《工程热力学》练习题题解2.pdf

《《工程热力学》练习题题解2.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《《工程热力学》练习题题解2.pdf（62页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、第八章气体和蒸汽的流动一复习思考题解答【思 8-1】答：不一定，只有当来流的M a p b(背压)时，流体的流速增大。【思 8-2】答：对渐缩喷管，出口流速不变，出口流量减少；对缩放喷管，出口流速减小，出口流量不变。【思 8-3 答：流体在管道内连续增速的条件包括力学条件和几何条件。力学条件是：流体在管道入口截面上与管道出口处环境之间要存在压力差，且入口截面上压力要大于出口环境压力。几何条件是：当流体M a l 时，管道截面积要渐扩。【思 8-4】答：对亚音速流，渐 缩 管 1 和缩放管3满足使气流加速的几种条件，宜于作喷管，渐扩管2满足使气流减速增压的儿种条件，宜于作扩压管；对超音速流，渐扩

2、管2宜于作喷管，渐 缩 管 1 和缩放管3宜于作扩压管；管 4是等截面管，不具备使气流加速或减速的几种条件，既不适于作喷管，也不适于作扩压管。【思 8-5】答：根据声速公式：a=可见它与流体的性质和状态有关。【思 8-6】答:摩擦损耗表现在终态焰h 2 上，当流体绝热膨胀到同终压P 2 时，摩擦耗散的动能乂变成热能返还给工质，导致有摩擦损耗时的l h 要大于没有摩擦损耗时的h 2,所以有摩擦损耗时的出口速度比无摩擦损耗时的出口速度小。【思 8-7】答：因为在节流孔口附近，流体的状态变化是不平衡的变化过程，各状态参数值都不能确定，所以绝热节流过程的特征只体现在节流前后的稳定态的焰相等，而不能认为

3、整个节流过程的焰始终不变。【思 8-8】答：流动工质在与外界没有热量和功的交换的情况下，速度降至零的过程称为绝热滞止，此时工质的状态参数统称为滞止参数。在不计位、势能时，根据能量方程，1 ,1,q A h +-/c2+g Az+w.则 +，？=(),所以任一截面的滞止焰都相等。如果是理想2 s 2气体，焰仅是温度的函数，任一截面的滞止温度也都相等。滞止过程有可逆与不可逆之分。当可逆滞止时，所有滞止状态参数无论是什么工质，在任一截面上都是一样的。当为不可逆滞止时，随不可逆性的程度不同，虽然滞止熔一样，但滞止嫡却不同，不可逆性愈大，滞止端也愈大，其它状态参数也随之发生变化。二练习题解答【习题8-1

4、】解：查水蒸气热力性质表得p H).6 7 M P a,f=2 5 0 4 D=0.3 9 2 2 m3/k g,管道截面积所以m v 3.4 x 0.3 9 2 2 .-=-=3 2 m/sA 0.0 4 1 5 5【习题 8-2 解：已知 cp=1.0 0 4 U /(k g -K),K=L4,8=0.0 9 8 M P”，c,=3()0/M/.V,q=1 5 依题意，空气在扩压管出口如要达到可能达到的最大压力，该过程一定为可逆绝热滞止过程，此时必有c2=()。根据能量方程因为所以,1 2 .%+-c,=h2h=C p T%，h2=cpT2c23 0 02+-=(2 7 3 +1 5)+-

5、r=3 3 2.8 K2cp 2 x l.0 0 4 x l 03又因为过程是可逆绝热的，所以p2=P i (%)K=0.0 9 8 =.1 6 2 6 M P aT1 2 8 8【习题8-3 解：先计算临界压力”,并比较p,与外界压力p 的大小后，决定喷管出口工质的压力。PcB p=0.5 4 6 x 1 5.6 9 x l O5=8.5 6 7 x 1 0 5 P a查水蒸汽热力性质表得：=3 2 5 5 /，S|=7.2 7 1 6 f c/(k g-K)(1)因为 Pb=1 1.7 9 x 1 05 Pa pc,所以 P 2 =P4。由 2，$2=5，查 表 得h2=3 m.k J/k

6、 g ,匕=0.2 2 3 5 2 m3/喷管出口流速c2=J 2(-2)=1 2 x(3 2 5 5-3 1 7 3.1)x 1 0 3 =4()4.9 m/s喷管流量%A2C2 _ 2 0 0 x I Q-6 x 4 0 4.9%0.2 2 3 5 20.3 6 2 3依/s(2)因 为 为=0.9 8 0 7 x 105 Pa pc,所以 P 3 =P c 由 P3，S3=4，查 表 得h3=3 0 8 7 I k g ,v3=0.3 2 0 2 m3/k g喷管出口流速c3=J 2(.-必)=J 2 x(3 2 5 5-3 0 8 7)x 1()3 =5 7 9.5 7，I s喷管流量

7、也=4 c 3 _ 2 0 0 x 1 0 2 x 5 7 9.5 70.3 2 0 2=0.3 62k g /s(3)p4=ph=0.9 8 0 7 x 1()5 P a,由 小，。4 =1.6 8 3 4/n3/k g喷管出口流速I，查 表 得 九=2 6 4 1.2。/k g ,c4=J2(-力4)=12x(3255-2641.2)X1()3=H07.98m/s根据质量守衡，喷管任意截面上的流量相等，有应 4=也=0.362依/s缩放喷管出口截面枳4=也空生=5.5 x 105 5.5毋。4 1107.98【习题8-4解：先计算临界压力 区,并比较P,与外界压力p的大小后，决定喷管出口工

8、质的压力。pc=0 p =0.528 x 0.7=0.3 696M Pa因为Pb Pc，所以选用缩放喷管，出口压力p?=ph=0 A 5 M P a出口截面温度K-1 n S L4-1T,=7 也1=(800+2 7 3)x()14=691KP 0.7出口截面流速c2=2-(7,-7)=h 1 4：2.7 x.073 691)=中6m l s出口截面声速K 一a2=KRT2=71.4x287x691=526.9/s出口截面马赫数M。，=2=3=1.6 6a2 526.9出口截面空气比容uRT.287x691 3,2=-=-=1.322I m3/奴p2 0.15xl06空气流量,0 x 1 0

9、8 7 61.32213.975依/s【习题8-5解：先计算临界压力p,并比较P,与外界压力p 的大小后，决定喷管出口工质的压力。Pc=BcP=0.546 x 1.6=0.8736MP。查水蒸汽热力性质表得：九=3254。/依，S|=7.26134V/(kg-K)(1)渐缩喷管因为 Pb=Q.M Pa p .,所以 p2=pc=0.8736MPa由夕2，$2=4，查表得：h2=3 090k J/k g ,u2=0.3001/n3/k g喷管出口直面流速c2=,2(.心)=72000 x(3254-3090)=572.7加/s喷管流量.A2C,2 4 0 x I O-6 x 5 7 2.7 .m

10、,=-=0.4 5 8依/su2 0.3 0 0 1Q)缩放喷管,3 =ph-OAM Pa由 P 3，$3=$1，查表得：h3=2 6 4 9 V/k g ,u3=1.6 6 5 6 m3/k g喷管出口截面流速Q=J 2(-6 3)=5 2 0()0 x(3 2 5 4 -2 6 4 9)=1 1 0 0/n /s根据质量守衡，喷管任意截面上的流量相等，有机 3=m2喷管出口截面积A,=应3:-、-=0-.-4-5-8-x-1-.-6-6-5-6-=6.9 3 5 x 1i n0 .4 m 2=6/9 3 5%，九23 c3 1 1 0 0【习题8-6 解：先计算临界压力0.，并比较几与外界

11、压力p 的大小后，决定喷管的型式。pc=工 p、=0.5 2 8 x 0.5 5 =0.2 9 0 4 M P a因 为P，,=0.I M P。所以 P2=0.5 8M Pa。由P i=l M P a,t,=3 2 0 ,查 水 蒸 汽 热 力 性 质 表 得：4=3 0 9 4口/依S =7.2 0 A J /(k g -K)由 小，$2=S 1查水蒸汽热力性质表得：%=2962k J/k g,u2=0A 5 m3/k g喷管出口截面蒸汽流速c2=2)=5 2 0 0 0 x(3 0 9 4-2 9 6 2)=5 1 3.8 m/s喷管蒸汽流量”也1 0 0 x 1 0 4 X5 1 3.8

12、0.4 1 5=1 2.3 8 A g/s(2)流动中的动能损失 Ek=(l-(p2)-=(l-0.952)X=1 281 k J I k g喷管出口蒸汽的实际出口焰值为h2.=h2+A =2 9 6 2 +1 2.8 7 =2 9 7 4.8 7/k g由p 4h?查水蒸汽热力性质表得：s?=1.22k J/(k g -K),故作功能力损失：1=7；A s =(2 7 3 +2 8)x (7.2 2 -7.2 0)=6.0 2 V /k g【习题8-8 解：空气定压比热KR 1.4 x 2 8 7 ，八 八 一 ，cn=-=-=1 0 0 4.5 J /(依-K)K-1 1.4-12由力*=

13、+_,6 =c“T得空气的实际温度2 pT=Tf-=(2 7 3 +7 0)=3 31.8K=5 8.8 2 cp 2 x 1 0 0 4.5【习 题8-9 解：(I)由p i =1.5 M P a,t,=3 0 0 ,查 水 蒸 汽 热 力 性 质 表 得：%=3 03 7 k J/k g ,S =6.945 9k J/(k g K)。由P 2 =iOk Pa,s?=S ，查水蒸汽热力性质表得：h2=2200k J/k g每k g蒸汽作的功w,=%-k=3 0 3 7 -2 2 0 0 =8 3 7。/k g(2)由绝热节流过程前后焰值不变，得初焙不变，即片=%=3 03 7 k J/k g

14、蒸汽功量w；=0.7 5%=0.7 5 x 8 3 7 =6 2 7.7 5。/k g蒸汽出口焰值h 2=h-吗=3 0 3 7 -6 2 7.7 5 =2 4 0 9.2 5/依由P 2,外 在水蒸汽-s图上查得2 点，作 等 端 线 向 上 与 川 的 交 点 即1 点，查得p =0.3 5 M P a【习 题8-1 0 解：绝热节流过程前后焰值不变，对于理想气体，h=cpT,心=I =3 0 0 K o由节流而引起的燃增量因此有 s =I n-R皿 也=-2 8 7 x l n =1 9 8.9 J /(依 K)3 Pi 3可逆膨胀至P 2时，每k g空气的作功量KRT.R,1.4 x

15、2 8 7 x 3 0 0、,1.5 ,w,=K =-1-()1 4 =5 4Ak J/k gK-1 P 1.4-1 3第九章气体的压缩一复习思考题解答【思9-1】答：无论是活塞式压气机还是叶轮式压气机，其产生压缩气体的热力过程是相同的。都是气体流入压气机后被压缩，压力提高，然后流出压气机。在此过程中将外界输入的机械能转变成工质的压力势能，只不过前者的生产过程是间歇的、分批的，而后者是连续的。【思9-2】答：从以下儿点考虑：(1)从相同的初态压缩到相同的终压，如果初温等于环境温度，则在初温下等温压缩最省功；(2)初温越高，定温压缩功越大；(3)不付代价能得到的最低冷却介质温度为环境温度。综上所

16、述，可知在环境温度下的定温压缩最省功。可采用的措施有：(1)如果工质压缩前的温度高于环境温度，则先定压冷却到环境温度，再定温压缩；(2)在压缩过程中，为实现定温压缩可采取边压缩边冷却的方法，如在活塞式压气机气缸外加冷却水套。【思9-3】答：为了避免活塞与气缸头相撞击，在活塞移到气缸左端时必须在活塞与气缸壁之间留有一定的间隙，该间隙所占有的气缸体积称为余隙体积。由于余隙体积的存在，高压气体在排出气缸时总剩一部分在气缸内，在下一个进汽过程中首先膨胀，而占据一定的气缸容积，使气缸吸入气体的有效体积大大减小。【思9-4】答：在单级压缩过程中，体枳效率随增压比的提高而降低，当增压比大到一定程度时，体积效

17、率为零，此情况下，就没有压缩气体产出了。采用分级压缩后，可使每级的压缩比大大减小。同时，随着压力的逐级增高，进入下级气缸的体积逐级减小，气缸的尺寸也随着级数的增加而减小，从而使得每一级的余隙减小，因此可获得较高的体积效率。特别是在增压比很高的情况下，当单级压缩无能为力时，分级压缩可使目的变为现实。在分级压缩过程中，如增加中间冷却，可降低进入下一级气缸气体的温度。一方面使气体体积减小，气缸余隙减小，体积效率提高；另一方面，又减少了功耗，可一举两得。【思9-5】答：在叶轮式压气机中，气体在压气机内逗留的时间很短，因此通过机壳与外界交换的热量甚微，可视为是绝热的。另外，气体在压气机内的流动过程中，摩

18、擦是不可避免的，因此过程是不可逆的。所以，叶轮式压气机中实施的是不可逆绝热过程。【思9-6】答：理论过程与实际过程的比较条件为：(1)理论过程是可逆过程，实际过程是不可逆过程；(2)被比较的两种过程中，冷却介质的状态变化情况是完全一样的；(3)被压缩工质从相同的初态变化到相同的终压。如果我们把工质与冷却介质组成一扩大系统考虑，则工质的埔变A s加冷却介质的端变As,为孤立系统的燃增加*,即%=As+M对于理论过程，由于具有可逆特征，(S)R=-对于实际过程，由于不可逆，A.V.0如 =-(幽)+由比较条件(2),可知(A s)=(A s)所以-如 八=心曲实际过程的终态嫡必大于理论过程的终态燃

19、。对于任意工质，h=h(s,p)一 停 卜+却 因为dh=Tds+u dp(2)比较(1)、(2)式可得：此式说明在一条定压线上，工质的熔随嫡的增大而增大，所以实际过程的终态焰必大于理论过程的终态焰。根据开口系统能量方程q=/?+%G)=MR+W,R(q.=()；+w“因为(q)R =(q，(M),(M)R所以 帆|M I所以实际过程消耗的功必大于理论过程消耗的功。二练习题解答【习 题9-1 解：根据理想气体状态方程，得空气流量m =-照=0.3 3 0 3依/s3 6 0 0 x 0.8 4 0 9 1=1.0,技术功即等温压缩。wl T=-RT n-=-2 8 7 x 2 9 3 x I

20、n =-1 5 0.6 7 UPi 0.1压气机消耗的功率匕 LO=同吗T|=0.3 3 0 3 x 1 5 0.6 7 =4 9.7 7 Z W“=1.2 5时技术功压气机消耗的功率巳.2 5 =1=0.3 3 0 3 x 1 8 1.2 =5 9.S 5 k W(3)=1.4 时技术功wRT、n-/i-iI/7 J=-1 9 6.7 5。/g压气机消耗的功率Pl l 4=同卬/=0.3 3 0 3 x 1 9 6.7 5 =6 4.9%I V【习题9-2 解：依题意，压缩终了时的压力为p2=p +pb=0.7 8 2 5 6 M P a空气的定容比热|R.,M5 X 8.3 1 42 _2

21、 8.9 7=0.7 l 7 5 k J K k gK)空气的定压比热C p =M 7x 8.3 1 42 _2 8.9 7=L 0 0 4 5 X/(k g K)(1)绝热压缩技术功W,sKRTK-l1.4T1.4 x 2 8 7 x 2 9 0 1(0.7 8 2 5 6 产1.4-1 一1 0.0 9 8 0 7 J=-2 3 6。/k g压气机耗功换热量压缩终了温度内能的变化量焰的变化量(2)等温压缩技术功wcs=-wt s=2 3 6U/k g4 =0=2 9 0 x1.4-10.7 8 2 5 6 正0.0 9 8 0 7 J=5 2 4.9 KAM=cvA T =0.7 1 7

22、5 x(5 2 4.9 -2 9 0)=1 6 8.5 U/k g h=C p A T=1.0 0 4 5 x(5 2 4.9 -2 9 0)=2 3 6 口/k gw,r=-R T 14=-2 8 7 x 2 9 0 x I n 78256=-1 7 2.8 6 A J/奴TPi 0.0 9 8 0 7压气机耗功wcT=wt T-1 7 2.8 6 k/k g换热量g=卬厅=一 1 7 2.8 6 灯/k g因为T 在压缩过程中保持不变，所以=0,A/i =0【习题93 解：(1)最佳分级压力p2=V O.l x l.6 =O A M P a(2)各级气缸的出口气体温度1.25-1T T T

23、.n =(2 7 3 +2 2)x 1-1 =3 8 9.2 5 K(3)根据理想气体状态方程RT.5=LPi整需=“46651空气流量压气机的总功率2 5 03 6 0 0 x 0.8 4 6 6 5=O.()8 2 k g/sPH型n-m=1 75X727X?9S 3=2 x().()8 2 x 4 L 2 5-1 =2 2.1 8 2 K W1.2 5-1(4)压缩过程中空气的总放热量5 x 8.3 1 4 .=2 x 0.0 8 2 x 2-x *25 T&x(2 9 5 -3 8 9.2 5)=6.6 5 K W2 8.9 7(5)中间冷却器中的放热量1.2 5-17x 8.3 1

24、4Qp=m cp(T2-TJ =().082X 228 7 x(3 8 9.2 5-2 9 5)=7.7 6 K W【习题9-4 解：根据理想气体状态方程，可得5 =RT1 2 8 7 x(2 7 3 +1 6)P i 0.9 8 0 7 x l O5=0.8 4 5 7 5机3/依3管=依可求出可逆多方过程的多方指数I n区Pi,4.9 0 4 x l O5I n 0.9 8 0 7 x 1 O-1 1 9 A,0.8 4 5 7 5 一 ,I n0.2 0 2 4 9空气流量应=匕=4 0 0=1.k g I su,6 0 x 0.8 4 5 7 5电机功率=的n-1P=ihwmn-1-1

25、=7.8 8 3X1.126X287X289X1.1 2 6-14.9 0 4 x l Q50.9 8 0 7 x l O51.126-11.126-1=1 1 5 3 K W压气机每分钟放出的热量Q.=nc（Tl-r2）=m c,n-x 8.314 0（4=6 0 x 7.8 8 3 x-x x（28 9-346）=4 2 0 6 3 H/m i n28.9 7 1.126-1【习题9-5解：依题意，可求出气缸的工作体积匕一V =L =0.2=1.57 x l O-3n?31 c 4 4乂有匕=0.0 5（匕一匕）=7.8 54x 10 5川可得V,=1.648 54x 1(J-加3余隙体积

26、的膨胀过程为多方膨胀，有（1）匕=匕J7.8 54 x 10-5 x,125=3.29 3 X i o-4 m3压气机的有效进气体积V,-V4=1.6454X 1 o-3-3.29 3X 10-4=1.319 2x l 0-3m3=0.528 m3/m i n（2）压气机的体积效率n v =匕匕一一匕%-=-1.-3-1-9-2-x-l-O-3 x lsOO 八“%=8o4.o%/1.57 x 10-3压气机的排汽温度71-1L25-1=29 3x 6 而=419.3K(4)技术功wv tnnRT1n-11-?T-11.25x 28 7 x 29 3-x1.25-11.25-11一6而=-.2

27、口/依电机功率P=m Wl|=x l 8 1.2=1.51A：l V1 ,n|60【习题9-6解：混合物的质量流量=15 m =15 x 0.68 =10.2k g/nnn=0.1 7 k g/s根据理想气体状态方程，混合物的气体常数0.9 3 x 105 x R=P =_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ L 327 3+15=248.4J /(依-K)3理论技术功KRTYK-11-K-1L38X248.4X288X1.38-11-2 x 1 0 5、().93xl()5.1.38-11.38=-60.9 8 U/实际技术功叫Sq?0二 7 43 7 k J 1 k g0.8 2增压器

28、的功率P=用叫=0.17 x 7 4.37 =12.64K W第十章气体动力循环一复习思考题解答【思 10-1】答：活塞式内燃机的实际循环属于开式。在理论分析时忽略进、排气时工质状态和成份上的差异，使进、排气的推动功相互抵消，且把开式循环看成是定质量工质的闭式循环。这样处理可以简化问题，突出热力学上的主要因素，便于分析计算。【思 10-2】答：活塞式内燃机的基本循环有三种：等体加热循环、等压加热循环和混合加热循环。(2)等压加热循环:(3)混合加热循环:【思 10-3 答：循环的T-s图如图10-7：从T-s图中可以看出两循环的吸热过程都是2-3,吸热量相等；循 环1-2-3-4-I的放热过程

29、为 4-1,循 环 1-2-3-5-1的放热过程为5-1。因为在T-s 图上可逆过程的热力过程线与横坐标所夹部分的面积即过程热量，故此从图上可看出，4-1 过程的放热量要大于5-1过程的放热量。根据热效率公式力=1 ,可知循 环 1-2-3-5-1 的热效率大。【思10-4】答：不矛盾，两者在本质上是相同的。等压加热燃气轮机理想循环是由两个定压和两个定嫡过程构成的。在该循环中：图 10-7因为1 1 丁 4 一7 金(7 4 ()/入*41-=1-=1-W T.-T2所以又因为 A S41=加 32：CP(T4-T1)/A 541=T2,cp(T3-T2)/AS32=?11 f所以7=1-r

30、=l -Wn K-T兀 K从循环特征上看，万增大，意味着吸热平均温度方与放热平均温度v的差距拉大，所 以?提高。当 r,不变时，万增大，心 提高，7 4降低，则为变大，方变小，当然?提高。万不变时，%增大，则 7 3 提高，同时导致看 提高，。2 增大，且 处 与 初 按同一比例变化，所以热效率,不一 一 1 K变。因此，乃的变化就意味着（与心差距的变化，所以，公 式 7=1-T T与？=1-W并-T,不矛盾。【思10-5】答：在不采用回热的情况下，1-2 J 3-4-1 循环 比 1-2 3 4-1 循环热效率低。定 压 加 热 燃 气 轮 机 装 置 理 想 循 环 的 热 效 率?7,=

31、1一 一 有，即 7 只 与 万 有 关。如 图 所 示。循环7 T叫 一 2 3-4-1，与 循 环 1-2-3-4-1 的 热 效 率 是 相 等 的。再比较1，2-341，与 1-2-3-4-1 两个循环，它们吸热量一样，但后者的排热量要大一些，多 出 l-2 F 围成的面枳，因此它的因此，吸热温热效率低一些。【思10-6】答：代诺循环采用的是可逆等温吸热过程、可逆等温放热过程,度达到温限的最大温度，放热温度达到温限的最低温度，其热效率为n =i-1；对于内燃机循 环 与 燃 气 轮 机 循 环，由于没有采用 可逆等温吸热、可 逆 等 温 放 热，循环的平均吸热温度_TTt T2,因此，

32、其循环热效率Q=1 =6.。要提高燃气轮机热效率可采用以下措施：(1)采用回热循环；(2)在回热基础上采川分级压缩中间冷却；(3)在回热基础上采用分级膨胀中间再热；(4)尽可能减少装置中的不可逆性；(5)在材料允许的情况下，尽可能提高升温比T；(6)在一定7下，尽可能使增压比不接近最佳增压比万.ax。二练习题解答【习题1 0-1】解：已知：压缩比 =1 5,初胀比0 =2,P=0AM Pa,(=2 7 3 +2 1 =2 9 4 K ,空 气 绝 热 指 数 K=1.4,K 4cp=-R=j-X 2 87 X 1(尸=1.0 0 4 5V /(k g K)c,.=Cp/K=l.0 0 4 5/

33、1.4 =0.7 1 7 5V /(k g -K),T-s图如图1 0-9所示：由热力学第一定律，循环作功量=%-%，要求出力,%则先要求出各点的温度(、7 、T 3、7；：1-2为绝热压缩过程。=7；也 =294X15J =868.5K3 J2-3为等压加热过程气 体 常 数R =2 87 J/(k g-K),图 1 0-9*=T,=r,p =868.5x 2 =1 7 3 7 A：“24-1为等体放热过程7；也=3 =2 9 4 x 2 1 =7 7 5.9 K循环吸热量0=c 0 (4一5)=1。4 5 x (1 7 3 7 -868.5)=87 2.4 U /k g循环放热量%=g(.

34、一()=0.7 1 7 5x(7 7 5.9-2 9 4)=3 4 5.8。/依循环作功量%=q q?=87 2.4 -3 4 5.8=52 6.6V /k g循环最高温度T m ax=7 3 =1 7 3 7 K循环热效率,纭,3 4 5.8 _ .7 7 -1 -1-0.60 4(7,87 2.4【习题1 0-2】解：已知：增压比乃=5,p i=O.I M Pa,q =2 7 3 +1 5=2 88K,qt=2600k J,空气绝热指数K=1.4,气体常数H=2 87/(依 K),1 1 RR=-x 2 87 x 1 0-=o.7 1 7 5 k J l(k g,K),循环/s 图如图 1

35、 0-1 0 所示:K-1.4-1根据理想气体状态方程，有V,=-R-T-.=-2-8-7-x-2-8-8 =0.82656/M 3/,k,gPi 0.1 x l O61-2为可逆绝热压缩过程7 =7 K-1-K-1 L4-I、=7 兀三=2 88x 5-=4 56.1 K7U2I),_ 0.8 2 6 5 6JI T-兀 K 51.4=0.2 61 82加3/依由循环吸热量 =c、,（T 3 7 2），得T3=T2+为=456.1 +端黑=479.8 K2-3为等体加热过程5 =%=0.2 61 8 2 m3/k g循环的最高压力RT.2 8 7x 40 79.8 ，仆“八Pm”=Pa =-

36、=-=4.47M PamM-、0.2 61 8 2循环热效率【习题10-31Pi=0AM Pa,7 r i,=1,T,L =11-2-8-8-=0n.369(T2 456.1解：已知：压缩比 =1 5,初胀比0 =1.3,等体增压比/I =1.8,=2 73+50=32 3K,空气绝热指数 AT=1.4,气体常数 R=2 8 7 J/(k g -K),cpK 1 A.R=x 2 8 7 x 1 0-3=1。0 45打/(依 K),K-1 1.4-1cv=CP/K=.0 0 45/1.4=0.71 75Z:J/(k g -K),循环”s 图如图 1 0-1 1 所示:利用过程初终参数之间的关系可

37、得/、K-1.=7；=7；8K-1=32 3x 1 54-1=95 4K北=A 区 =与 九=9 54x 1.8 =1 71 8 K=4 p =1 71 8 x l.3=2 2 33KT5=T pK=32 3x 1.8 x 1.3 =8 39 K循环吸热量图 1 0-1 10 =夕23+%4 =g(T 3-T 2)+C p(T 4 T3)=0.71 75 X (1 71 8 -9 54)+1.0 0 45 x(2 2 33-1 71 8)=1 0 65/k g循环放热量q2=cv(7；-7；)=0.71 75x(8 39-32 3)=3 70 U/k g循环热效率。=1-%,3 7 0=1-1

38、 0 65=0.653【习题10-4解:根据理想气体嫡变化量计算公式:A s=c I n +/?I n =c I n -7?l n 十 5 Tt p2来计算本题中各状态点间的燃变化量o比热取定值%-x 8.31 42 _ _ _ _ _ _ _2 8.9 77x 8.31 42 _ _ _ _ _ _ _2 8.9 7=0.71 747*1/(-A T)=1.(2 45。/(k g-K)循环的T s 图如图1 0-1 2 所示:5-1 为等体放热过程T 573S5-5,=I n-=0.71 747 x I n =0.32 75V/(k g K)T 3631-2 为可逆绝热压缩过程2-3为等体加

39、热过程$_$2 =cv in=0.71 747 x I n=0.17 3 4k J/(k g K)3-4为等压加热过程%-S3=cn I n =1 .0 0 45 x I n k J/(k g K)T3 8 634-5为可逆绝热膨胀过程54=S5所以，有S5-S =$4-S =&-53)+(53-S2)即1.0 0 45 I n 区+0.1 78 4=0.32 758 63解得T4=1 O()1 K循环热效率7 d铝一-T,任 一 讣 龟-岂）=1-573-363(863-673)+1.4x(1001-863)=0.452同温度范围内卡诺循环热效率为Cp.T 363.T =1-=1-=0.63

40、7cT4 1001【习题105 解：空气绝热指数K=1.4,气体常数R=287，/(依K),K 1 A 一 R=上 一 x 287 x IO =1 00450 /(奴 K)K-1 1.4-1CV=CJK=1.0045/1.4=0.7175U/(kg-K)该循环的p-v图如图10-13所示：由pM =求7；可得，p,V,().101 x 106 x 0.014m=!=-RI287x288二 D产匕 =9 *=0.81871加 3/依1 m 0.0171同理，有迄=0.0028=o 16374加3 依2 m 0.01711-2为绝热压缩过程=0.017 Mg288 x0.818710.163741

41、.4-1二 548K”=287x548=0 9605MP。2 0.163742-3为等体吸热过程u3=u2=0.16374m31 kgP 3 5 1.8 5X1 06 X0.1 6374=-=-=1 0 55AR287循环吸热量q,=CV(TJ-T2)=0.7175 x(1055-548)=363.8U/kg3-4为绝热膨胀过程T4=T3K-I8*=I()55X1.4-10101、FT%匕=460K1.854-1为等压放热过程放热量q2=cp(TA-)=1.0045 x(460-288)=172.8U/kg循环作功量%=明-矽)=0.0171x(363.8-172.8)=3.27。理想循环热效

42、率它铝-黑=。您同温度范围内卡诺循环热效率为儿=1=1 一%T、1 0 55=0.72 7【习题 1 0-6】解：已知：增压比7=4,/?,=p4=Q A M P a,7；=2 73+2 7=30 0 K,0=3 3 3。/烟,空气绝热指数K=1.4,气体常数R =2 8 7J/(必-K),K 1 Acp=-7?=y-j-x 2 8 7x l O-3=1.0 0 45V/(k g K).循环/s图如图1 0-1 4所示：1-2为可逆绝热压缩过程 2 =叫=4 x ().1 =O A M P a1.4-11 4=446A：K-IT2=T=3 0 0X4RT,2 8 7 x 446U2=-=-7

43、p2 0.4 x l O6=0.32 m3/k g2-3为等压吸热过程p3=p2 0 A M Pa由=金(73-72)可得333d-1.0 0 45777.5KRT3 _ 2 8 7x 777.5P30.4 x l O60.5578 6m3/JigT.=T,+鱼=446 金5(1)循环最高温度Tzf Z5 K3-4为可逆绝热膨胀过程7 4=7 3、一P4 KP 3K-1、一K-1P2)&K=777.5 x二 52 3K4-1为等压放热过程循环放热量q2=cp(T4-)=1.0 0 45x(52 3-30 0)=2 2 4 V/k g(2)循环净功量w0=-q2=333-2 2 4=09k J/

44、k g(3)循环热效率H,生=1_型=0.32 7/333根据嫡变化量的计算公式 s=c l n +7?l n =cn I n -/?I n T、,T1 p2可得加23=AS4=c 0 I n73 I 八 八 二 2 8 8 x1.4-1迎产=351 K2 50+等=2 8 8+警衿 367K再计算分级膨胀的各终点温度和r6,，因为所以又因为 乙,=一 =五 上hh T.-T4所以 A=.(乙7；)=1 1 2 3 0.8 5x(1 1 2 3-9 2 1)=9 51 K同理K-1 1.4-1目得=8 6 4 KT6.=T5-rjo i(.T5-T6)=112 3-0.8 5 x(112 3-

45、8 6 4)=9 0 3 K最后计算小、生 及。0 =4 7.3 +?4-5 =Cp 储 一 7 7 )+%(Ts-T4.)4 2=|9 8-I|+|q j=cp(Ti-Tl)+cp(Ty-Tb)又T =T6.=9 0 3 K.=T2.=3 6 7 A：所以”1 纭(T 8 M)+6-刀,),(3 6 7-2 8 8)+(3 9 6-2 8 8)qx(73-*)+(-。)(112 3-9 0 3)+(112 3-9 5 1)第十一章蒸汽动力循环一复习思考题解答【思11-1】答：蒸汽循环不采用卡诺循环是因为存在这样一些问题：(I)在压缩机中的绝热压缩过程难于实现，其主要原因是水与汽的混合物压缩有

46、困难，压缩机工作不稳定，而且湿蒸汽比容比水大得多，需川比水泵大得多的压缩机。(2)循环局限于饱和区，上限温度受制于临界温度，故即使用了卡诺循环，其理论效率也不高。(3)在绝热膨胀作功过程中，膨胀末期工质处于干度较低的湿蒸汽状态，其中所含水份较多，不利于动力机的安全经济运行。综上所述，蒸汽循环不适于采用卡诺循环。蒸汽朗肯循环可以避免上述问题，循环中乏汽是定压放热到全部液化，这样可以采用水泵进行加压：朗肯循环将工质加热到过热蒸汽，可以提高循环的平均吸热温度，提高循环热效率,同时也可以提高绝热膨胀终点的乏汽干度，有利于动力机的安全经济运行。蒸 汽 朗 肯 循 环 的 图、图和人-S图如下所示：【思1

47、L2】答：蒸汽初、终参数主要指蒸汽初温小初压0和背压P2。1.初温，1对朗肯循环热效率的影响在相同的初压及背压下，提高新汽的温度台可使热效率增大。从 图11-4上可看出，提高初温就是增加在高温区的吸热量，使吸热平均温度提高，而循环中放热平均温度不变，所以热效率必然提高。但最高温度受材料耐热性能限制，不能无限制提高。2.初压p i对热效率的影响在相同的初温和背压下，提高初压也可使热效率增大。从 图11-5上可看出，当初压提高时，循环的吸热平均温度提高，而循环中放热平均温度不变，所以循环的热效率增大。提高初压同时也产生一些问题，如设备的强度问题；另外，随着初压的增加会引起乏汽干度的迅速降低，乏汽中

48、所含的水份增加，这将引起汽轮机内部效率降低，若水份超过某一限度时，将引起汽轮机中最后几级叶片的侵蚀，缩短汽轮机的使用寿命，并能引起汽轮机的危险振动。故乏汽干度不宜太低。在初温一定的情况下，蒸汽初压不能太高。3.背压P2对热效率的影响在相同的初温、初压下降低背压也能使热效率提高，这是由于循环温差加大的缘故。从 图11-6上可看出，背压较低的循环功l-2a-3a-l比背压较高的循环功1-2-3-1大出相当于面积2-2a-3a-3的数值。背 压 的降低意味着的f2降低，而介必须高于外界环境温度，故其降低受环境温度的限制。另外，h的降低也会引起乏汽干度的降低。【思11-3】答：再热循环的根本目的是在提

49、高蒸汽初压p i后能提高乏汽的干度，给初压提高扩展一部分空间。另外，如果中间再热压力选取合适时，再热循环还可以提高循环热效率。要提高再热循环热效率，可根据具体条件计算最有利的中间再热压力，根据以有的设计和运行经验，中间再热压力在(20-30%)p i范围内对/提高的作用最大，约能提高45%,但要注意使排汽干度在容许范围内。采用多次再热虽然可以使再热过程出现在温度较高的区间，使循环吸热平均温度提高，从而提高热效率，但将会使系统变得很复杂，增加了流动摩擦损失及设备投资和运行费用。特别是在已采取抽汽回热的循环中，给水进入锅炉的温度已大幅提高，使能够提高循环效率的再热温度变化区间很小，循环热效率提高的

50、幅度有限，因此实际上不采用多次再热。【思11-4】答：这种想法不对。按照这种想法，则该蒸汽动力循环将只从锅炉中吸热，然后在汽轮机中膨胀作功。根据热力学第定律，循环吸热量等于循环作功量，因此工质在汽轮机中将从锅炉中吸收的热量全部转化成为功，且没有留下其它任何影响(循环并没有向外界放热)，这就形成了从单一热源吸热，使之全部转化成为功而不留下其它任何变化的热力发动机，即第二类永动机。这是违背热力学第二定律的，故此种设想是不对的。【思11-5答：蒸汽动力循环中对给水进行回热加热，旨在将处在过冷状态的给水从循环最低温度加热到初压对应的饱和温度。在凝汽式汽轮机装置中，排汽温度也是循环的最低温度。尽管排汽中