工程热力学第五版课后习题答案.pdf

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1、2-2.已知M的M=2 8,求（1）M的气体常数；（2）标准状态下刈的比容和密度;（3）p=OAMPa,f=500 时的摩尔容积解：（1）刈的气体常数尺=殳=8314=296.9 J/(kg K)M 28（2）标准状态下M的比容和密度RT _ 296.9x273p 101325=0.823 A g/?=1 .25 kg/v(3)pQAMPa,f=500 时的摩尔容积MuMv 64.27 m3/kmolP2-3.把CO2压送到容积3m3的储气罐里，起始表压力po=30 kPa,终了表压力p,2=0.3M pa,温度由tl=4 5增加到t2=70试求被压入的CO?的质量。当地大气压B=101.32

2、5 kPa。解：热力系：储气罐。应用理想气体状态方程。压送前储气罐中CO2的质量mlplvl压送后储气罐中CO2的质量m2=p2v2RT2根据题意容积体积不变；R=188.9Pl=Pgi+B(1)2=Pg?+B(2)Tl=+273(3)T2=f2+273(4)压入的CO2的质量m=m-m2=(-)(5)R T2 T将(1)、(2)、(3)、(4)代 入(5)式得m=12.02kg2-5当外界为标准状态时，一鼓风机每小时可送300 m3的空气，如外界的温度增高到27,大气压降低到99.3kPa,而鼓风机每小时的送风量仍为300 m3,问鼓风机送风量的质量改变多少？解：同上题m=m1-m2=v R

3、P2 pl 300 99.3T 2-n -287 300101 325 )x 1 0 0 0 =41.97kg2-6空气压缩机每分钟自外界吸入温度为15、压力为O.IMPa的空气3 m3,充入容积8.5 m3的储气罐内。设开始时罐内的温度和压力与外界相同，问在多长时间内空气压缩机才能将气罐的表压力提高到0.7M Pa?设充气过程中气罐内温度不变。解：热力系：储气罐。使用理想气体状态方程。第一种解法：首先求终态时需要充入的空气质量c p2 v2 7 x 1 0 5 x 8.5 m2 =-=-k gRT2 2 8 7 x 2 8 8压缩机每分钟充入空气量pv I x l O5 x 3.m=-=-K

4、 gRT 2 8 7 x 2 8 8所需时间t =1 9.8 3 m i nm第二种解法将空气充入储气罐中，实际上就是等温情况下把初压为O.I M P a一定量的空气压缩为0.7 M P a的空气；或者说0.7 M P a、8.5 n?的空气在O.I M P a下占体积为多少的问题。根据等温状态方程pv=const0.7 M P a、8.5 n?的空气在O.I M P a下占体积为口=空 空=5 9.5 m3P l 0.1压缩机每分钟可以压缩O.I M P a的空气3 m3,则要压缩5 9.5 m3的空气需要的时间7 =i 9.8 3 m i n32-8在一直径为4 0 0 m m的活塞上置有

5、质量为3 0 0 0 k g的物体，气缸中空气的温度为1 8 ,质量为2.1 2 k go加热后其容积增大为原来的两倍。大气压力B=1 0 1 k P a,问：（1）气缸中空气的终温是多少？（2）终态的比容是多少？(3)初态和终态的密度各是多少?解：热力系：气缸和活塞构成的区间。使用理想气体状态方程。(1)空气终态温度V 27 2 =n=5 8 2 KV I(2)空气的初容积p=3 0 0 0 X 9.8/(J i r2)+l 0 1 0 0 0=3 3 5.7 k P aT m.R T1 八 u r r 3V I =-=0.5 2 7 mP空气的终态比容v 2 V2=2 V 1 _=0n.5

6、-+乙也 32 28气体常数A=8314=2 8 8 7M 28.86容积成分%=g。2M/MO2=20.9%仁=1-20.9%=79.1%标准状态下的比容和密度M 28.86 1 co。1 /3P=-=-=1.288 kg/m22.4 22.4 sv=0.776 m3/kgP-2-1 5已知天然气的容积成分1 4 =97%,6=0.6%,匕气=0.18%,rC4W10=0.18%,rCO2=0.2%,电2=1用3%。试求：（1）天然气在标准状态下的密度；（2）各组成气体在标准状态下的分压力。解：(1)密度M=工 川=(97x16+0.6x30+0.18x44+0.18x58+0.2x44+1

7、.83x28)/100=16.48M22416.4822.4=0.736依/（2）各组成气体在标准状态下分压力因为：Pi=5PCW4=97%*101.325=98.285kPa同理其他成分分压力分别为：（略）3-1安静状态下的人对环境的散热量大约为400KJ/h,假设能容纳2000人的大礼堂的通风系统坏了：（1）在通风系统出现故障后的最初20min内礼堂中的空气内能增加多少？（2）把礼堂空气和所有的人考虑为一个系统，假设对外界没有传热，系统内能变化多少？如何解释空气温度的升高。解：（1）热力系：礼堂中的空气。闭口系统根据闭口系统能量方程Q=U +W因为没有作功故w=o；热量来源于人体散热；内能

8、的增加等于人体散热。2=2000 x400 x20/60=2.67X 105kJ(1)热力系：礼堂中的空气和人。闭口系统根据闭口系统能量方程Q=U+W因为没有作功故W=0；对整个礼堂的空气和人来说没有外来热量，所以内能的增加为0。空气温度的升高是人体的散热量由空气吸收，导致的空气内能增加。3-5,有一闭口系统，从状态1经a变化到状态2,如图，又从状态2经b回到状态1；再从状态1经 过c变化到状态2。在这个过程中，热量和功的某些值已知，如表，试确定未知量。过程热 量Q(kJ)膨胀功W(kJ)l-a-210 xl2-b-l-7-4l-c-2x22解：闭口系统。使用闭口系统能量方程(1)对 l-a-

9、2和 2-b-l组成一个闭口循环，有性=4泌即 10+(-7)=x l+(-4)xl=7 kJ 对 l-c-2和 2-b-l也组成一个闭口循环x2+(-7)=2+(-4)x2-5 kJ(3)对过程2-b-l,根据。=AU+WU=。W =7-(-4)=3 kJ3-6 一闭口系统经历了一个由四个过程组成的循环，试填充表中所缺数据。解：同上题过程Q(kJ)W(kJ)AE(kJ)1-2110001100230100-10034-9500-95045050-503-7解：热力系：1.5 k g质量气体闭口系统，状态方程：p=av+bU =1.5 (1.5p2 v2 -8 5)-(1.5/?l v l -

10、8 5)=9 0 k J由状态方程得1 0 0 0=a*0.2+b2 0 0=a*1.2+b解上两式得：a 8 0 0b=1 1 6 0则功量为2W=1.5,办=800)2-1 1 6 0 v =9 0 0 k J过程中传热量Q =AU+W=9 9 0 k J3 8容积由隔板分成两部分，左边盛有压力为6 0 0 k P a,温 度 为2 7C的空气，右边为真空，容积为左边5倍。将隔板抽出后，空气迅速膨胀充满整个容器。试求容器内最终压力和温度。设膨胀是在绝热下进行的。解：热力系：左边的空气系统：整个容器为闭口系统过程特征：绝热，自由膨胀根据闭口系统能量方程Q=U +W绝热。=0自由膨胀w=o因此

11、A U=0对空气可以看作理想气体，其内能是温度的单值函数，得mc、.(T2-T1)=0 n T2=Tl=300K根据理想气体状态方程T2=plVl=_ i o o k p aV2 V2 63-9 一个储气罐从压缩空气总管充气，总管内压缩空气参数恒定，为5 0 0 k P a,2 5 o充气开始时，罐内空气参数为1 0 0 k P a,2 5。求充气终了时罐内空气的温度。设充气过程是在绝热条件下进行的。解：开口系统特征：绝热充气过程工质：空气(理想气体)根据开口系统能量方程，忽略动能和未能，同时没有轴功，没有热量传递。0=m2h2-mOhO+dE没有流出工质m 2=0d E=d U=(m u)C

12、v2-(m u)c vi终态工质为流入的工质和原有工质和m 0=mt v 2-mc v lmCV2 uCv2-nicviUCv i=m 0 h 0(1)h O=cpT OUCV2=CVT2Ucvi=cvT lpWmcvi=m（；v 2 =RTl:p2VRT2代入上式(1)整理得T2=-迫2-=3 9 8.3 KT 1 +伏 T 0-T 1）旦P23-10供暖用风机连同加热器，把温度为八=0 的冷空气加热到温度为，2=250,然后送入建筑物的风道内，送 风 量 为0.5 6 kg/s,风机轴上的输入功率为I k W,设整个装置与外界绝热。试计算：(1)风机出口处空气温度；(2)空气在加热器中的吸

13、热量；(3)若加热器中有阻力，空气通过它时产生不可逆的摩擦扰动并带来压力降，以上计算结果是否正确？解：开口稳态稳流系统(1)风机入口为0 则出口为mCpT=Q =A T =-=1.7 8 mCp 0.5 6 x l.0 0 6 x lO3=+=1.7 8空气在加热器中的吸热量Q=mCpM=0.5 6 x 1.0 0 6 x(2 5 0-1.7 8)=1 3 8.84 kW(3)若加热有阻力，结 果1仍正确；但在加热器中的吸热量减少。加热器中Q =2 -=“2 +P 2 v 2 -(“1 +F lv l),p 2减小故吸热减小。3-1 1 一 只0.0 6 0?的罐，与温度为2 7、压力为7MP

14、a的压缩空气干管相连接，当阀门打开，空气流进罐内，压力达到5 M P a时-，把阀门关闭。这一过程进行很迅速，可认为绝热。储罐的阀门关闭后放置较长时间，最后罐内温度回复到室温。问储罐内最后压力是多少？解：热力系：充入罐内的气体由于对真空罐充气时，是焰变内能的过程mh=muT =久 T O =仃0 =1.4 x 3 0 0 =4 2 0 K4，罐内温度回复到室温过程是定容过程c T2 E 3 0 0 ,mp2 =Pl=x 5 =3.5 7 M P aT 4 2 03-12压 力 为I M P a和温度为2 0 0 的空气在一主管道中稳定流动。现以一绝热容器用带阀门的管道与它相连，慢慢开启阀门使空

15、气从主管道流入容器。设（1）容器开始时是真空的；（2）容器装有一个用弹簧控制的活塞，活塞的位移与施加在活塞上的压力成正比，而活塞上面的空间是真空，假定弹簧的最初长度是自由长度；（3）容器装在一个活塞，其上有重物，需 要I M P a的压力举起它。求每种情况下容器内空气的最终温度？解：同 上 题T =仃0 =1.4 X 4 7 3 =6 6 2 K=3 89 (2)h=u+wh=cpT OL=kpw=j pAdL=j pAkdp=g kpAp=g p V =；RTT=1 T O =5 5 2 K=2 7 9 cv+0.5/?同(2)只是W 不同W=pdv=pV=RTT-TO=TQ=4 7 3 K

16、=2 0 0 cv+R3 1 3 解：W=/?对理想气体/?=。心 了u=cvA T3-1 4 解：(1)理想气体状态方程T 2 =2 *2 9 3 =5 86 K(2)吸热：Q=mcvT=小 工-A T =2 5 0 0 kJ1 RTk-3-1 5 解：烟气放热等于空气吸热1 m3空气吸取1.0 9 m3的烟气的热2 =1.0 9 x 2 4 5 =2 6 7 kJ加=旦=型2=205 pvc 1.293x1x1.01t2=10+205=2153-16 解：mh+m2h2=(ml+m2)/?3代入得:mcT+m2cT2 _ 120*773+210 x4731 J O 乙 1 .m+m1)c3

17、30=3093-1 7解：等容过程RT2-RT1 n2v-pv.-=-=37.5kJk-k-3-18 解：定压过程T I plV 2068.4 xl03 x 0.03 叱T1=-=-=216.2KmR 1 x 287T2=432.4K内能变化：At/=mcvt=1 x(1.01-0.287)x 216.2=j5 6 3 k J焰变化：=kkU=1.4x156.3218.8 kJ功量交换：V2=2V1=0.06m3卬=Jp”=p(V2-Vl)=2068.4x0.03=62.05kJ热量交换：Q=bU+W=156.3+62.05=218.35 kJ7-1当水的温度t=80,压力分别为0.01 0.

18、05、0.1、0.5及 IMPa时，各处于什么状态并求出该状态下的焙值。解：查表知道1=80时饱和压力为0.047359MPa。因此在0.01、0.05、0.1、0.5及 IMPa时状态分别为过热、未饱和、未饱和，未饱和、未饱和。燧值分别为2649.3kJ/kg,334.9 kJ/kg,335kJ/kg,335.3 kJ/kg,335.7 kJ/kg。72 已知湿蒸汽的压力p=lMPa干度x=0.9。试分别用水蒸气表和h-s图求出 hx,vx,ux,sxo解：查表得：h=2777kJ/kgv=0.1943m3/kgu=h pv=2582.7 kJ/kgs=6.5847 kJ/(kg.K)hx=

19、xh+(l-x)h=2575.6 kJ/kgvx=xv+(l-x)v=0.1749 m3/kgh=762.6 kJ/kgv=0.0011274 m3/kgu=h pv=76L47 kJ/kgs=2.1382 kJ/(kg.K)ux=xu+(1-x)u=2400 kJ/kgsx=xs+(1-x)s=6.14 kJ/(kg.K)7-3在 V=60L的容器中装有湿饱和蒸汽，经测定其温度t=210,干饱和蒸汽的含量ttiv=0.57kg,试求此湿蒸汽的干度、比容及焰值。解：t=210的饱和汽和饱和水的比容分别为：v=0.10422m3/kg v=0.0011726 m3/kgh 2796.4kJ/kg

20、 h=897.8 kJ/kg湿饱和蒸汽的质量：加=%X:V=刈、+（1）/m解之得：x=0.53比容：Vx=xv+（l-x）v=0.0558 rr?/kg焰：hx=xh+（l-x）h=1904kJ/kg74 将 2kg水盛于容积为0.2n?的抽空了的密闭刚性容器中，然后加热至200C试求容器中（1）压力；（2）焰；（3）蒸汽的质量和体积。解：（1）查200的饱和参数h=2791.4kJ/kg h=852.4 kJ/kgv=0.12714m3/kg v=0.0011565m3/kg饱和压力1.5551MPa0刚性容器中水的比容：u=?=0.1 m3/kg0.2 MPa采用渐缩喷管。cl=20m/

21、s较小忽略。因此2-2截面处是临界点4=71（玛 丁=421Kplv2=0.6m3/kg1c2=k =323m/s户=等=。.。185m39-3渐缩喷管进口空气的压力pi=2.53MPa,tl=80,cl=50m/so喷管背压Pb=1.5MPao求喷管出口的气流速度c 2,状态参数v2、t2。如喷管出口截面积f2=lcm2,求质量流量。解：,=例=0.528X2.53=1.33p b所以渐缩喷管进口截面压力p 2=pc=1.3 3 M P a由定燃过程方程可得：(按c l =0处理)c 2=a=JKR T 2 =344 m/s丫2 =里 0.0 6 3 4 m3/kgm=1 =0.54 3 m

22、3/sv 29-5空气流经喷管作定燃流动，已知进口截面上空气参数p i=0.7M P a,t l =9 4 7,c l=0 m/so喷管出口处的压力p 2分别为0.5 M P a及0.1 2M P a,质量流量均为近=0.5kg/s。试选择喷管类型，计算喷管出口截面处的流速及出口截面积。解:(1)p 2=0.5M P ap,=削1 =0.52 8 x 0.7=0.3 7 M P a pb选缩放喷管。T2=T1（吐/=73 7Kc 2 =j井 T 1 一 T2=9 8 5 m/s,RT2 1 r/3/1v2=-=1.76 m /kgP2 rc v 2 x m 0 0 2f2=-=8.9 c mc

23、l9-6空气流经一断面为0.1 m2的等截面通道，在 截 面1-1处测得c l=1 0 0 m/s,p i=0.1 5M P a,t l =1 0 0 ；在截面 2-2 处，测得c 2=1 71.4 m/s,p2=0.1 4 M P a o若流动无摩擦损失,求 质量流量;（2）截面2-2处的空气温度；（3）截面1-1与截面2-2之间的传热量。解：（1）质量流量v l =n=0.71 m3/kgP=Al =1 4.0 8 kg /sv l(z2o)v 2c =-f-c2 =-0-.-1 x-1-7-1-.-4 =1.2 2 m 3/kigm 1 4.0 8&r 2=2 y2 =5 95 KR(3

24、 )q-mept-3 1 4 1 kJ/s9-7有p i=0.1 8 M P a,t l=3 0 0 的氧气通过渐缩喷管，已知背压p b=O.IM P a o喷管出口直径d 2=1 0 m m。如不考虑进口流速的影响，求氧气通过喷管的出口流速及质量流量。解：p 2=0.1 M P apc=0pl=0.52 8 x O.l 8=0.1 M P a =pb出口为临界流速c=4 1 6.7 m/sc V k+1质量流量r L-1T 2 =T 1(匕)r=4 8 4 Kv 2c =-R-T-2-=1i .2*6 m 3/nkgP2&m=0.0 2 6 kg /sv 29一8空气通过一喷管，进口压力p

25、i=0.5M P a,t l=6 0 0 K,质量流量为血=1.5kg/s。如该喷管的出口处压力为p 2=0.1 M P a,问应采用什么型式的喷管？如不考虑进口流速影响，求定燃膨胀过程中喷管出口气流流速及出口截面积。如为不可逆绝热流动，喷管效率n =0.9 5,则喷管气体出口速度及出口截面积各为多少？解：P c=/3P =0.52 8 x 0.5=0.2 6 4 M P a p2所以应采用缩放喷管。(1)出口流速：T2 =T 1(%下=3 78.8 Kv2=-=1.0 9 m3/kgA“样 苧-借 消=6 6 7m/s/=24.5 cm2C2(2)c j=yrjc2=6 50 m/sT；=T

26、 1-C O-72)=3 9 0 K匕=管=1 1 2 m 3/kgc m v i 0 2f=-；-2 5.8 c mC 29-9某燃气p】=IM P a,t l =1 0 0 0 K,流经渐缩渐扩喷管。已知喷管出口截面上的压力P 2=0.I M P a,进口流速c l=2 0 0 m/s,喷管效率n =0.9 5,燃气的质量流量应=50 kg/s,燃气的比热k=L 3 6,定压质量比热cp=l kJ/(kg.K)0求喷管的喉部截面积和出口截面积。解：进口流速c l =2 0 0 m/s =20 kJ/kg远小于燃气的进口焰金T1=1000 kJ/kg忽略。出口流速：/J A-T2=T1(庄)

27、丁=543.6Kc2=44.72/71-72)=955m/sc2=折G=931 m/sT；=T1-(Tl-72)=566 KR-cp=264.7 kJ/(kg.K)kV2=-=1.5 m3/kg出口截面积=805cm2C 2(2)喉部流速：pc=Bp、=0.535 MPak-ATc=Tly5v=847.4Kcc=址肛.)=552m/s 以=0.4193 m3/kg喉部截面积/二 丝=380cm：9-1 0水蒸气压力p i=0.1 M P a,力=1 2 0 以50 0 m/s的速度流动，求其滞止焰、滞止温度和滞止压力。解:p i=0.1 M P a,1=1 2 0 时水蒸气焰h j=2 71

28、6.8 kJ/kg,sl=7.4 6 8 1 kJ/(kg.K)滞止焰h o=h i+c 2/2=2 8 4 1.8 kJ/kg查表得p o=O.1 9 M P at0=1 8 5.79-1 1水蒸气的初参数p i=2 M P a,t!=3 0 0 ,经过缩放喷管流入背压P b=0.1 M P a的环境中，喷管喉部截面积2 0 c m 2。求临界流速、出口速度、质量流量及出口截面积。解：h i=3 0 2 3 kJ/kg,s 1=6.76 5 kJ/(kg.K)pc=0.54 6 X2=1.0 9 2 M P ahc=2 8 8 1 kJ/kg,vc=2.0 m3/kg1 1 2=2 4 54

29、 kJ/kg,V 2=1.53 m3/kgQ=4 4.72 J/q _/%=53 2.9 m/sC 2=4 4.72 J%-%=1 0 6 6.7 m/s质量流量m=以 正=o.53 3 kg/sy2 =rEi=76.4 c m29-1 2 解：h i=3 2 3 1 kJ/kg,节流后 s=7.2 0 3 kJ/(kg.K)h 2=3 1 4 8 kJ/kg,V 2=0.2 3 3 5 n?/kgP b/p 0.54 6渐缩喷管C 2=4 4.72 J4 =4 0 7.4 m/s?=走1 =0.3 5 kg /sV29-1 3解:查表得h 2=2 73 6 kJ/kg由p i=2 M P a

30、等焙过程查表得x l=0.9 7t l=2 1 2.4 t2-t _ 1 3 0-2 1 2.4p2-pl (0.1-2)x l 064 3.4 K/M P a9-1 4 解:查表得：瓦=3 2 2 2 kJ/kg1 1 2=3 0 6 6 kJ/kgC 2=4 4.72 J4 -%2 =558.6 m/sc 2=(pc2=51 9 m/s动能损失:r2(1-，)=2 1 kJ/kg9-1 5 解：A5=cv In +/?In =0.1 9 9 kJ/(kg.K)T v l(理想气体的绝热节流过程温度相等)用损ex=M-h l +T 0(.v l-s2)=T0s=59.7 kJ/kg9-1 6

31、 解：由 c/l +c；/2 =C,T 2 +W/2 得T 2 =T 1(4)(J)=3 55Kc l =&h(7 2-71)+c /2 =3 3 7m/s1 0-1蒸汽朗肯循环的初参数为1 6.5M P a、550 ,试计算在不同背压p 2=4、6、8、1 0及1 2 kP a时的热效率。解：朗肯循环的热效率h-h2nt=hl-h3h l为主蒸汽参数由初参数1 6.5M P a、550 定查表得：h 1 =3 4 3 3 kJ/kg s 1 =6.4 6 1 kJ/(kg.K)h2由背压和si定查h-s图得：p2=4、6、8、10、12kPa 时分别为h2=1946、1989、2020、20

32、45、2066 kJ/kgh3是背压对应的饱和水的熔查表得。p2=4、6、8、10、12kPa时饱和水分另ij为h3=121.41 151.5、173.87、191.84、205.29 kJ/kg故热效率分别为：44.9%、44%、43.35%、42.8%、42.35%10-2某朗肯循环的蒸汽参数为：tl=500、p 2=lkP a,试计算当pl分别为4、9、14MPa时-；（1）初态焰值及循环加热量；（2）凝结水泵消耗功量及进出口水的温差；（3）汽轮机作功量及循环净功；（4）汽轮机的排汽干度；（5）循环热效率。解：（1）当tl=500,p l分别为4、9、14MPa时初焙值分别为：hl=34

33、45、3386、3323 kJ/kg嫡为 sl=7.09、6.658、6.39 kJ/（kg.K）p2=lkPa（s2=sl）对应的排汽焙 h2：1986、1865、1790 kJ/kg3 点的温度对应于2 点的饱和温度t3=6.98、焙为29.33 kJ/kgs3=0.106kJ/（kg.K）3点压力等于pl,s3=s3,t3=6.9986、7.047、7.072则焰 h3分别为：33.33、38.4、43.2 kJ/kg循环加热量分别为：ql=hl-h3=3411 3347、3279.8 kJ/kg(2)凝结水泵消耗功量：h3,-h3进出口水的温差t3-t3(3)汽轮机作功量hl-h2循环

34、净功 w0=hl-h2-(h3,-h3)(4)汽轮机的排汽干度s2=s 1=7.09 6.658、6.39 kJ/(kg.K)p2=lkPa对应的排汽干度0.79、0.74、0.71(5)循环热效率=独=初焰值hl排汽焰h2焰h3焰h3循 环加热里ql=hl-h3凝结水泵消耗功量h3-h3进出口水的 温差t3-t3汽轮机作功 量hl-h2循环净功wO循环热效率(%)34419833.329.3341140.018145914542.7563365833818638.429.333479.070.067152115145.16532733217943.229.33279.13.870.09215

35、3315146.730389410-3 一理想朗肯循环，以水作为工质，在循环最高压力为14MPa、循环最高温度540C和循环最低压力7 kPa下运行。若忽略泵功，试求：(1)平均加热温度；(2)平均放热温度；(3)利用平均加热温度和平均放热温度计算循环热效率。解：1 点烯和嫡分别为：3433kJ/kg、6.529 kJ/(kg.K)2 点始和熠分别为:2027kJ/kg、6.529 kJ/(kg.K)3 点熔和燃分别查饱和压力下的饱和水表为：163.38kJ/kg、0.5591 kJ/(kg.K)(1)平均加热温度_ hl 11351-53=547.7K(2)平均放热温度_ h 2-h 3s2

36、-s3312.17K(3)循环热效率7=1 -=43%10-4理想再热循环，用水作为工质，在汽轮机入口处蒸汽的状态为14 MPa、540,再热状态为3 MPa、540和排汽压力7 kPa下运行。如忽略泵功，试求：(1)平均加热温度；(2)平均放热温度；(3)利用平均加热温度和平均放热温度计算循环热效率。解：1 点焰和嫡分别为：3433kJ/kg、6.529 kJ/(kg.K)3 点焰和嫡分别查饱和压力下的饱和水表为：163.38kJ/kg 0.5591 kJ/(kg.K)再热入口焰B：压力为3 M Pa,嫡为6.529 kJ/(kg.K),hB=2988 kJ/kg再热出口焰 A：hA=354

37、7 kJ/kg,sA=7.347 kJ/(kg.K)2 点熔和燃分别为：2282kJ/kg、7.347 kJ/(kg.K)(4)平均加热温度j-h+(八 一/%)_ 564KSA-S3(5)平均放热温度/Z2-W=3 1 2 Kc s2 T 3(6)循环热效率=1 -=44.7%th10-5某回热循环，新汽压力为10 MPa,温度为400,凝汽压力50kPa,凝结水在混合式回热器中被2 M Pa的抽汽加热到抽汽压力下的饱和温度后经给水泵回到锅炉。不考虑水泵消耗的功及其他损失，计算循环热效率及每千克工质的轴功。解:1 点熔和嫡分别为：hl=3096kJ/kg sl=6.211 kJ/(kg.K)

38、排汽2 点焰为：h2=2155kJ/kg3 点焰和燃分别查饱和压力下的饱和水表为：h3=340.57kJ/kg抽汽点 4 的 焰(g2M Pa s4=sl)：h4=2736 kJ/kg2 MPa 对应的饱和温度 212.37,h5=908.6 kJ/kg求抽汽率/?5-/?3 908.6-340.57h4-h3 2736-340.57=0.237循环功量:w0=力1 +(1 1)(/?4-力2)=794 kJ/kg热效率：7=36.2%q/?1-h510-6 某厂的热电站功率12M W,使用背压式汽轮机pl=3.5M Pa,tl=4 3 5、p2=0.8 M P a,排汽全部用于供热。假设煤的

39、发热值为20000kJ/kg,计算电厂的循环热效率及耗煤量。设锅炉效率为85%。如果热、电分开生产，电能由p2=7kPa的凝汽式汽轮机生产，热能（0.8 M Pa的230的蒸汽）由单独的锅炉供应，其他条件相同，试比较耗煤量。设锅炉效率同上。解：1 点的熔 hl=3303 kJ/kg、sl=6.957kJ/（kg.K）排汽点焰（s2=sl）h2=2908 kJ/kg锅炉进口水焰（0.8 M Pa对应的饱和水熔）h3=720.9 kJ/kg热效率：=见一=15.3%h-h3总耗煤量：P 12X106 一m=-：-=-=4.6 lkg/s=l 6.6t/h?7X2X107 X0.85 0.153x2

40、0000 xl03x0.85有15.3%的热能发电，发电煤耗为：ml=mx 77=0.705 kg/s=2.54 t/hp2=7kPa对应的排汽焰和锅炉进口水焰:h2=2161 kJ/kg h3=163.38 kJ/kg电的耗煤量:,P P 12xl06 _ i i _-=-=-1.96 kg/s-20000/71x0.85 八八 h-h2 n 0.0.36x20000 x0.85,20000 x-x 0.85hl-h37.06 t/h供热煤耗量相同14.06 t/ho总煤耗：m=7.06+14.06=21.12 t/h10-7小型供热、供电联合电站，进入汽轮机新蒸汽的压力为1 MPa、温度为

41、200,汽轮机供热抽汽压力为0.3 M P a,抽汽通过热交换器后变成0.3 M Pa的饱和液体，返回动力循环系统。汽轮机乏汽压力为40kPa。汽轮机需要输出1MW的总功率，而热交换器要求提供500kW的供热率。设汽轮机两段(即抽汽前后)的相对内效率都为0.8o试计算进入汽轮机的总蒸汽量和进入热交换器的抽汽量。解：0.3 M Pa的饱和液体、饱和汽、汽化潜热的焰：561.4 kJ/kg,2725.5 kJ/kg、2181.8 kJ/kg进入热交换器的抽汽量：A nl=_=0.2 3 k g/s2181.8新汽焙 hl=2827 kJ/kg,sl=6.693 kJ/(kg.K)排汽燧(s2=sl

42、)h2=2295 kJ/kg抽汽焰(s3=sl)h3=2604 kJ/kg乏汽量：ffl2=lxlQ3/o.8-ffll(M-/i 3)=2 2 5h-h l&总蒸汽量：m=ml+m2=2.48 kg/s10-8奥托循环压缩比e=8,压缩冲程初始温度为27,初始压力为97kPa,燃料燃烧当中对工质的传热量为700 kJ/kg,求循环中的最高压力、最高温度、循环的轴功及热效率。设工质k=1.41,c=0.73kJ/(kg.K)o解：热效率?7 =1-=57.4%轴功：w=qrj=401.5kWT2 d-=703.7K最高温度T3=T2+2 =1662.6K*p2=psk-1.82MPa最高压力(

43、定容)p3=p2=4.3MPaT210-9狄塞尔循环压缩比 =15,压缩冲程初始压力为105kPa,初始温度 为 20,循 环 吸 热 量 为 1600 kJ/kg,设 工 质 k=1.41,C p=1.02kJ/(kg.K)o求循环中各点压力、温度、热效率。解：2 点的压力和温度：T2=Tek-=889Kp2-psk=4.78 MPa3点压力和温度:p 3=p 2T 3 =8+T 2=2 4 5 8 K%4点的压力和温度:v 4 v l v l T2 c Av 3 v 3 T3,T 3v 2T2p 4 =p 3(当=0.4 4 3 MPav 44 T 4 =T 3()丁=1 2 3 1 K热

44、效率：=*4.27 =1-5 2%人1 0 1 0燃气轮机进气参数为p l=0.1 MPa、t l =1 7、B=8,工质定压吸热终了温度 t 3 =6 0 0 ,设 k=L4 1,s=1.0 2 k J/(k g.K)o 求循环热效率、压气机消耗的功及燃气轮机装置的轴功。解：循环热效率=】-春=45 3%p 2=p lQ=0.8 M P aT2 =T、严)/=5 30 K压气机消耗的功：w,h2-h1=cp(T2-Tl)=2 45 k J/k g*号=478K燃气轮机作功：w l=c,(T 3-74)=40 3 k J/k g燃气轮机装置的轴功 w =M-w,=15 8 k J/k g q

45、l=c,(T 3-T 2)=35 0k J/k g7=411-1空气压缩致冷装置致冷系数为2.5,致冷量为84600kJ/h,压缩机吸入空气的压力为O.IMPa,温度为-10,空气进入膨胀机的温度为20,试求：压缩机出口压力；致冷剂的质量流量；压缩机的功率；循环的净功率。解：压缩机出口压力f i-故：p2=pl(，+l)(D)=0.325 MPa a =小(。2 产)p3 p2T3=20+273=293K T4=n()(=209K 3致冷量：q2=cp(Tl-T4)=1.01X(263-209)=54.5kJ/kg致冷剂的质量流量?=2 =0.43kg/s T2=TI(或)(i)%=368Kq

46、2 pi压缩功：wl=cp(T2-Tl)=106kJ/kg压缩功率：P1 =mw 1 =45.6kW膨胀功:w2=cp(T3-T4)=84.8 kJ/kg膨胀功率:P2=mw2=36.5kW循环的净功率：P=P1-P2=9.1 KW11-2空气压缩致冷装置，吸入的空气pl=0.1MPa,tl=27,绝热压缩 到 p2=0.4MPa,经冷却后温度降为32,试计算：每千克空气的致冷量；致冷机消耗的净功；致冷系数。解：已知 T3=32+273=305KT2=T1（与产=446KT4=205K致冷量：q2=c*Tl-T4)=1.01X(300-205)=96kJ/kg致冷机消耗的净功:W=Cp(T2-

47、Tl)Cp(T3-T4)=46.5kJ/kg致冷系数：=%=2.06W113 蒸气压缩致冷循环，采用氟利昂RI34a作为工质，压缩机进口状态为干饱和蒸气，蒸发温度为-2 0 C,冷凝器出口为饱和液体，冷凝温度为40,致冷工质定病压缩终了时熔值为430kJ/kg,致冷剂质量流量为100kg/h。求：致冷系数；每小时的制冷量；所需的理论功率。解：在 lgp-h图上查各状态点参数。,pl=0.133MPa hl=386kJ/kg sl=1.739 kJ/(kgK),p2=l.016 MPa h2=430 kJ/kg,h3=419kJ/kgh5=h4=256 kJ/kg致冷量：q2=hl-h5=386

48、-256=130 kJ/kg每小时的制冷量:Q2=m X q2=12900kJ/h压缩功：w=h2-h 1=430-386=44 kJ/kg致冷系数:=2.95w理论功率 P=mw=100 X 44/3600=1.22kW11-4用一台氨蒸气压缩致冷机制冰，氨的蒸发温度为-5 C,冷凝温度为30,冷凝器中冷却水的进口温度为12,出口水温为20,欲在每小时内将lOOOkgOC的水制成冰，已知冰的融解热为340kJ/kg,试求：该致冷机每小时的制冷量；氨每小时的流量；致冷机的功率；冷却水每小时的消耗量。解：致冷机每小时的制冷量：Q=1000X 340=340000 kJ在lgp-h图上查各状态点参

49、数。pl=335.7kPa hl=1452kJ/kg sl=5.6856 kJ/(kgK)p2=1.1686 MPa h2=1620 kJ/kgh5=h4=343 kJ/kg致冷量：q2=hl-h5=l 114 kJ/kg氨每小时的流量；?=Z=305.2kgq2致冷机的功率：P=mw=m(h2-h 1)-14kW冷凝器热负荷：Ql=m(h2-h4)=390000kJ/h冷却水每小时的消耗量：m2 =一0一=1.16X104kg/h.(20-12)11-5一台氨致冷装置，其致冷量Q=4xl05kJ/h,蒸发温度-15,冷凝温度3 0 C,过冷温度25,从蒸发器出口的蒸气为干饱和状态。求(1)理

50、论循环的致冷系数；(2)致冷剂的质量流量；(3)消耗的功率。解：查表得压力和焰分别为：hl=1400kJ/kg,pl=0.35MPa,sl=5.75 kJ/(kgK)h2=1650 kJ/kg,p2=1.2MPa,s2=5.75kJ/(kgK),h3=320 kJ/kg制冷量：q2=hl-h3=l080 kJ/kg压缩功：w=h2-h 1=250 kJ/kg(1)致冷系数:=4.32w(2)致冷剂的质量流量：加=&=370kg/h%(3)肖耗的功率P=/mv=25.7kW11-611-7 一台用氟利昂R134a为致冷剂的蒸汽压缩致冷装置，被用作室内供热，它要求的最大加热量是将标准状况下30m3