的抽汽加热到抽汽压力下的饱和温度后经给水泵回到锅炉 不考虑水泵消 耗的功及其他损失 计算循环热效率及每千克工质的轴功 解 1 点焓和熵分别为 h1 3096kJ kg s1 6 211 kJ kg K 排汽 2 点焓为 h2 2155kJ kg 3 点焓和熵分别查饱和压力下的饱和水表为 h3 340 57kJ kg 抽汽点 4 的焓 查 2 MPa 和 s4 s1 h4 2736 kJ kg 2 MPa 对应的饱和温度 212 37 h5 908 6 kJ kg 求抽汽率 57 3402736 57 340 6 908 34 35 hh hh 0 237 循环功量 24 1 410hhhhw 794 kJ kg 热效率 51 0 1 0 hh w q w 36 2 10 6某厂的热电站功率 12MW 使用背压式汽轮机 p1 3 5MPa t1 435 p2 0 8 MPa 排汽全部用于供热 假设煤的发热值为 20000kJ kg 计算电厂的循环热效率及耗煤量 设锅 炉效率为 85 如果热 电分开生产 电能由 p2 7kPa的凝汽式汽轮机生产 热能 0 8 MPa 的 230 的蒸汽 由单独的锅炉供应 其他条件相同 试比较耗煤量 设锅炉效率同上 解 1 点的焓 h1 3303 kJ kg s1 6 957kJ kg K 排汽点焓 s2 s1 h2 2908 kJ kg 锅炉进口水焓 0 8 MPa 对应的饱和水焓 h3 720 9 kJ kg 热效率 31 21 hh hh 15 3 总耗煤量 85 0 1020000153 0 1012 85 0 102 3 6 7 P m 4 61kg s 16 6t h 有 15 3 的热能发电 发电煤耗为 m1 m 0 705 kg s 2 54 t h p2 7kPa对应的排汽焓和锅炉进口水焓 h2 2161 kJ kgh3 163 38 kJ kg 电的耗煤量 85 0 2000036 0 1012 85 0 31 21 20000 85 0 120000 1 6 hh hh PP m 1 96 kg s 7 06 t h 供热煤耗量相同 14 06 t h 总煤耗 m 7 06 14 06 21 12 t h 10 7 小型供热 供电联合电站 进入汽轮机新蒸汽的压力为 1 MPa 温度为 200 汽轮机 供热抽汽压力为 0 3 MPa 抽汽通过热交换器后变成 0 3 MPa 的饱和液体 返回动力循环系 统 汽轮机乏汽压力为 40kPa 汽轮机需要输出 1MW 的总功率 而热交换器要求提供 500kW 的供热率 设汽轮机两段 即抽汽前后 的相对内效率都为 0 8 试计算进入汽轮机的总蒸 汽量和进入热交换器的抽汽量 解 0 3 MPa 的饱和液体 饱和汽 汽化潜热的焓 561 4 kJ kg 2725 5 kJ kg 2181 8 kJ kg 进入热交换器的抽汽量 8 2181 500 1 m 0 23kg s 新汽焓 h1 2827 kJ kg s1 6 693 kJ kg K 排汽焓 s2 s1 h2 2295kJ kg 抽汽焓 s3 s1 h3 2604kJ kg 乏汽量 21 31 18 0 101 2 3 hh hhm m 2 25 kg s 总蒸汽量 m m1 m2 2 48 kg s 10 8 奥托循环压缩比 8 压缩冲程初始温度为 27 初始压力为 97kPa 燃料燃烧当中 对工质的传热量为 700 kJ kg 求循环中的最高压力 最高温度 循环的轴功及热效率 设 工质 k 1 41 v c 0 73 kJ kg K 解 热效率 1 1 1 k 57 4 轴功 qw401 5kW 1 12 k TT 703 7K 最高温度 v c q TT 23 1662 6K k pp 121 82MPa 最高压力 定容 2 3 23 T T pp4 3MPa 10 9 狄塞尔循环压缩比 15 压缩冲程初始压力为 105kPa 初始温度为 20 循环吸热 量为 1600 kJ kg 设工质 k 1 41 p c 1 02kJ kg K 求循环中各点压力 温度 热效率 解 2 点的压力和温度 1 12 k TT 889K k pp 124 78 MPa 3 点压力和温度 p3 p2 23T c q T p 2458K 4 点的压力和温度 3 2 2 2 3 1 3 1 3 4 T T v T T v v v v v 5 4 k v v pp 4 3 340 443 MPa k k p p TT 1 3 4 34 1231K 热效率 1 4 2 3 T T v v 4 2 1 1 1 1 k k k 52 10 10 燃气轮机进气参数为 p1 0 1MPa t1 17 8 工质定压吸热终了温度 t3 600 设 k 1 41 p c 1 02kJ kg K 求循环热效率 压气机消耗的功及燃气轮机装置的 轴功 解 循环热效率 kk 1 1 1 45 3 p2 1p 0 8 MPa kk TT 1 12 530K 压气机消耗的功 12 12TTchhw pc 245 kJ kg kk T T 1 3 4 478K 燃气轮机作功 43 1TTcw p 403 kJ kg 燃气轮机装置的轴功 c www1158 kJ kg 23 1TTcq p 350 kJ kg 1q w 4 11 1 空气压缩致冷装置致冷系数为 2 5 致冷量为 84600kJ h 压缩机吸入空气的压力为 0 1MPa 温度为 10 空气进入膨胀机的温度为 20 试求 压缩机出口压力 致冷剂的 质量流量 压缩机的功率 循环的净功率 解 压缩机出口压力 1 1 2 1 1 kk p p 故 1 1 1 12 kk pp 0 325 MPa 2 1 3 4 p p p p T3 20 273 293K kk p p TT 1 3 4 34 209K 致冷量 41 2TTcq p 1 01 263 209 54 5kJ kg 致冷剂的质量流量 2q Q m0 43kg s kk p p TT 1 1 2 12 368K 压缩功 w1 cp T2 T1 106 kJ kg 压缩功率 P1 mw1 45 6kW 膨胀功 w2 cp T3 T4 84 8 kJ kg 膨胀功率 P2 mw2 36 5kW 循环的净功率 P P1 P2 9 1KW 11 2 空气压缩致冷装置 吸入的空气 p1 0 1MPa t1 27 绝热压缩到 p2 0 4MPa 经冷 却后温度降为 32 试计算 每千克空气的致冷量 致冷机消耗的净功 致冷系数 解 已知 T3 32 273 305K kk p p TT 1 1 2 12 446K kk p p TT 1 3 4 34 205K 致冷量 41 2TTcq p 1 01 300 205 96kJ kg 致冷机消耗的净功 W cp T2 T1 cp T3 T4 46 5kJ kg 致冷系数 w q2 2 06 11 3 蒸气压缩致冷循环 采用氟利昂 R134a 作为工质 压缩机进口状态为干饱和蒸气 蒸 发温度为 20 冷凝器出口为饱和液体 冷凝温度为 40 致冷工质定熵压缩终了时焓值 为 430kJ kg 致冷剂质量流量为 100kg h 求 致冷系数 每小时的制冷量 所需的理论功 率 解 在 lgp h 图上查各状态点参数 p1 0 133MPah1 386kJ kgs1 1 739 kJ kg K p2 1 016 MPah2 430 kJ kg h3 419 kJ kg h5 h4 256 kJ kg 致冷量 q2 h1 h5 386 256 130kJ kg 每小时的制冷量 Q2 m q2 12900kJ h 压缩功 w h2 h1 430 386 44 kJ kg 致冷系数 w q2 2 95 理论功率 P mw 100 44 3600 1 22kW 11 4 用一台氨蒸气压缩致冷机制冰 氨的蒸发温度为 5 冷凝温度为 30 冷凝器中冷 却水的进口温度为 12 出口水温为 20 欲在每小时内将 1000kg0 的水制成冰 已知 冰的融解热为 340kJ kg 试求 该致冷机每小时的制冷量