第六章习题解

本文格式为Word版，下载可任意编辑——第六章习题解6-15某特定工艺过程每小时需要0.188MPa，品质（干度）不低于0.96、过热度不大于7℃的蒸汽450kg。现有的蒸汽压力为1.794MPa、温度为260℃。

（a）为充分利用现有蒸汽，先用现有蒸汽驱动一蒸汽透平，而后将其乏汽用于上述特定工艺工程。已知透平机的热损失为5272kJ﹒h-1，蒸汽流量为450kg﹒h-1，试求透平机输出的最大功率为多少KW。

（b）为了在透平机停工检修时工艺过程蒸汽不至于中断，有人建议将现有蒸汽经节流阀使其降至0.188MPa，然后再经冷却就可得到工艺过程所要求的蒸汽。试计算节流后的蒸汽需要移去的最少热量。(a)该过程可视作稳流过程,利用热力学第一定律:

0.188MPa下，饱和水h=496.44kJ/kg，饱和水蒸气h=2703.50kJ/kg查表可得：P=1.794MPa，T=260C（即过热蒸汽状态）

h1?2936.177kJ/kg,o

h2?(1?x)h1?xHg?2615.22kJ/kg?H?Q?Ws,即:H2?H1?Q?Ws

故：

Ws?(2615.22?2936.177)*450?5272?388.66kw3600

（b）节流膨胀，?H?0

?H2?H1,即h2?h1?2936.18kJ/kg

查得P=0.188MPa，h2?2936.18kJ/kg时，水蒸气温度t2?232.36oC，即：t2?505.51K节流后冷却：Q??H??h3?h2由于Q为最小，则t3为最大则t3?118.29?7?125.29oC查得此状态下h3?2718.23kJ/kg

故Q?m(h3?h2)?450*(2718.23?2936.18)??98077.5kJ/h

6-16某理想气体（分子量为28）在0.7MPa、1089K下，以35.4kg.h-1

1

的质量流量进入一透平机膨胀到0.1MPa。若透平机的输出功率为3.5KW(KJ/s)，热损失6710kJ.h-1。透平机进、出口连接钢管的内径为0.016m，气体的热容为1.005kJ/（kg﹒K），试求透平机排汽的温度和速度。

：以透平机为研究对象，1kg理想气体为计算基准，忽略动、位能变化

Q?6710???189.55kJ?kg-1m35.4?3.5ws???355.93kJ?kg-1

35.43600q???h?Cidp?T?1089??1.005?T?1089?

由理想气体状态方程p?1?M??RT知

p1M0.7?28??2.1648kg?m-33RT18.314?10?1089p2M0.1?28336.78??kg?m-33RT28.314?10TT?2?对于稳流过程

??????m??1?d2??u1??2?d2??u2

?4??4?因此

u1?m?1?4?d235.43600?22.6m?s-122.1648?0.785?0.016u2??12.1648u1??22.6?0.145T2m?s-1?2336.78T2121?2?u??0.145T??22.62??0.01051T2?255.38?22?由热力学第一定律表达式

1?h??u2?q?ws

21.005?T?1089??0.01051T2?255.38??189.55?355.93

解得：T?545.65K

u2?0.145?545.65?79.23m?s-1

6-24设有10kg水被下述热流体从288K加热到333K，水的平均恒压热

2

容为4.1868kJ.kg-1.K-1,试计算热流体与被加热的水的熵变。（a）用0.344MPa的饱和水蒸气加热。冷凝温度为411.46K；（b）用0.344MPa、450K的过热蒸汽加热。

已知0.344MPa饱和蒸汽的冷凝热为-2149.1kJ.kg-1.K-1，411K～450K水蒸气的平均恒压热容为1.918kJ.kg-1.K-1。（假设两种状况下蒸汽冷凝但不过冷）

：将水从288K加热到333K所需热量

Q??H?mPC?T1?0

4?.486?8?33?3?28?81884（a）用0.344MPa的饱和水蒸气加热，所需蒸汽量m为：

m?H冷?Q

2149.1m?1884.06

m?0.8767kg

T2333?S水?mCpln?10?4.1868ln?6.08kJ?K-1

T1288?H冷2149.1?S热＝m?0.8767??4.58kJ?K-1

T411.46（b）用0.344MPa、450℃的过热蒸汽加热。所需蒸汽量m为：

mCP?T?m?H冷?Q

1.918?450－411?m＋2149.1m?1884.06

m?0.8471kg

?H冷T24502149.1???S热?mCpln＋m?0.8471?1.918ln???4.57kJT1T411411.46??

3

1108.2?103?0.6513?a?1693?10

6-2712MPa、700℃的水蒸气供给一个透平机，排出的水蒸气的压力为0.6MPa。

（a）在透平机中进行绝热可逆膨胀，求过程理想功和损失功。

（b）假使等熵效率为0.88，求过程的理想功、损失功和热力学效率。：

（a）入口水蒸气性质可由水蒸气h-s图查得：

s1?7.0757kJ?kg-1?k-1，

-1-1绝热可逆膨胀为等熵过程

s2?s1?7.0757kJ?kg?k

出口为过热蒸汽，由压力和熵值由h-s图查得出口焓值

h2?2904.1kJ?kg-1

由

热

力

学

第

一

定

-1律

ws??h?h2?h1?2904.1?3858.4??954.3kJ?kg-1W??H?T?S??H??954.3kJ?kg理想功id0绝热可逆膨胀的损失功

WL?Wid?WS?0

-1w?0.8??954.3??839.8kJ?kg??（b）等熵效率为0.88时s

-1h?h?w?3858.4?839.8?3081.6kJ?kg对于该绝热过程21s-1-1s?7.2946kJ?kg?k由h-s图查得不可逆绝热过程的出口熵值2

设环境温度为298K，

Wid??H?T0?S??h2?h1??298?7.2946?7.0757???905kJ?kg-1

-1损失功WL?WS?Wid??839.8?905?65.2kJ?kg

4

WS839.8热力学效率?a?W?905?0.928

id6-301kg水在1.378MPa的压力下，从20℃恒压加热到沸点，然后在此压力下全部汽化。环境温度为10℃。问水吸收的热量最多有百分之几能转化为功？水加热汽化过程所需要的热由1200℃的燃烧气供给，假定加热过程燃烧气温度不变，求加热过程的损耗功。

1.378Mp1.378Mp??????1kg水.?????l???20Caa?1.378Mpat0?10?C?g?求:?c??

:1.378MPa下的水的沸点(泡点温度饱和时的)为195?C.水的热容Cp?4.1868kJ?kg-1?K-1

水:20?C?195?C

?H1?Cp?T?4.1868?195?20??732.69kJ?kg-1

?S1?CplnT2468?4.1868ln?1.961kJ?kg-1?K-1T12930.38v?1?Tr2??H2水汽化:v????H1?1?Tr1?,

已知.正常沸点?H1v?2676.1?419.04?2257.06kJ?kg-1.

?1?0.723??H?2257.06???1?0.576?v20.38?1920kJ?kg-1Tc?647.3K

Tr2?468373?0.723.Tr1??0.576.647.3647.31920?S2??4.10kJ?kg-1?K-1.?H?732.69?1920?2652.69kJ?kg-1.

468?S?1.961?4.10?6.061kJ?kg-1?K-1

Wid??H?T0?S?2652.69?283?6.061?93