工程热力学课后答案--华自强张忠进高青(第四版)第11章.pdf

1111 第十一章 水蒸气及蒸汽动力循环 11 111 1 试根据水蒸气的h s图 求出下述已知条件下的各状态的其 它状态参数p v t h s及x 或过热蒸汽的过热度D t ts 已知 1 p 0 5 MPa t 500 2 p 0 3 MPa h 2 550 kJ kg 3 t 180 s 6 0 kJ kg K 4 p 0 01 MPa x 0 90 5 t 400 D 150 解解 查h s图得 h 3500 kJ kg s 8 08 kJ kg k 0 72 m v 3 kg D 448 s 6 54 kJ kg k x 0 921 t 134 57 0 v m3 kg h 2520 kJ kg x 0 865 v 0 168 m3 kg h 253 4 kJ kg s 7 4 kJ kg k t 46 h 320 0 kJ kg s 6 68 kJ kg k x 1 p 4Mpa 2 2 根据水蒸气表 说明下述已知条件下的各状态的其它状态 参数t v h及s 已知 1 p 0 3 MPa t 300 2 p 0 5 MPa t 155 3 p 0 3 MPa x 0 92 解解 查水蒸汽表得 1 kgm16081 0 3 v kgkJ2 4299 h KkgkJ8540 6 s 2 kgm525093001 0 3 v kgkJ525 656 h KkgkJ5886 1 s 3 ts 133 54 v 0 001 073 5 m3 kg kgm86605 0 3 v kJ kg5 2725 kJ kg4 561 hh K kJ kg993 6K kJ kg6717 1s s 所以 vvxvv kgm48557 0 0735001 086605 0 92 05073001 0 3 1 hhxhh kJ kg372 2552 4 5615 272 92 04 561 ssxss k kJ kg3567 6 617 1993 6 92 06717 1 11 3 11 3 某锅炉每小时生产10 t水蒸气 蒸汽的压力为1 MPa 温度 为350 锅炉给水的压力为1 MPa 温度为40 已知锅炉效率即蒸 汽所得热量为占燃料发热量的比率为78 煤的发热量为30 000 kJ kg 求每小时的耗煤量 解解 由表查得 kJ kg7 3157 kJ kg3 168 21 hh 生产10t水蒸气需吸热量 10 21 4 hhQ 设每小时锅炉耗煤量为mkg 共发热为Q 煤的发热量为HV V HmQ 根据平衡 并考虑锅炉效率 BVB HmQQ 故 kg h5 7127 10378 0 3 1687 3157 10 4 4 VB H Q m 11 411 4 进入蒸汽轮机的蒸汽的初参数为p1 3 MPa t1 450 绝热膨胀后乏汽的压力为p2 0 005 MPa 如果蒸汽流量为30 t h 试求 汽轮机的功率 若汽轮机效率为85 问汽轮机的实际功率为多少 这时乏汽的干度及熵有何变化 解解 由 p1 3 MPa t1 450 查得 h1 334 5 kJ kg 由 p2 0 005 Mpa 查得 h2s 216 0 kJ kg 理率功率 kW5987 21603345 3600 1030 3 23 h hmmwp s 实际功率 kW75 383985 05987 pp 为求干度x2 必先求出h2 可由汽轮机效率求得h2 kJ kg75 7233118585 03345 2112 hhhh 而由p2 0 005 MPa 查得h 137 77 kJ kg h 256 1 2 kJ kg 故 908 0 77 1372 2561 77 13775 2337 12 2 hh hh x 由 p1 t2查得 s1 7 0847kJ kg K s2s 由 p2s x2查得 s2 7 67kJ kg k 故熵的变化为 s s2 s2S 7 67 7 084 7 0 585 kJ kg K 11 511 5 一 台 功 率 为20 000 kW的 汽 轮 机 其 耗 汽 率 为3 3 kg kW h 已知乏汽的压力为p2 0 005 MPa 干度为0 9 乏汽在冷 凝器中向冷却水放热而凝结为饱和水 冷却水的进水温度为10 出 水温度为18 设水的比热容为4 187 kJ kg K 试求冷却水消耗量 解解 耗汽率d是指每作出1kWh的功量所需的蒸汽量 P q N q d mm 所以每小时的蒸汽流量应为 m P d 由p1 0 005 Mpa 0 9 查表得 h 137 77 kJ kg h 2561 2kJ kg 汽化潜热r 2423 4 kJ kg 乏汽凝结后放出热量为 Q qmr 而qm kg冷却水吸热为 Q qm cp t2 t1 根据热平衡方程两者应相等 即 Q Q 故冷却水消耗量 1018 187 4 9 04 32423 30400 12 m m ttc xrq q p t h103 4kg h103 4 33 11 611 6 水蒸气的压力为1 6 MPa 温度为400 现经一渐缩喷管 流出而产生高速 喷管出口外背压为1 2 MPa 试求喷管出口的蒸汽流 速 又若背压为1 MPa 流速可达到多少 解解 由p0 1 6 MPa及t0 400 查得 h0 3255kJ kg 介质过热蒸气 取 k 1 3 其 546 0 0 p pc 而背压pB 1 2 Mpa 可见 546 0757 0 6 1 2 1 0 p pB p2可达到pB 0态定熵膨胀至pB 由h s图查得h2 3170kJ kg 故出口流速 31705325 2 2 202 hhcf 412 3 m s 若 1MPA 则 B p 546 0 6 1 1 1 B p p 此时达不到 2 p B p 最低能达到 MPa8763 016546 0 0 0 p P p p c c 故从0态定熵膨胀至pc 由h s图查得 2 h 308 5 kJ kg 故出口流速 m s1 583 53085325 2 2 20f2 hhc 11 711 7 已知朗肯循环的蒸汽初压p1 5 MPa 初温t1 450 乏 汽压力p2 0 005 MPa 试求该循环加热过程的平均加热温度及循环热 效率 又若把蒸汽初温提高到550 试求循环热效率 解解 由p1 5 MPa t1 450 查得h1 3 318 kJ kg 由 态定熵膨胀至p2 0 005 MPa时 查得 h2 2 080 kJ kg h 137 77 kJ kg s 0 476 2 kJ kg k 而 hh 3 kJ kg8 142 1010 005 50 0010052 077 137 35 3030 ppvhwhh p 循环热效率 01 3021 hh hhhh 388 0 8 1428331 77 1378 142 02083318 加热过程的平均吸热温度 01 1 1 ss q Tm ss 0 s21 ss 由p t两参查得 82 6 1 s 6 82 而 故 011 hhq K500 4762 082 6 8 1423318 01 01 1 ss hh Tm 227 1 m t 当t1提高到550 时 查得 h1 3550kJ kg h2 2172kJ kg 3 hh 其值与h0值同上 此时循环热效率 403 0 8 1420355 77 1378 142 21720350 t 11 811 8 已知朗肯循环的蒸汽初压p1 5 MPa 初温t1 500 乏 汽压力p2 0 005 MPa 试求该循环的平均吸热温度 循环热效率及乏 汽的干度 又若把蒸汽初压提高到10 MPa 试求循环热效率及乏汽的 干度 解解 由p1 5 MPa t1 500 查得 h1 3435kJ kg s1 6 9768 kJ kg k 再定熵膨胀到p2 0 005 MPa 查得 h2 2128kJ kg h 137 77kJ kg s 0 4762kJ kg k x2 0 822 3030 ppvhh 05 050 2005001 077 137 142 8 kJ kg 故循环热效率 01 3021 hh hhhh t 395 0 8 1423435 77 1378 142 21283435 平均吸热温度 ss hh ss q Tm 1 01 01 1 1 K506 4762 09768 6 8 1423435 233 1 m t 当p1提高到10 MPa时 查得 h1 3 375 kJ kg 再定熵膨胀到p2时 查得 h2 2 012 kJ kg 并查得此时乏汽的干度 774 0 2 x 此时 3030 ppvhh 05 0100 2005001 077 137 147 8 kJ kg 循环热效率 419 0 8 1473375 77 1378 147 20123375 t 11 9 11 9 蒸汽动力装置的再热循环 其蒸汽初温t1 550 初压p1 14 MPa 再热过程的蒸汽压力为3 MPa 再热终了温度为550 乏汽 压力为0 005 MPa 试求其循环热效率及乏汽的干度 并求具有相同蒸 汽初参数及乏汽压力的朗肯循环的循环热效率及乏汽干度 并进行比 较 解解 由p1 14 MPa t1 500 查得 h4 3 460 kJ kg 由状态1定熵膨 胀 到p1 3 MPa 查 得 ha 3 010 kJ kg 再 热 至t1 550 时 得 又膨胀至p kJ kg3568 1 h2 0 005 MPa 得 并查得 x kJ kg2248 2 h 2 0 871且h3 137 77 kJ kg 0 001 005 2 m 3 v 3 kg 故 313330 ppvhwhh p 35 1010 05 0140 2005001 077 137 kJ kg84 151 此再热循环的热效率 1 101 3 2 a t hhhh hh 即 101 03211 a a t hhhh hhhhhh 30103568 84 1513460 84 15177 137 22483568 30103460 454 0 在相同蒸汽初参数及乏汽压力时查得h2 2005kJ kg 769 0 2 x 此朗肯循环的热效率为 01 3021 01 32 1 hh hhhh hh hh t 435 0 84 1513460 77 13784 151 20053460 11 1011 10 一台蒸汽动力装置采用一级抽汽回热 该装置的蒸汽初压 p1 14 MPa 初温t1 550 乏汽压力p2 0 005 MPa 根据理论分析 采用一级抽汽时最佳的给水温度为新蒸汽饱和温度及乏汽温度的中间 温度 故取抽汽压力为0 3 MPa 试求该回热循环的循环热效率及汽轮 机的轴功 并求具有相同蒸汽初参数及乏汽压力的朗肯循环的循环热 效率及汽轮机的轴功 并进行比较 解解 由p1 140bar t1 550 查得h1 3 460 kJ kg 在中间压力pa 0 3 MPa处抽汽 查得ha 255 0 kJ kg及hb 561 43 kJ kg再绝热膨胀至 p2 0 005 MPa 查得h2 2 005 kJ kg及h3 137 77 kJ kg 0 001 005 2 v m3 kg 因此 kJ kg07 138 1010 05 03 0010052 077 137 35 23330 ppvhwhh ap 抽汽量 5175 0 07 1382550 07 13843 5