工程热力学课后标准答案

1、第六章水蒸气性质和蒸汽动力循环 思 考 题 1. 理想气体的热力学能只是温度的函数，而实际气体的热力学能则和温度 及压力都有关。试根据水蒸气图表中的数据,举例计算过热水蒸气的热力学能以 验证上述结论。 答:以5 00C的过热水蒸汽为例,当压力分别为1 b a r、30ba r、100 b ar及300bar时, 从表中可査得它们的熔值及比容，然后可根据“ +円，计算它们的热力学能，计算结果列于 表中： qC bar v m Jk g 力kJ /k g ”(kJ/kg) 500 1 3.565 348 7.9 3 1 3 1 4 30 0 116 1 34 5 6.4 3108.4 1 00 0

2、 .03 2 77 33 7 4.1 3046.4 300 0 .0 0 86 7 9 308 3 9 28 2 3.5 由表中所列热力学能值可见：虽然温度相同，但由于是实际气体比容不同，热力学能值 也不同。 2. 根据式（3-3 1 ）p）J可知：在定压过程中d h=cP d To这对任何物质 都适用，只要过程是定压的。如果将此式应用于水的定压汽化过程，则得d力= Q）dr= 0 （因为水定压汽化时温度不变,dT=0）o然而众所周知,水在汽化时焙是 增加的（d/E0）。问题到底出在哪里？ 答:的确，d/7=od T可用于任何物质，只要过程是左压过程。水在汽化时，压力不变, 温度也不变，但仍然

3、吸收热量（汽化潜热）吸热而不改变温度，英比热应为无穷大，即此处的 亦即为弓，而C7.=oc0此时dh = Z=不左值，因此这时的焙差或热量（潜热）不同通过比 热和温差的乘积来计算。 3. 物质的临界状态究竟是怎样一种状态？ 答:在较低压力下，饱和液体和饱和蒸汽虽具有相同的温度和压力，但它们的密度 却有很大的差别，因此在重力场中有明显的界而（液而）将气液两相分开，随着压力升高，两 饱和相的密度相互接近，而在逼近临界压力（相应地温度也逼近临界温度）时，两饱和相的密度 差逐渐消失。流体的这种汽液两相无法区分的状态就是临界状态。由于在临界状态下，各微 小局部的密度起伏较大，引起光线的散射形成所谓临界乳

4、光。 4. 各种气体动力循环和蒸汽动力循环，经过理想化以后可按可逆循环进行 计算,但所得理论热效率即使在温度范围相同的条件下也并不相等。这和卡诺定 理有矛盾吗？ 答:并不矛盾，虽然经过理想化的各种循环都可以按可逆循环计算，但甚至在相同 的温度范国内(指循环最髙温度和最低温度之间)也不一左具有相同的热效率。原因是吸热 过程和防热过程并不都是在最髙温度和最低温度下进行的，因而可能具有不同的平均吸热温 度和平均放热温度。所以循环热效率也可以不同。卡诺立理则是专对在最髙温度下吸热和在 最低温度下放热的可逆循环(包括卡诺循环和回热卡诺循环)而言的。 5 .能否在蒸汽动力循环中将全部蒸汽抽出来用于回热(这

5、样就可以取消凝 汽器,2=0),从而提高热效率？能否不让乏汽凝结放出热量0,而用压缩机将乏 汽直接压入锅炉，从而减少热能损失，提高热效率？ 答:不能在蒸汽动力装置中将全部蒸汽抽出来，用于回热。因为锅炉给水吸收不了 这么大的回热量，回热的抽气量是由热平衡方程确定的,通常只占汽轮机中蒸汽流量的小部 分，也不能将乏汽直接压入锅炉，由于不可逆性的存在，如果这样做，所需的压缩功将超过 蒸汽在汽轮机中膨胀作出功，整个装置不仅无动力输出，反而消耗动力，因而不可能起到节 能和提高热效率的作用。 6-1利用水蒸气的焙嫡图填充下列空口: 状态 P/MP a z/C h / ( k J/k g) kJ/(kg K)

6、 干度x / % 过热度D/C 1 5 500 3 4 34 6. 975 235 9 0.3 1 3 3 5 25 50 6.565 9 1 .9 3 10 180 2 5 24 6.0 86. 7 4 00 1 47 2 3 45 7.4 05 90 5 4 400 3 212 6.77 150 6-2已知下列各状态： (l)p = 3 MPa, f = 30 0 C; (2) p = 5 MP a , t = 155 C; (3) p =0. 3 MPa, x = 0. 92。 试利用水和水蒸气热力性质表查出或计算出各状态的比体积、焙、爛和热力学能。 解（1 ）v = 0.08116/

7、/ 焙:h = 2994.2R / kg ；s = 6.5498H /伙g K） u = h- pv = 2994.2 - 30 x 10 x 0.08116x10“= 2750.922 / kg （2） y = 0.001093525/kg ；/? = 656.525V； s = 1.88652/（畑K） u = h-pv = 656.525 -50 x 105 x 0.001093525 x 10“ = 651.0572 / 畑 （3）由P = 3bar,査饱和水蒸气表（附表7 ）得： =133.54C , v* =00010735沪/畑:v = 0.60586/畑 h =561.42/畑

8、；力=2725.52/畑 $ =1.67172/畑； s = 6.99302/伙gK） 所以 v = V + /（v* -V）= 0.0010735 + 0.92x（0.60856-0.0010735） = 0.55748m3 h = h + /（/ 一）= 561.4 + 0.92 x （2725.5 一 561.4） = 2552.372V /焙 5 = 5 +-5 ） = 1.6717 + 0.92X（6.9930-1.6717） = 6.5673V/（焰 K） u = h-pv = 2552372 -3x10* 0.55748 xlO = 2385.12SkJ/kg 6-3试利用计算机

9、，通过对式（7-2）的计算，列出一个从三相点到临界点 饱和蒸汽压随温度变化的关系表（从0 C开始，温度间隔取10C）,并与附 表6中的数据对照。 答案:从略 6-4某锅炉每小时生产10 t水蒸气，其压力为1 MPa,温度为3 50C。锅炉给水温度为4 0 C,压力为1.6 MPao已知锅炉效率为 _蒸汽吸收的热塑 “燃料可产生的热能 煤的发热量耳二2 9 00 0 kJ/kgo求每小时的耗煤量。 解: a蒸汽吸=叫汽丛=叫汽x（h2 -九） 由 片=16b“, t = 40C t査未饱和水（附表8）,得力|=16873R/畑 由P2=Obar,t2 =350叱,查过热蒸气（附表8）,得 他=3

10、15772/畑 煤发热 0煤 由热虽.I 衡Q嫉汽吸=0煤 3 = 0煤 Hy 可得 Q盪汽吸 （b0） 6-5过热水蒸气的参数为:PF1 3 MPa、G = 55 0 C。在蒸汽轮机中定 嫡膨胀到6二00 0 5 MPao蒸汽流量为每小时1 30 to求蒸汽轮机的理论 功率和出口处乏汽的湿度。若蒸汽轮机的相对内效率 =85%,求蒸汽轮机的功 率和出口处乏汽的湿度，并计算因不可逆膨胀造成蒸汽比燔的增加。 解h查水蒸气的h S表计算如下： 由片=13加厂“ =550C，査附表（附表8）,得仏=3469.02/焰； =6.60492/焙 由P2 = 0.005bar 饱和蒸气表（附表7 ） 得2

11、s点各参数为:r2j= 32.88C： /q = 137.22/畑；力=2560.552/焙； r = 242282 /畑；5 2j = 0.47612 /(kg K)； $2$ = 8.39302/(畑K) 则 $2$ = S = 6.6049 = S 2$ + 龙(S 2$ - S 2)= S 2$ + Xis yT- 所以 = (6.6049-0.476 l)x (273.15 + 32.89) 2423.4 = 0.77414 y2, = 1 一血=1 一 0.77414 = 0.2259 h2x = h2x + rx2s = 137.2 + 2422.8 x 0.77414 = 20

12、13.32/焙 理论功率 prs = 1IZ 13OxlO3 “、 =mW =x (Il 一 h*) 3600 13 x 104 -x (3469.0-2013.3)-52578W 3600 实际功率 13 x 104 耳=mWlsrjri =-x (3469-2013.3)x0.85 = 44691好V 为求2状态点的干度/必先求出他，可山相对内效率定义求得饥 h2 =片一側一/仏“ =3469 一 (3469 一 2013) x 0.85 = 2231.4 kJ/kg / = 2231.4-137.2 = 086416 r2422.8 y2 =1-2 =1-0.86416 = 0.1358

13、 不可逆损失造成的蒸汽比嫡增加为：$ =归-仏 s2x = 5| = 6.6049V /(kg K) 52 =52+/2(52525) =0.4761 + 0.86416X(8.3932一0.4761) = 7.3176V/(kg K) 所以 $27$ =巾一仏=7.3176- 6.6049 = 0.7127V /(焙 K) 6-6 一台功率为200MW的蒸汽轮机，其耗汽率d二3. 1 kg/ (kW-h)o 乏汽压力为 0.0 0 4 MPa,干度为0. 9,在凝汽器中全部凝结为饱和水(图7 27)。已知冷却水进入凝汽器时的温度为10C,离开时的温度为18 C;水的 比定压热容为4. I 8

14、7 kJ/(kg-K)，求冷却水流量。 解先求每小时的蒸汽流量 內=P d = 200000 x 3kg/h 由 A=0004MHn x 二 0. 9 附表 7,得 / = 2432.27 根据热量平衡方程0乏气放=。疗水放 所以 7-27 6- 7已知朗肯循环的蒸汽初压a=10 MPa,终压p：= 0 .005 MPa;初温 为:(1) 5 0 0C. (2) 55 0 Co试求循环的平均吸热温度、理论热效率和耗 汽率kg/ ( kW-h) o 答案(1 ) 5 2 8.45 K (2) 542.7 5 K , ,42.09 % , 2 65 1 43.6 2 %, 2. 483 kg/ (

15、kW.h) kg/ (kW.h) 6-8已知朗肯循环的初温ti=5 0 0C,终压处二0OOSMPao初压为:(1) 1 OMPa. (2) 15MP (3)制冷系数； (4 )冷却水流量已知冷却水经过氨冷凝器 后温度升高8 K,水的比定压热容为4. 1 87 k J/ ( kg-k) o 0.12 xlO6 kJ/hl,压气机绝热效 解:参考图8-10. 8-11 及8- 1 2, 由 P = 0.2MPa，查 logP-图 得 h =53kJlkg ill P = Q.2MPa沿等嫡线向上与P2 = MPa线交于2点查得h . = 1800V 因为: 图 8-!2 则 /,. = hv + 他厂心=1570+ 灿二1)= 1860V / kg /?3=/?4. =440AJ/ (查lgP-h图) (1)氨的流量： .Q、 a 0.12x106/3600 n rnQQn/ . /n = = = 0.02980kg / s q2 hv-h4 1560 440 (2) 压气机出口温度及耗