工程热力学(第三版)习题答案全解可打印第十一章

1、第十一章 蒸汽动力装置循环 142 第十一章第十一章 蒸汽动力装置循环蒸汽动力装置循环 11-1 简单蒸汽动力装置循环（即朗肯循环） ，蒸汽的初压 1 3mpap =，终压 2 6kpap =，初 温如下所示，试求在各种不同初温时循环的热效率 t ，耗汽率 d 及蒸汽的终干度 2 x，并将所 求得的各值填写入表内，以比较所求得的结果。 1/ c t o 300 500 t 0.3476 0.3716 d/ kg/j 1.00910-6 8.1510-7 2 x 0.761 0.859 解： （1） 1 3mpap =， 1 300 ct = o ， 2 6kpap =。由 h-s 图查得： 1

2、 2996kj/kgh =， 2 2005kj/kgh =， 2 0.761x =， 2 36 ct = o 。 取 22 4.187kj/(kg k) 36 c150.7kj/kg w hc t = o 、 3 2 0.001mv 水泵功近似为 221 33 () 0.001m /kg(3.00.006) 10 kpa2.994kj/kg3kj/kg p wvpp = = 热效率 12 12 (299620053)kj/kg 34.76% (2996 150.73)kj/kg p t p hhw hhw = 若略去水泵功，则 12 12 2996kj/kg2005kj/kg 34.83% 2

3、996kj/kg 150.7kj/kg t hh hh = 6 3 12 11 1.009 10 kg/j (29962005) 10 j/kg d hh = （2） 1 3mpap =， 1 500 ct = o ， 2 6kpap =，由 h-s 图查得： 1 3453kj/kgh =、 2 2226kj/kgh =、 2 0.859x = 2 36 ct = o 取 22 4.187kj/(kg k) 36 c150.7kj/kg w hc t = o 若不计水泵功，则 12 12 3453kj/kg2226kj/kg 37.16% 3453kj/kg 150.7kj/kg t hh h

4、h = 第十一章 蒸汽动力装置循环 143 7 3 12 11 8.15 10 kg/j (34532226) 10 j/kg d hh = 11-2 简单蒸汽动力装置循环，蒸汽初温 1 500 ct = o ，终压 2 0.006mpap =，初压 l p如下表 所示，试求在各种不同的初压下循环的热效率 t ，耗汽率d、及蒸汽终干度 2 x，并将所求得 的数值真入下表内，以比较所求得的结果。 p1/ mpa 3.0 15.0 t 0.3716 0.4287 d/ kg/j 8.15107 6.05107 2 x 0.859 0.742 解： (1) 112 3mpa500 c0.006mpa

5、ptp= o 、，即上题的(2)。 (2) 112 15mpa500 c0.006mpaptp= o 、，由图查得sh 11 3305kj/kg6.345kj/(kg k)hs=、 据 21 ss=，由 2 0.006mpap =得0.5208kj/(kg k)s =，8.3283kj/(kg k)s = 2 6.345kj/(kg k)0.5208kj/(kg k) 0.746 8.3283kj/(kg k)0.5208kj/(kg k) ss x ss = 由 2 0.006mpap =，求得151.47kj/kgh =、2566.5kj/kgh = 2 () 151.47kj/kg0.7

6、66 (2564.5 151.47)kj/kg1953.0kj/kg hhx hh=+ =+= 忽略水泵功 12 12 (3305 1953.0)kj/kg 42.87% (3305 151.47)kj/kg t hh hh = 7 3 12 11 6.05 10 /kgj (3305 1653.0) 10 j/kg d hh = 11-3 设有两个蒸汽再热动力装置循环，蒸汽的初参数都为 1 12.0mpap =， 1 450 ct = o ，终 压都为 2 0.004mpap =，第一个再热循环再热时压力为 2.4mpa， 另一个再热时的压力为0.5mpa， 两个循环再热后 蒸汽的温度都为

7、400。 试确定这两个再热循环的热效率和终 温度，将所得的热效率、终温度和朗肯循环作比较，以说明再 热时压力的选择对循环热效率和终湿度的影响。 注： 湿度是指 1 kg 湿蒸汽中所含和水的质量，即（1x） 第十一章 蒸汽动力装置循环 144 解： （1）由 1 12.0mpap =、 1 450 ct = o 及再热压力2.4mpa b p =，由 h-s 图查得 11 3212kj/kg6.302kj/(kg k)2819kj/kg b hsh=、3243kj/kg a h =、 2 2116kj/kgh =、820. 0 2 =x 2 0.004mpap =、 1 6.302kj/(kg

8、k) cb sss=， 0.4221kj/(kg k) c s = 、 8.4725kj/(kg k) c s= 6.302kj/(kg k)0.4221kj/(kg k) 0.730 8.4725kj/(kg k)0.4221kj/(kg k) cc c cc ss x ss = 2 0.004mpap = 2 121.30kj/kgh = 2 2553.5kj/kgh = 12 12 ()()(32122819)kj/kg(32432116)kj/kg 43.25% ()()(3212 121.30)kj/kg(32432819)kj/kg ba t ab hhhh hhhh + = +

9、终湿度 22 11 0.820.18yx= = = （2）再热压力 0.5mpa b p = 时， 12c hxh 、 、同（1） 2530kj/kg b h = 、3275kj/kg a h =、 2 2350kj/kgh =、 2 0.916x = 12 12 ()()(32122530)kj/kg(32752350)kj/kg 40.02% ()()(3212 121.30)kj/kg(32752530)kj/kg ba t ab hhhh hhhh + = + 22 11 0.9160.084yx= = = (3) 无再热朗肯循环 222 () 121.30kj/kg0.730 (25

10、53.5 121.30)kj/kg1896.8kj/kg cc hhx hh =+ =+= 1 12 3212kj/kg1896.8kj/kg 42.55% 3212kj/kg 121.30kj/kg c t hh hh = 2 11 0.7300.27 c yx= = = 列表比较 /% t 2 y 无再热 42.55 0.27 再热压力 2.4mpa 43.25 0.18 再热压力 0.5mpa 40.02 0.084 第十一章 蒸汽动力装置循环 145 由此可见，再热压力高，可提高循环效率，但提高干度的作用不显著，再热压较低，提 高干度作用较大，但可能引起循环热效率下降。 11-4 具有

11、两次抽汽加热给水的蒸汽动力装置回热循环。其装置示意图如图 11-13 所示。已知： 第一次抽气压力 01 0.3mpap=，第二次抽汽压力 02 0.12mpap=，蒸汽初温 1 450 ct = o ，压 1 3.0mpap =。冷凝器中压力 2 0.005mpap =。试求：抽汽量 12 、；循环热率； 耗汽率d；平均吸热温度。 再与朗肯循环的热效率 t 、耗汽率d和平均吸热温度作比较、并说明耗汽率为什么反 而增大？ 解： 由 1 3.0mpap =，1450 ct = o 、 01 0.3mpap=、 02 0.12mpap=、 2 0.005mpap =， 从 h-s 图查得： 101

12、 3344kj/kg2765kj/kghh=、， 022 2603kj/kg2159kj/kghh=、， 由饱和水和饱和蒸气表得： 01022 561.58kj/kg439.37kj/kg137.72kj/kghhh =、 （1） 求 12 、 由热平衡方程式得： 1010110102 ()(1)()hhhh= 0102 1 0102 561.58kj/kg439.37kj/kg 0.0525 2765kj/kg439.37kj/kg hh hh = 2020212022 ()(1)()hhhh= 1022 2 022 (1)()(1 0.0525)(439.37 137.72)kj/kg 0

13、.1159 (2603 137.72)kj/kg hh hh = (2)求循环热效率 1101 3344kj/kg561.58kj/kg2782.4kj/kgqh h = 21222 (1)() (1 0.05250.1159)(2159 137.72)kj/kg1680.9kj/kg qhh= = 2 1 1680.9kj/kg 1139.6% 2782.4kj/kg t q q = = = 或 net1011010212022 ()(1)()(1)() 3344kj/kg2765kj/kg(1 0.0525)(27652603)kj/kg (1 0.05250.1159)(26032159

14、)kj/kg1101.7kj/kg whhhhhh=+ =+ += 第十一章 蒸汽动力装置循环 146 net 1 1101.7kj/kg 39.6% 2782.4kj/kg t w q = （3）耗汽率 7 net 11 9.08 10 kg/j 1101.7kj/kg d w = （4）平均吸热温度 由过热蒸汽表及和饱和蒸汽表查得 101 7.0817kj/(kg k)1.6721kj/(kg k)ss =、 101 7.0817kj/(kg k) 1.6721kj/(kg k)5.4096kj/(kg k) sss = = 1 1 2782.4kj 514.3 5.4096kj/(kg

15、k) q tk s = （5）与朗肯循环比较 热效率： 12 12 3344kj/kg2159kj/kg 37.0% 3344kj/kg137.72kj/kg t hh hh = = 耗汽率： 7 3 12 11 8.44 10 j/kg (33442159) 10 j/kg d hh = = 平均吸热温度 查表得 2 0.4761kj/(kg k)s = 112 1 12 3344kj/kg 137.72kj/kg 485.4k 7.0817kj/(kg k)0.4761kj/(kg k) qhh t sss = = 比较发现，采用抽汽回热后，热效率较简单朗肯循环有所提高，而耗汽率有所增大，

16、这 是因为抽汽使每 kg 新蒸汽作出的功减小，故使 d 增大，但由于回热，虽吸热量减少，平均吸 热温度升高，放热温度不变，故 t 提高。 第十一章 蒸汽动力装置循环 147 11-5 某发电厂采用的蒸汽动力装置，蒸汽以 1 9.0mpap =， 1 480 ct = o 的初态进入汽轮机。 汽轮机的0.88 t =。冷凝器的压力与冷却水的温度有关。设夏天冷凝器温度保持 35。假定 按朗肯循环工作。求汽轮机理想耗汽率 0 d与实际耗汽率 i d。若冬天冷却水水温降低。使冷凝 器的温度保持 15，试比较冬、夏两季因冷凝器温度不同所导致的以下各项的差别：加热 量；热效率（可略去水泵功） 。 解： 由

17、 11 9.0mpa480 cpt= o 、， 查得 1 3336kj/kgh =、 1 6.5894kj/(kg k)s =。 （1）夏天，t2=35，由饱和水与水蒸气表中查得： 22 0.0056263mpa146.59kj/kgp h = 由 h-s 图查得 2 2016kj/kg s h=。 汽轮机的理论技术功 12 3336kj/kg2016kj/kg1320kj/kg ts whh= 汽轮机的实际技术功 t 0.88 1320kj/kg1161.6kj/kg tt ww = = 若不计水泵功时，循环的内部功 1161.1kj/kg it w w = 吸热量 112 3336kj/k

18、g 146.59kj/kg3189.4kj/kgqh h = 装置的内部热效率 1 1161.1kj/kg 34.4% 3189.4kj/kg i i w q = 理想耗汽率 7 0 3 12 11 7.63 10j kg 1310 10 j/kg s d hh = 实际耗汽率 7 3 11 8.61 10j kg 1161.1 10 j/kg i i d w = （2）冬天， 2 15 ct = o ，由水蒸气表查得 222 22 0.0017053mpa2528.07kj/kg62.95kj/kg 0.2243kj/(kg k)8.7794kj/(kg k) phh ss = = 、 、

19、21 6.5894kj/(kg k)ss= 22 2 22 6.5894kj/(kg k)0.2243kj/(kg k) 0.744 8.7794kj/(kg k)0.2243kj/(kg k) ss x ss = 第十一章 蒸汽动力装置循环 148 22222 (1) 0.744 2528.07kj/kg(1 0.744) 62.95kj/kg1897.0kj/kg s hx hx h=+ =+= 12 3344kj/kg 1897.0kj/kg1447.0kj/kg ts whh= t 0.88 1447.0kj/kg1273.36kj/kg tt ww = = 112 3344kj/kg

20、62.95kj/kg3281.05kj/kgqh h = 1 1273.36kj/kg 38.8% 3281.05kj/kg i i w q = 7 0 3 11 6.91 10 j/kg 1447.0 10 j/kg t d w = 7 3 11 7.85 10 kg/j 1273.36 10 j/kg i i d w = 列表比较 /kj/kg i w 1/kj/kg q t / % 夏天 1161.1 3189.4 36.4 冬天 1273.36 3281.05 38.8 11-6 某简单朗肯循环，蒸汽初压 1 6mpap =，初温 1 600 ct = o ，冷凝器内维持压力10kpa

21、， 蒸汽质流量是80kg/s，假定锅炉内传热过程是在 1400k 的热源和水之间进行；冷凝器内冷却 水平均温度为 25。试求： （1）水泵功； （2）锅炉烟气对水的加热率； （3）汽轮机作功； （4） 冷凝器内乏汽的放热率；(5)循环热效率；(6)各过程及循环不可逆作功能力损失。已知 0 290.15kt =。 解： 查 h-s 图及饱和水和饱和蒸汽表 11 3657kj/kg7.161kj/(kg k)hs=、； 2 2276kj/kgh =、 21 7.161kj/(kg k)ss=、 22 191.76kj/kg0.6490kj/(kg k)hs =、； 3 242 0.0010103m

22、kg0.6490kj/(kg k)vss =/、 （1） 水泵功 4242 3633 () 0.0010103m /kg (6 1010 10 )pa6.05 10 j pi whhvpp = = 80kg/s 6.05kj/kg484.1kw pmp pq w= 第十一章 蒸汽动力装置循环 149 （2） 加热率 11412 () 3657kj/kg(191.76kj/kg6.05kj/kg)3459.19kj/kg p qhhhhw =+ =+= 5 11 80kg/s 3459.19kj/kg2.767 10 kw m q q= （3） 汽轮机作功 t12 3657kj/kg2276kj

23、/kg1381kj/kgwhh= 5 tt 80kg/s 1381kj/kg1.105 10 kw m pq w= （4） 循环热效率 222 2276kj/kg 191.76kj/kg2084.24kj/kgqhh = 5 22 80kg/s2084.24kj/kg1.667 10 kw m q q= （5） 循环热效率 2 1 2084.24kj/kg 1139.75% 3459.19kj/kg t q q = = = 或 tp net 11 1381kj/kg6.05kj/kg 39.75% 3459.19kj/kg t ww w qq = （6） 各过程不可逆作功能力损失 因膨胀及压缩

24、均按等熵过程计算，故不可逆损失表现在烟气向水放热及乏汽向 冷却水放热的过程中。锅炉内传热过程： 烟气熵变 1 3459.19kj/kg 2.0675kj/(kg k) 1673.15k g g q s t = = iso4114 () 2.0675kj/(kg k)(7.161 0.6490)kj/(kg k) 4.445kj/(kg k) gg ssssss= += + = + = 0iso 4 80kg/s 290.15k4.445kj/(kg k)10.32 10 kw bm iq ts= = 冷凝器内传热过程： 冷却水熵变 2 2084.24kj/kg 6.9906kj/(kg k)

25、(273.1525)k c c q s t = + iso2222 () 6.9906kj/(kg k)(0.64907.161)kj/(kg k)0.4786kj/(kg k) cc ssssss = += + =+= 第十一章 蒸汽动力装置循环 150 4 0iso 80kg/s 290.15k0.4786kj/(kg k)1.11 10 kw cm iq ts= & 循环不可逆损失： 44 (10.32 1.11) 10 kw11.43 10 kw bc iii=+=+= & 11-7 题 11-6 循环改成再热循环，从高压汽轮机排出的蒸汽压力为0.5mpa，加热到 500后 再进入低压

26、汽轮机，若所有其它条件均不变，假定循环总加热量也不 变（即上题中锅炉内加热量） 。试求： （1）在低压汽轮机末端蒸汽的干 度； （2）锅炉及再热器内单位质量的总加热量； （3）高压汽轮机和低 压汽轮机产生的总功率； （4）循环热效率； （5）各过程和循环不可逆 作功能力损失。 解 由题 11-6 112 424 3657kj/kg7.161kj/(kg k)191.76kj/kg 0.6490kj/(kg k)197.81kj/kg hsh ssh = = 、 、 查 h-s 图 22 2906kj/kg3485kj/kg8.082kj/(kg k) 2563kj/kg0.991 abb hh

27、s hx = = 、；、 、 （1） x2=0.991 （2） 加热量：锅炉内每 kg 工质吸热量即上题中 1 q 1 3459.19kj/kg b qq= 再热器内每 kg 蒸汽吸热量 1 3485kj/kg2906kj/kg579kj/kg 3459.19kj/kg579kj/kg4038.19kj/kg rba br qhh qqq = =+=+= 因总加热器未变，所以蒸汽流量减少为 5 1 1 2.767 10 kj/s 68.53kg/s 4038.19kj/kg m q q = = 5 68.53kg/s 3459.19kj/kg2.371 10 kw bmb q q= 5 68.

28、53kg/s 579kj/kg0.397 10 kw rmr q q= （3） 功率 高压汽轮机 t,h1 4 () 68.53kg/s (3657kj/kg2900kj/kg)5.15 10 ma pqhh kw = = 低压汽轮机 t,l2 4 () 68.53kg/s (3485kj/kg2563kj/kg)6.32 10 kw mb pqhh= = 第十一章 蒸汽动力装置循环 151 45 tt,ht,l (5.156.32) 10 kw1.147 10 kwppp=+=+= （4） 热效率 222 11 2563kj/kg191.76kj/kg 11141.28% 4038.19kj

29、/kg t qhh qq = = = = （5） 锅炉及再热器内不可逆损失 iso44 5 / () 2.767 10 kj/s 8.02kj/(kg k)0.6490kj/(kg k) 68.53kg/s 1673.15k 5.020kj/(kg k) m gbb g q sssss t = +=+ =+ = 0iso 4 68.53kg/s 290.15k 5.0220kj/(kg k)9.98 10 kw bm iq ts = = 冷凝器内不可逆损失 222 iso222222 ()() (2563 191.76)kj/kg 0.6490kj/(kg k)8.082kj/(kg k) (

30、273.1525)k 0.5202kj/(kg k) c cc qhh sssssss tt = +=+=+ =+ + = 0iso 4 68.53kg/s 290.15k0.5202kj/(kg k)1.03 10 kw cm iq ts= = & 45 (9.98 1.03) 10 kw1.10 10 kw bc iii=+=+= & 11-8 题 11-6 循环改成一级抽汽回热循环，抽汽压力为0.5mpa，若其它条件均不变， 假定锅炉总加热量不变，试求： （1）锅炉内水的质量流量； （2） 两台水泵总耗功； （3）汽轮机作功； （4）冷凝器内族热量； （5） 循环热效率； （6）各过程及

31、循环不可逆作功能力损失。 解：据题 11-6 11 3657kj/kg7.161kj/(kg k)hs=、 2201 2276kj/kg191.76kj/kg2906kj/kghhh =、 3 22 0.6490kj/(kg k)0.0010103m /kgsv =、 5 1 2.767 10 kw=、 0101 640.35kj/kg1.8610kj/(kg k)hs =、 4 197.81kj/kgh =。 对回热器列能量方程 42242 3633 () 191.76kj/kg0.0010103m /kg (0.5 10 pa10 10 pa) 10 192.26kj/kg hhvpp +

32、 =+ = 第十一章 蒸汽动力装置循环 152 014 014 6430.35kj/kg192.26kj/kg 0.165 2906kj/kg192.26kj/kg hh hh = （1） 锅炉内水质流量： 查表 3 01 0.0010925m /kgv = 50101501 3663 () 640.35kj/kg0.0010925m /kg(6 10 pa0.5 10 pa) 10 646.36kj/kg hhvpp + =+ = 115 () m qhh= 5 1 15 2.767 10 kj/s 91.9kg/s 3657kj/kg646.36kj/kg m q hh = （2） 水泵耗

33、功 低压泵 p,l424 ()(1)() (1 0.165) 91.9kg/s (192.26 191.76)kj/kg38.36kw mlmi pqhhqhh = = 高压泵 p,h501 () 91.9kg/s(646.36kj/kg640.35kj/kg)552.32kw m pqhh = = p,lp,h 38.36kw552.32kw590.7kw p ppp=+=+= （3） 汽轮机作功 t101012 ()(1)() (3657kj/kg2906kj/kg)(1 0.165)(2906kj/kg2276kj/kg) 1277.1kj/kg whhhh=+ =+ = 5 tt 91

34、.9kg/s 1277.1kj/kg1.174 10 kw m pq w= （4） 冷凝器放热量 2222 5 ()(1)() (1 0.165) 91.9kg/s (2276 197.26)kj/kg1.595 10 kw l mm qhhqhh = = 热效率 5 nettp 5 11 1.174 10 kj/s59.07kj/s 42.2% 2.767 10 kj/s t ppp = 或 5 2 5 1 1.595 10 kj/s 1142.4% 2.767 10 kj/s t = = = 第十一章 蒸汽动力装置循环 153 （5） 作功能力损失 锅炉内不等温传热 iso51 2.067

35、5kj/(kg k)(7.161 1.861)kj/(kg k)3.2325kj/(kg k) g sss= + = += b0iso 4 91.9kg/s 290.15k 3.2325kj/(kg k)8.62 10 kw m iq ts= = & 回热器内混合过程 iso01012 (1) 1.861kj/(kg k)0.165 7.161kj/(kg k) (1 0.165) 0.649kj/(kg k)0.1375kj/(kg k) g sssss =+ = += 4 r0 91.9kg/s 290.15k0.1375kj/(kg k)0.767 10 kw mg iq t s= &

36、冷凝器内传热过程 因条件题 11-6 同，所以 iso 0.4786kj/(kg k) s =与题 11-6 相同。 c0iso 4 91.9kg/s (1 0.165) 290.15k0.4786kj/(kg k)1.066 10 kw ml iq t s = = & 44 brc (8.62kw0.367kw1.066kw) 1010.05 10 kwiiii=+=+= & 或 锅炉烟气放热量的热量 1 55 0 ,q1 1 290.15k (1)12.767 10 kw2.287 10 kw 1673.15k x t e t = 冷凝器中冷却水吸热量的热量 2 55 0 ,q2 2 29

37、0.15k 111.595 10 kw0.043 10 kw 298.15k x t e t = 循环输出净功 nettp 555 1.174 10 kw0.0059 10 kw1.168 10 kw x ppp = = & 12 ,q,q 555 5 2.287 10 kw0.043 10 kw1.168 10 kw =1.076 10 kw xxx i = = & 11-9 某热电厂（或称热电站）以背压式汽轮机的乏汽供热，其新汽参数为 3mpa、400。背 压为0.12mpa。乏汽被送入用热系统，作加热蒸汽用。 放出热量后凝结为同一压力的饱和水， 再经水泵返回锅炉。设用热系统中热量消费为

38、7 1.06 10 kj/h，问理论上此背压式汽轮机的电 功率输出为多少 kw？ 第十一章 蒸汽动力装置循环 154 解： 已知 7 1122 3.0mpa400 c0.12mpa1.06 10 kj/hptp= o 、。 查 h-s 图得： 1 3232kj kgh =、 2 2540kj kgh = 查表得： 2 439.37kj kgh = 每 kg 蒸汽凝结放出热量 222 2540kj/kg439.37kj/kg2100.63kj kg qhh = = 蒸汽质量流量 7 2 2 1.06 10 kj/h 5046.1kg h 2100.63kj/kg m q q = 每 kg 蒸汽作功 net12 3232kj/kg2540kj/kg692kj/kgwhh= 汽轮