第五章 习题(蒸汽动力循环和制冷循环)

1、第五章 蒸汽动力循环和制冷循环5-3 设有一台锅炉,每小时产生压力为 2.5MPa ,温度为 350的水蒸汽 4.5吨,锅炉的给水温度为 30, 给水压力 2.5MPa 。 已知锅炉效率为 70%, 锅炉效率:染料可提供的热量蒸汽吸收的热量 =B 。如果该锅炉耗用的燃料为煤,每公斤煤的发热量为 29260kJ ·kg -1,求该锅炉每小时的耗煤 量。解:查水蒸汽表 2.5MPa 20 H 2O 13. 86-=kg kJ H 2.5MPa 40 H 2O 177. 169-=kg kJ H 内插得到 2.5MPa 30 H 2O 104. 12823. 8677. 169-=+=kg

2、kJ H查水蒸汽表 2.0MPa 320 H 2O 15. 3069-=kg kJ H 2.0MPa 360 H 2O 13. 3159-=kg kJ H 内插得到 2.0MPa 350 H 2O 185. 31365. 306930405. 30693. 3159-=+-=kgkJ H查水蒸汽表 3.0MPa 320 H 2O 14. 3043-=kg kJ H 3.0MPa 360 H 2O 17. 3138-=kg kJ H 内插得到 3.0MPa 350 H 2O 188. 31144. 304330404. 30437. 3138-=+-=kg kJ H内插得到 2.5MPa 350

3、 H 2O 187. 3125285. 313688. 3114-=+=kgkJ H锅炉在等压情况下每小时从锅炉吸收的热量:131231490235 04. 12887. 3125(105. 4 (2-=-=-=hkJ H H H m Q O H锅炉每小时耗煤量: 16. 658292607. 013490235-=hkg mcoal5-4 某朗肯循环的蒸汽参数为:进汽轮机的压力 MPa p 61=,温度 C t =5401,汽轮机 出口压力 MPa p 008. 01=。如果忽略所有过程的不可逆损失,试求:(1汽轮机出口乏气 的干度与汽轮机的作功量; (2 水泵消耗的功量; (3 循环所作出

4、的净功; (4 循环热效率。 解:朗肯循环在 T -S 图上表示如下:1点(过热蒸汽性质: MPa p 61=, C t =5401,110. 3517-=kgkJ H 119999. 6-=kgkJ S2点(湿蒸汽性质:MPa p 008. 02=, 1129999. 6-=Kkg kJ S S l188. 173-=kg kJ H l 15026. 0-=kg kJ S l12577-=kgkJ H g 12287. 8-=kgkJ S g 130084. 1-=g cm V l1-2过程在膨胀机内完成,忽略过程的不可逆性,则该过程为等熵过程,11129999. 6-=KkgkJ S S(

5、1 设 2点干度为 x ,由汽液混合物的性质计算可知:2 1(S S x xSl g=-+839. 05926. 02287. 85926. 09999. 62=-=-=lg l S S S S x2点汽液混合物熵值:1210. 219088. 173 839. 01(839. 02577 1(-=-+=-+=kgkJ H x xHH l g汽轮机向外作功:1129. 13261. 21900. 3117-=+-=-=kJkg H H W S(2 水泵消耗的功率:16610610008. 0042. 61010 008. 06(0084. 166-=-=kgkJ dp VW lp(3 循环所做

6、净功:186. 1320 042. 69. 1326( (-=+-=+-=kJkg W W W p S 净(4 循环热效率134922. 179042. 688. 173-=+=+=+=kgkJ W H W H H p l p3958. 0922. 1790. 3517042. 69. 1326(4121=-=-+-=H H H H QW W p S 5-16 某蒸汽厂采用朗肯循环操作,已知进入汽轮机的蒸汽温度为 500,乏气压力为 0.004MPa , 试计算进入汽轮机的蒸汽压力分别为 4MPa 和 14MPa 时, (1 汽轮机的作功量; (2乏气的干度; (3循环的气耗率; (4循环的热

7、效率; (5分析以上计算的结果。 解:1点:, 41MPa p = C t =5001 113. 3445-=kg kJ H , 1110901. 7-=Kkg kJ S2点:MPa p 004. 02=, 11120901. 7-=KkgkJ S S146. 121-=kgkJ H l 14226. 0-=kg kJ S l14. 2554-=kgkJ H g 14746. 8-=kg kJ S l 13004. 1-=g cm V l 1-2过程在膨胀机内完成,忽略过程的不可逆性,则该过程为等熵过程,11120901. 7-=KkgkJ S S2点干度为 x ,由汽液混合物的性质计算可知:

8、2 1(S S x xSl g=-+8281. 04226. 04746. 84226. 00901. 72=-=-=lg l S S S S x2点汽液混合物熵值: 1218. 213646. 121 8281. 01(8281. 04. 2554 1(-=-+=-+=kgkJ H x xHH l g(1 2点乏汽干度为 0.8281(2 汽轮机作功量: 11212. 130918. 21363. 3445-=+-=-=kJkg H H W S(3 循环的气耗率:1(75. 212-=h kW kg W SSC S(4 循环热效率水泵消耗的功率16610410004. 0012. 41010

9、 004. 04(004. 166-=-=kgkJ dp V W l p13447. 125012. 446. 121-=+=+=+=kgkJ W H W H H p l p3931. 047. 1253. 3445012. 412. 1309(=-=+-=QW W p S 同理可得 MPa p 14=1点:, 141MPa p = C t =5001 1115. 3321-=kg kJ H , 1113877. 6-=KkgkJ S2点:MPa p 004. 02=, 11123877. 6-=KkgkJ S S146. 121-=kgkJ H l 14226. 0-=kg kJ S l14

10、. 2554-=kgkJ H g 14746. 8-=kg kJ S l 13004. 1-=g cm V l 1-2过程在膨胀机内完成,忽略过程的不可逆性,则该过程为等熵过程,11123877. 6-=KkgkJ S S2点干度为 x ,由汽液混合物的性质计算可知:2 1(S S x xSl g=-+7408. 04226. 04746. 84226. 03877. 62=-=-=lg l S S S S x2点汽液混合物熵值: 1278. 192346. 121 7408. 01(7408. 04. 2554 1(-=-+=-+=kgkJ H x xHH l g(1 2点乏汽干度为 0.7

11、408(2汽轮机作功量: 11237. 139715. 332178. 1923-=-=-=kJkg H H W S(3循环的气耗率:1(58. 237-=h kW kg W SSC S(4循环热效率水泵消耗的功率16610410004. 0052. 141010 004. 014(004. 166-=-=kgkJ dp V W l p13451. 135052. 1446. 121-=+=+=+=kg kJ W H W H H p l p4342. 021. 13515. 3321052. 1437. 1397(=-=+-=QW W p S (5 结果分析 量减少,循环的热效率升高。5-18

12、 逆卡诺(Carnot 循环中,冷、热源温差越大,制冷系数是越大还是越小,为什么? 解:逆向 Carnot 循环的制冷系数计算公式(P149 : LH L SC T T T W q -=0由上式可以看出,逆卡诺循环冷热源温差越大,制冷系数 C 越小5-20 逆卡诺(Carnot 循环供应 35kJ ·s-1的制冷量,冷凝器的温度为 30,而制冷温度 为 -20,计算此制冷循环所消耗的功率以及循环的制冷系数。 解:逆向 Carnot 循环的制冷系数: LH L SC T T T W q -=006. 5253303253=-=-=LH L C T T T 单位制冷剂耗功量:设制冷剂循环

13、量为 m kg·s -1,单位制冷剂提供的冷量为 q 01035-=skJ mqQssC mW Q mWs mq W q 000=kW skJ Q mWP CsT 92. 692. 606. 5351=-5-27 某制冷装置采用氨作制冷剂,蒸发室温度为 -10,冷凝室温度为 38,制冷量为 10×105kJ ·h -1,试求:(1压缩机消耗的功率; (2制冷剂的流量; (3制冷系数。解:制冷循环在 p-H 图上表示如下: 由 P309氨的压焓图,由 -10的饱和蒸汽线点 1(0.29085MPa 查得:111562-=kg kJ H 1-2压缩过程速度很快,可按绝

14、热过程处理,如果过程可逆,则为绝热可逆过程,所以 012=S ,即为等熵过程。由 38饱和蒸汽压线与过 1点的等熵线交点确定 2点,查得:121840-=kg kJ H由 38饱和蒸汽压线和饱和液相线交点确定 4点,查得:14510-=kgkJ H(2 制冷剂每小时循环量:16057. 9501052101-=hkg q Q m(3 单位质量制冷剂耗功量:1(4 压缩机功率:kW mW P s T 41. 73360027857. 9503600=(5 制冷系数:78. 327810520=sW q 方法二 由 TS 图求解 朗肯循环在 TS 图上表示如下： 由-10等压线和饱和汽相线交点确定

15、 1 点，查得其（过热蒸汽）性质： H 1 = 339.4cal kg 1 = 1420.73kJ kg 1 由过 1 点的等熵线与 38饱和蒸汽压线交点确定点 2，得 2 点（湿蒸汽）性质： H 1 = 404cal kg 1 = 1694.4kJ kg 1 由 38饱和蒸汽压线与饱和液相线交点确定点 4，查得： H 1 = 87cal kg 1 = 87 × 4.186kJ kg 1 = 1694.4kJ kg 1 （1） 单位制冷量： q 0 = H 1 H 4 = 1420.77 364.18 = 1056.59kJ kg （2） 制冷剂每小时循环量： m = 1 Q0 1

16、× 10 6 = = 946.44kg h 1 q 0 1056.59 1 （3） 单位质量制冷剂耗功量： Ws = H 2 H 1 = 1694.4 1420.73 = 273.67 kJ kg （4） 压缩机功率： PT = mWs 273.67 × 946.44 = = 71.95kW 3600 3600 制冷系数： = q0 1056.59 = = 3.86 Ws 273.67 531 蒸汽压缩制冷装置采用氟里昂（R12）作制冷剂，冷凝温度 30，蒸发温度-20， 节流膨胀前液体制冷剂的温度为 25， 蒸发器出口处蒸汽的过热温度为 5， 制冷剂循环量 -1 （1）该制冷装置的制冷能力和制冷系数； （2）在相同温度条件下逆向 为 100kg·h 。试求： 卡诺循环的制冷系数。 解：该过程在 PH 图上表示如下 由-20的饱和蒸汽压线与-15的等温线交叉点确定 1 点的焓熵值， H 1 = 346.8kJ kg 1 12 的过程为等熵过程，由过 1 点的等熵线与 30的等压线的交点确定 2 点 H 2 = 376.8kJ kg 1 由 30等压线与 25的等温线确定点 4，查得焓值： H 4 =