工程热力学(第五版)课后习题答案(全章节)

2-3．把CO2压送到容积3m3的储气罐里，起始表压力kPa，终了表压力Mpa，温度由t1＝45℃增加到t2＝70℃。试求被压入的CO2的质量。当地大气压B＝101.325 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

压送后储气罐中CO2的质量

根据题意

容积体积不变；R＝188.9

        （1）

        （2）

        （3）

        （4）

压入的CO2的质量

    （5）

将（1）、(2)、(3)、(4)代入（5）式得

m=12.02kg

第二章  气体的热力性质

2-2.已知的M＝28，求（1）的气体常数；（2）标准状态下的比容和密度；（3），℃时的摩尔容积。

解：（1）的气体常数

＝296.9

（2）标准状态下的比容和密度

＝0.8

＝1.25

（3），℃时的摩尔容积

    ＝＝.27

2-5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

＝41.97kg

2-6 空气压缩机每分钟自外界吸入温度为15℃、压力为0.1MPa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0.7MPa？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

kg

压缩机每分钟充入空气量

kg

所需时间

19.83min

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0.1MPa一定量的空气压缩为0.7MPa的空气；或者说0.7MPa、8.5 m3的空气在0.1MPa下占体积为多少的问题。

根据等温状态方程

0.7MPa、8.5 m3的空气在0.1MPa下占体积为

m3

压缩机每分钟可以压缩0.1MPa的空气3 m3，则要压缩59.5 m3的空气需要的时间

19.83min

2-9 

解：（1）氮气质量

＝7.69kg

（2）熔化温度

＝361K

2－14  如果忽略空气中的稀有气体，则可以认为其质量成分为，。试求空气的折合分子量、气体常数、容积成分及在标准状态下的比容和密度。

解：折合分子量

＝28.86

气体常数

＝288

容积成分

＝20.9％

    1－20.9％＝79.1％

标准状态下的比容和密度

＝1.288 kg /m3

＝0.776 m3/kg

2-15 已知天然气的容积成分，，，，，。试求：

天然气在标准状态下的密度；

各组成气体在标准状态下的分压力。

解：（1）密度

＝16.48

（2）各组成气体在标准状态下分压力

因为： 

98.285kPa

同理其他成分分压力分别为：（略）

2－8 在一直径为400mm的活塞上置有质量为3000kg的物体，气缸中空气的温度为18℃，质量为2.12kg。加热后其容积增大为原来的两倍。大气压力B＝101kPa，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

582K

（2）空气的初容积

p=3000×9.8/(πr2)+101000=335.7kPa

0.527 m3

空气的终态比容

＝0.5 m3/kg

或者

0.5 m3/kg

（3）初态密度

＝4 kg /m3

2 kg /m3

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。

使用闭口系统能量方程

(1)对1-a-2和2-b-1组成一个闭口循环，有

即10＋（－7）＝x1+（－4）

x1=7 kJ

(2)对1-c-2和2-b-1也组成一个闭口循环

x2＋（－7）＝2+（－4）

x2=5 kJ

(3)对过程2-b-1，根据

－3 kJ

3-6 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。

第三章 热力学第一定律

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

因为没有作功故W=0；热量来源于人体散热；内能的增加等于人体散热。

＝2.67×105kJ

（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

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。

3-7    解：热力系：1.5kg质量气体

闭口系统，状态方程： 

＝90kJ

由状态方程得

1000＝a*0.2+b

200=a*1.2+b

解上两式得：

a=-800

b=1160

则功量为

＝900kJ

过程中传热量

＝990 kJ

3－8 容积由隔板分成两部分，左边盛有压力为600kPa，温度为27℃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

绝热

自由膨胀W＝0

因此ΔU=0

对空气可以看作理想气体，其内能是温度的单值函数，得

根据理想气体状态方程

＝100kPa

3-9    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500 kPa，25℃。充气开始时，罐内空气参数为100 kPa，25℃。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。

没有流出工质m2=0

dE=dU=(mu)cv2-(mu)cv1

终态工质为流入的工质和原有工质和m0= mcv2-mcv1

mcv2 ucv2- mcv1ucv1=m0h0            (1)

h0=cpT0

ucv2=cvT2

ucv1=cvT1

mcv1=

mcv2 =

代入上式(1)整理得

=398.3K

3－10    供暖用风机连同加热器，把温度为℃的冷空气加热到温度为℃，然后送入建筑物的风道内，送风量为0.56kg/s，风机轴上的输入功率为1kW，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1.78℃

℃

空气在加热器中的吸热量

＝138.84kW

(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，p2减小故吸热减小。

3－11    一只0.06m3的罐，与温度为27℃、压力为7MPa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5MPa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，是焓变内能的过程

罐内温度回复到室温过程是定容过程

＝3.57MPa

3－12    压力为1MPa和温度为200℃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1MPa的压力举起它。求每种情况下容器内空气的最终温度？

解:（1）同上题

662K=3℃

（2）

h=cpT0

L=kp

T=552K=279℃

同（2）只是W不同

T=473K＝200℃

3－13    解： 

对理想气体

3－14    解：（1）理想气体状态方程

＝586K

（2）吸热：

＝2500kJ

3-15    解：烟气放热等于空气吸热

1m3空气吸取1.09 m3的烟气的热

＝267kJ

＝205℃

t2=10+205=215℃

3-16    解：

代入得：

＝582K

＝309℃

3－17    解：等容过程

1.4

＝37.5kJ

3-18    解：定压过程

    T1==216.2K

    T2=432.4K

内能变化：

＝156.3kJ

焓变化：

218.8 kJ

功量交换：   

＝62.05kJ

热量交换：      =218.35 kJ

第四章  理想气体的热力过程及气体压缩

4-1     1kg空气在可逆多变过程中吸热40kJ，其容积增大为，压力降低为，设比热为定值，求过程中内能的变化、膨胀功、轴功以及焓和熵的变化。

解：热力系是1kg空气

过程特征：多变过程＝0.9

因为

内能变化为

＝717.5    

＝1004.5

    ＝3587.5

＝8×103J

膨胀功：＝32 ×103J

轴功： 28.8 ×103J

焓变：＝1.4×8＝11.2 ×103J

熵变：＝0.82×103

4－2     有1kg空气、初始状态为，℃，进行下列过程：

（1）可逆绝热膨胀到；

（2）不可逆绝热膨胀到，；

（3）可逆等温膨胀到；

（4）可逆多变膨胀到，多变指数；

试求上述各过程中的膨胀功及熵的变化，并将各过程的相对位置画在同一张图和图上

解：热力系1kg空气

膨胀功：

＝111.9×103J

熵变为0

（2）＝88.3×103J

＝116.8

（3）＝195.4×103

＝0.462×103

（4）＝67.1×103J

＝1.2K

＝－346.4

4-3    具有1kmol空气的闭口系统，其初始容积为1m3，终态容积为10 m3，当初态和终态温度均100℃时，试计算该闭口系统对外所作的功及熵的变化。该过程为：（1）可逆定温膨胀；（2）向真空自由膨胀。

解：（1）定温膨胀功7140kJ

19.14kJ/K

(2)自由膨胀作功为0

19.14kJ/K

4－4    质量为5kg的氧气，在30℃温度下定温压缩，容积由3m3变成0.6m3，问该过程中工质吸收或放出多少热量？输入或输出多少功量？内能、焓、熵变化各为多少？

解：－627.2kJ

放热627.2kJ

因为定温，内能变化为0，所以

内能、焓变化均为0

熵变：

－2.1 kJ/K

4－5    为了试验容器的强度，必须使容器壁受到比大气压力高0.1MPa的压力。为此把压力等于大气压力。温度为13℃的空气充入受试验的容器内，然后关闭进气阀并把空气加热。已知大气压力B＝101.3kPa，试问应将空气的温度加热到多少度？空气的内能、焓和熵的变化为多少？

解：（1）定容过程

568.3K

内能变化： 202.6kJ/kg

283.6 kJ/kg

0.49 kJ/(kg.K)

4-6        6kg空气由初态p1＝0.3MPa，t1=30℃，经过下列不同的过程膨胀到同一终压p2＝0.1MPa：（1）定温过程；（2）定熵过程；（3）指数为n＝1.2的多变过程。试比较不同过程中空气对外所作的功，所进行的热量交换和终态温度。

解：（1）定温过程

573.2 kJ

T2=T1=30℃

（2）定熵过程

351.4 kJ

Q＝0

221.4K

（3）多变过程

＝252.3K

436.5 kJ

218.3 kJ

4－7    已知空气的初态为p1＝0.6MPa，v1=0.236m3/kg。经过一个多变过程后终态变化为p2＝0.12MPa，v2=0.815m3/kg。试求该过程的多变指数，以及每千克气体所作的功、所吸收的热量以及内能、焓和熵的变化。

解：（1）求多变指数＝1.30

1千克气体所作的功

146kJ/kg

吸收的热量

    =36.5 kJ/kg

内能：

146-36.5＝－109.5 kJ/kg

焓：－153.3 kJ/kg

熵：＝90J/(kg.k)

4-8    1kg理想气体由初态按可逆多变过程从400℃降到100℃，压力降为，已知该过程的膨胀功为200kJ，吸热量为40 kJ，设比热为定值，求该气体的和

解：

kJ

＝533J/(kg.k)

=200 kJ

解得：n＝1.49

R=327 J/(kg.k)

代入解得：＝533+327=860 J/(kg.k)

4-9将空气从初态1，t1=20℃,定熵压缩到它开始时容积的1/3，然后定温膨胀，经过两个过程，空气的容积和开始时的容积相等。求1kg空气所作的功。

解： 

    ＝-116 kJ/kg

＝454.7K

＝143.4 kJ/kg

w=w1+w2=27.4 kJ/kg

4-10 1kg氮气从初态1定压膨胀到终态2，然后定熵膨胀到终态3。设已知以下各参数：t1=500℃，v2=0.25m3/kg ，p3＝0.1MPa，v3=1.73m3/kg。求（1）1、2、3三点的温度、比容和压力的值。（2）在定压膨胀和定熵膨胀过程中内能的变化和所作的功。

解：(1)＝1.5 MPa

＝1263K

p1=p2=1.5 MPa

v1==0.15 m3/kg

=583 K

(2) 定压膨胀

3 kJ/kg

145.4 kJ/kg

定熵膨胀

505 kJ/kg

-505 kJ/kg

或者：其q=0, = -505 kJ/kg

4-11 1标准m3的空气从初态1 p1＝0.6MPa，t1=300℃定熵膨胀到状态2，且v2=3v1。空气由状态2继续被定温压缩，直到比容的值和开始时相等，v3=v1，求1、2、3点的参数（P,T,V）和气体所作的总功。

解： 0.274 m3/kg

0.129 MPa

369K

V2=3V1=0.822 m3

T3=T2=369K

V3=V1=0.274 m3

0.387 MPa

4－12 压气机抽吸大气中的空气，并将其定温压缩至p2＝5MPa。如压缩150标准m3空气，试求用水冷却压气机气缸所必须带走的热量。设大气处于标准状态。

解： -59260kJ

4-13 活塞式压气机吸入温度t1=20℃和压力p1＝0.1MPa的空气，压缩到p2＝0.8MPa，压气机每小时吸气量为600标准m3。如压缩按定温过程进行，问压气机所需的理率为多少千瓦？若压缩按定熵过程进行，则所需的理率又为多少千瓦？

解：定温：

0.215kg/s

－37.8KW

定熵

＝－51.3 KW

4－14 某工厂生产上需要每小时供应压力为0.6MPa的压缩空气600kg；设空气所初始温度为20℃，压力为0.1MPa。求压气机需要的最小理率和最大理率。若按n＝1.22的多变过程压缩，需要的理率为多少？

解：最小功率是定温过程

m=600/3600=1/6  kg/s

＝－25.1 KW

最大功率是定熵过程

－32.8 KW

多变过程的功率

－29.6 KW

4－15 实验室需要压力为6MPa的压缩空气，应采用一级压缩还是二级压缩？若采用二级压缩，最佳中间压力应等于多少？设大气压力为0.1，大气温度为20，压缩过程多变指数n=1.25，采用中间冷却器能将压缩气体冷却到初温。试计算压缩终了空气的温度。

解：压缩比为60，故应采用二级压缩。 

中间压力： 0.775MPa 

    =441K 

4-16 有一离心式压气机，每分钟吸入p1＝0.1MPa，t1=16℃的空气400 m3，排出时p2＝0.5MPa，t2=75℃。设过程可逆，试求： 

(1)此压气机所需功率为多少千瓦？ 

(2)该压气机每分钟放出的热量为多少千焦？ 

解：（1）_ =8.04kg/s 

    =1.13

_  __1183KW 

（2）_ =-712.3kJ/s 

4－17 三台空气压缩机的余隙容积均为6％，进气状态均为0.1MPa、27℃，出口压力均为0.5MPa，但压缩过程的指数不同，分别为：n1=1.4，n2=1.25，n3=1。试求各压气机的容积效率（假设膨胀过程的指数和压缩过程的指数相同）。 

解： 

n=1.4:    0.87

n=1.25： =0.84

n=1：    =0.76

第五章  热力学第二定律

5-1 ⑴ 

⑵ 

⑶ 

5-2 

该循环发动机不能实现

5-3 

5-4 

5-5 ⑴

⑵

⑶

5-6 ⑴

由℃

得℃

5-7 

5-8 

5-9 可逆绝热压缩终态温度

K

可逆过程，不可逆过程

且，则

K

=0.00286 kJ/kg.K

5-10 理论制冷系数： 

制冷机理率： 

散热量： 

冷却水量： 

5-11 ⑴ 

热源在完成不可逆循环后熵增0.026kJ/kg.K

则第二个过程热源吸热：

工质向热源放热：

5-12 可逆定温压缩过程熵变：

可逆过程耗功：

实际耗功： 

因不可逆性引起的耗散损失：

总熵变： 

5-13， 

5-14， 

5-15 ⑴， 

⑵

5-16 

5-17 ⑴

⑵

5-18 ⑴

⑵

5-19 

环境熵变： 

空气熵变： 

孤立系统熵变：

5-20 

排开环境所作的功为作功能力损失（51.2kJ/kg）

5-21 

5-22 

5-23 

5-24 ⑴

⑵

⑶

    符合！

第六章 习题解答

6-1 

6-2 

6-3 ⑴

积分：

⑵

⑶

，

6-4 

6-5 

（湿蒸气区T恒定）

6-6 

6-7 

6-8 

⑴

⑵

⑶

6-9 

    与v无关，仅与T有关

6-10     

6-11 

6-12 

 Pa

第七章  水蒸气

7-1当水的温度t=80℃，压力分别为0.01、0.05、0.1、0.5及1MPa时，各处于什么状态并求出该状态下的焓值。

解：查表知道 t=80℃时饱和压力为0.047359MPa。

因此在0.01、0.05、0.1、0.5及1MPa时状态分别为过热、未饱和、未饱和，未饱和、未饱和。焓值分别为29.3kJ/kg，334.9 kJ/kg，335 kJ/kg，335.3 kJ/kg，335.7 kJ/kg。

7－2已知湿蒸汽的压力p=1MPa干度x=0.9。试分别用水蒸气表和h-s图求出hx，vx，ux，sx。

解：查表得：h``＝2777kJ/kg        h`=762.6 kJ/kg

v``＝0.1943m3/kg                        v`＝0.0011274 m3/kg

u``= h``－pv``=2582.7 kJ/kg            u`＝h`－pv`=761.47 kJ/kg

s``=6.5847 kJ/(kg.K)                    s`＝2.1382 kJ/(kg.K)

hx＝xh``+(1-x)h`=2575.6 kJ/kg

vx＝xv``+(1-x)v`=0.1749 m3/kg

ux＝xu``+(1-x)u`=2400 kJ/kg

sx＝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mv=0.57kg，试求此湿蒸汽的干度、比容及焓值。

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/kg

h``＝2796.4kJ/kg        h`=7.8 kJ/kg

湿饱和蒸汽的质量：

解之得：

x=0.53

比容：vx＝xv``+(1-x)v`=0.0558 m3/kg

焓：hx＝xh``+(1-x)h`=1904kJ/kg

7－4将2kg水盛于容积为0.2m3的抽空了的密闭刚性容器中，然后加热至200℃试求容器中（1）压力；（2）焓；（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/kg

v``＝0.12714m3/kg    v`＝0.0011565m3/kg

饱和压力1.5551MPa。

刚性容器中水的比容：

＝0.1 m3/kg因此是湿蒸汽。

压力是饱和压力1.5551MPa。

干度：＝0.78

焓：hx＝xh``+(1-x)h`=23.8kJ/kg

蒸汽的质量和体积：

mv=x×m=0.78×2=1.56kg 

V= mv×v``＝0.19834m3

7-5已知8 m3的湿蒸汽，在p＝0.9 MPa时，其湿度（1－x）＝0.65，求此湿蒸汽的质量与焓。

解：p＝0.9 MPa的饱和参数

h``＝2773kJ/kg        h`=742.6 kJ/kg

v``＝0.21484m3/kg    v`＝0.0011213m3/kg

湿蒸汽的质量：

0.0759 m3/kg

＝105.4kg

焓：h=mhx＝x(h``+(1-x)h`)=105.4×1453.24kJ =1.53×103 kJ

7-6有一台采暖锅炉，每小时能生产压力p＝1 MPa（绝对）、x＝0.95的蒸汽1500kg。当蒸汽的流速c≮25m/s时，管道中的压力损失可以不计，求输汽管的内径最小应多大？

解：p＝1 MPa、x＝0.95的比容

查表饱和参数v``＝0.1943m3/kg        v`＝0.0011274m3/kg

0.184 m3/kg

蒸汽体积流量：     ＝0.077m3/s

输汽管的半径最小为   ＝0.0313m

内径：0.0626m

7-7某空调系统采用p＝0.3 MPa、x＝0.94的湿蒸汽来加热空气。暖风机空气的流量为每小时4000标准m3，空气通过暖风机（从0℃）被加热到120℃。设蒸汽流过暖风机后全部变为p＝0.3 MPa的凝结水。求每小时需要多少千克蒸汽（视空气的比热为定值）。

解：空气吸收的热量：

＝619000kJ/h

p＝0.3 MPa的饱和参数：

h``＝2725.5kJ/kg        h`=561.4 kJ/kg

p＝0.3 MPa、x＝0.94蒸汽的焓

hx＝xh``+(1-x)h`=2595.7kJ/kg

需要蒸汽

304.28 kg /h

法二：

湿蒸汽中起加热作用的仅为干饱和蒸汽

＝306.6 kg /h

7-8气缸中盛有0.5kg、t＝120℃的干饱和蒸汽，在定容下冷却至80℃。求此冷却过程中蒸汽放出的热量。

解：t＝120℃的干饱和蒸汽参数：

v``＝0.202m3/kg    h``＝2706.6kJ/kg    p1=0.19854MPa

容积：V=mv``=0.44601 m3

t＝80℃的饱和蒸汽参数

v`＝0. 0010292m3/kg        v``＝3.4104m3/kg

h``＝23.8kJ/kg        h`=334.92 kJ/kg    p2=0.047359MPa

比容：＝0.202 m3/kg

干度：＝0.26

焓：hx＝xh``+(1-x)h`=935.2kJ/kg

放出的热量：q=m(h``120-hx-vx(p2-p1))=817 kJ

7－9有一刚性容器，用一薄板将它分隔为A、B两部分。在A中盛有1kg、压力pA＝0.5 MPa的干饱和蒸汽，B中盛有2kg pB＝1 MPa，x＝0.80的湿蒸汽。当隔板抽去后，经过一段时间容器中的压力稳定在p3＝0.7 MPa。求（1）容器的总容积及终了时蒸汽的干度；（2）由蒸汽传给环境的热量。

解：（1）容器的总容积

pA＝0.5 MPa的干饱和蒸汽参数

v``＝0.37481m3/kg        h``＝2748.5kJ/kg        uA＝2561.1kJ/kg

A占容积：VA=mAv``=0.37481 m3

pB＝1 MPa的饱和蒸汽参数

v``＝0.1943m3/kg     v`＝0.0011274m3/kg

h``＝2777kJ/kg        h`＝762.6kJ/kg    

vB=xv``+(1-x)v`=0.155 m3/kg

hB＝xh``+(1-x)h`=2374kJ/kg

uB＝2219kJ/kg

B占容积：VA=mBv=0.31 m3

总容积:V=VA+VB=0.685 m3

0.7MPa的饱和蒸汽参数

v``＝0.27274m3/kg     v`＝0.0011082m3/kg

h``＝2762.9kJ/kg        h`＝697.1kJ/kg

蒸汽比容：0.228 m3/kg

蒸汽干度：＝0.84

（2）由蒸汽传给环境的热量

终了时的焓：hx＝xh``+(1-x)h`=2502kJ/kg

ux＝2342.4kJ/kg

＝-193.7 kJ

7－10将1kgp1=0.6MPa，t1=200℃的蒸汽在定压条件下加热到t2=300℃，求此定压加热过程加入的热量和内能的变化量。若将此蒸汽再送入某容器中绝热膨胀至p3=0.1MPa，求此膨胀过程所作的功量。

解：查表p1=0.6MPa，t1=200℃

h1=2850kJ/kg        v1=0.352 m3/kg    （u1=2639 kJ/kg）

查表p2=0.6MPa，t2=300℃

h2=3061kJ/kg            v2=0.4344 m3/kg        

s2=7.372 kJ/(kg.K)    （u2=2801 kJ/kg）

查表p3=0.1MPa，s=7.372

h3=2680kJ/kg            v3=1.706 m3/kg        （u3=2509 kJ/kg）

定压过程加入的热量和内能变化量

q=h2-h1=211kJ/kg

=162 kJ/kg

绝热膨胀过程所作的功量

＝292 kJ/kg

7-11汽轮机进汽参数为：p1=3MPa，t1=450℃，蒸汽在汽轮机中绝热膨胀到p2=5kPa后排入冷凝器。求：（1）可逆绝热膨胀时蒸汽的终参数及汽轮机所作的功；（2）若蒸汽在汽轮机中为不可逆绝热膨胀，引起的熵产为0.25kJ/(kg.K)，则汽轮机作的功将为多少？

解：查表p1=3MPa，t1=450℃的参数

h1=3344kJ/kg            s1=7.083 kJ/(kg.K)

则绝热膨胀到p2=5kPa，s2=7.083 kJ/(kg.K)

时蒸汽的终参数

t2=32.88℃        h2=2160kJ/kg        v2=23.52 m3/kg        

汽轮机所作的功

1184 kJ/kg

（2）不可逆绝热膨胀后的熵为

s3=7.083 +0.25＝7.333kJ/(kg.K)

p3=5kPa蒸汽的终参数：h3=2236kJ/kg    

汽轮机所作的功   1108 kJ/kg

7-12有一台工业锅炉，每小时能生产压力p1=1.4MPa，t1=300℃的过热蒸汽10t。已知给水的温度25℃；从锅筒引出的湿蒸汽的干度x＝0.96；湿蒸汽在过热蒸汽中再加热至300℃；煤的发热值为29400kJ/kg。试求（1）若锅炉的耗煤量B＝1430kg/h，求锅炉效率；（2）湿蒸汽在过热器中所吸收的热量及内能的变化量。

解：（1）煤的总发热量42.042MkJ/h

p1=1.4MPa，t1=300℃的过热蒸汽的参数：

h1=3040kJ/kg        v1＝0.1823m3/kg

取水为定值比热，其的焓值：h0＝25×4.1868＝104 kJ/kg

单位蒸汽吸热量：q=h1-h0=2936 kJ/kg

总吸热量：29.36 MkJ/h

锅炉效率：69.84％

（2）湿蒸汽的参数

v2＝0.136 m3/kg

h2＝2708kJ/kg

定压过程吸收的热量

q=m(h1-hx)= 3.32MkJ

内能的变化:

=2.65MkJ

7-13有一废热锅炉，进入该锅炉的烟气温度为ty1=600℃排烟温度为ty2=200℃。此锅炉每小时可产生ts=100℃的干饱和蒸汽200kg，锅炉进水温度为20℃，锅炉效率为60％。（1）求每小时通过的烟气量；（2）试将锅炉中烟气的放热过程与蒸汽的吸热过程定性的表示在同一t-s图上。

解：ts=100℃的干饱和蒸汽的焓：h=2676.3kJ/kg    

20℃水的焓：h0=20*4.186=83.7 kJ/kg

水的吸热量：q1=200*(2676.3-83.7)=518520kJ/h

烟气的放热量：

q=8200 kJ/h

烟气量：

＝2139kg/h

=1.93m3/kg

V=4128 m3/h

7-14湿蒸汽进入干度计前的压力p1=1.5MPa，经节流后的压力p2=0.2MPa，温度t2=130℃。试用焓熵图确定湿蒸汽的干度。

解：节流前后焓不变

查h-s图得：x=0.97

第八章  湿空气

8-1    温度20℃，压力0.1MPa，相对湿度70％的湿空气2.5m3。求该湿空气的含湿量、水蒸气分压力、露点、水蒸气密度、干空气质量、湿空气气体常数。如该湿空气在压力不变的情况下，被冷却为10℃的饱和空气，求析出的水量。

解：（1）水蒸气分压力：

根据20℃，查水蒸气表得对应的饱和压力为MPa

0.00163576 MPa

含湿量：＝10.34

露点：查水蒸气表，当0.00163576 MPa时，饱和温度即露点

14.35℃

水蒸气密度： 

干空气质量： 2.92㎏

求湿空气质量2.95㎏

湿空气气体常数： 288.8

查在10℃，查水蒸气表得对应的饱和压力为1.228 kPa

含湿量：＝7.73

析出水量：＝7.62g

8-2    温度25℃，压力0.1MPa，相对湿度50％的湿空气10000kg 。求该湿空气的露点、绝对湿度、含湿量、湿空气密度、干空气密度、湿空气容积。

解：水蒸气分压力：

根据25℃，查水蒸气表得对应的饱和压力为3.169kPa

0.5×3.169=1.58kPa

露点：查水蒸气表，当1.58kPa时，饱和温度即露点

    13.8℃

25℃,＝43.36

绝对湿度：＝0.0115

含湿量：＝9.985

湿空气密度： 

＝0.867

1.16

干空气密度： 1.15

湿空气容积： 8600 m3

8-3查表题

8－4 压力B为101325Pa的湿空气，在温度1＝5℃，相对湿度1＝60％的状态下进入加热器，在2＝20℃离开加热器。进入加热器的湿空气容积为＝10000 m3。求加热量及离开加热器时湿空气的相对湿度。

解：查饱和空气状态参数

1＝5℃，＝872Pa

2＝20℃，＝2.337kPa

分别计算状态参数：

1＝5℃， 1＝60％时

＝872×60％＝523.2 Pa

3.2g/kg(a)

13.08kJ/kg(a)

在加热器中是等湿过程： 3.2g/kg(a)

28.32 kJ/kg(a)

查图得湿空气相对湿度：

2＝23％

干空气的质量：

12634kg

加热量：

1.9×105kJ

8－5 有两股湿空气进行绝热混合，已知第一股气流的1＝15m3/min， 1＝20℃， 1＝30％；第二股气流的2＝20m3/min， 2＝35℃， 2＝80％。如两股气流的压力均为1013×102Pa，试分别用图解法及计算法求混合后的焓、含湿量、温度、相对湿度。

解：图解法略。

计算法：

查饱和空气状态参数

1＝20℃，＝2.337kPa，h1= 31.14kJ/kg(a)

    2＝35℃，＝5.622kPa，h2=109.4 kJ/kg(a)

4.37g/kg(a)

28.9g/kg(a)

17.65 kg

21.75 kg

焓：＝74.34 kJ/kg(a)

=17.9 g/kg(a)

查图得： 28.5℃

    ＝73％

8-6已知湿空气的60kJ/kg(a) ，t=25℃，试用B＝0.1013MPa的焓湿图，确定该湿空气的露点、湿球温度、相对湿度、水蒸气分压力。

解：露点19℃

湿球温度20.8℃

相对湿度69％

3.167kPa

水蒸气分压力＝2185Pa

8-7 在容积＝60℃的房间内，空气的温度和相对湿度分别为21℃及70％。问空气的总质量及焓kg值各为多少？设当地大气压为B＝0.1013MPa。

解：空气21℃对应的饱和压力： 2.485kPa

水蒸气的分压力：＝1.7295 kPa

温度21℃和相对湿度分别为70％的空气焓：48.77kJ/kg(a)

干空气的质量： 70.8kg

空气的含湿量： 10.8g/kg(a)

空气的总质量：＝71.5 kg

空气的焓值： 70.8×48.77＝3452.9 kJ

8-8将温度1＝15℃， 1＝60％的空气200m3加热到2＝35℃，然后送入到干燥器。空气在干燥器总与外界绝热的情况下吸收物料总的水份，离开干燥器的相对湿度增至3＝90％。设当地大气压力B＝0.1013MPa。试求(1)空气在加热器中的吸热量；（2）空气在干燥器中吸收的水份。

解：查表

1＝15℃，＝1.704 kPa

2＝35℃，＝5.622kPa

计算状态参数：

1＝15℃， 1＝60％时

＝1.02 kPa

6.33g/kg(a)

31.15kJ/kg(a)

在加热器中是等湿过程： 6.3g/kg(a)

51.5 kJ/kg(a)

查图得湿空气相对湿度：

2＝18％

干空气的质量：

242.6kg

加热量：

4937.8kJ

干燥器中是绝热过程h3=h2=51.5 kJ/kg(a)

由3＝90％查表得＝12.g/kg(a)

吸收的水份：

＝1538.4g

8-9某空调系统每小时需要c＝21℃， c＝60％的湿空气12000m3。已知新空气的温度1＝5℃， 1＝80％，循环空气的温度2＝25℃， 2＝70％。新空气与循环空气混合后送入空调系统。设当时的大气压力为0.1013MPa。试求（1）需预先将新空气加热到多少度？（2）新空气与循环空气的流量各为多少（kg/h）？

解：已知： 1＝5℃， 1＝80％，

 2＝25℃， 2＝70％

查h-d图可得：

h1=15.86 kJ/kg(a)

d1=4.32g/kg(a) ， 

h2=60.63 kJ/kg(a)

d2=13.93 g/kg(a)

求c＝21℃， c＝60％的水蒸气分压力

hc＝44.76 kJ/kg(a)，dc=9.3g/kg(a)，＝2.485kPa，＝1.49kPa，

求干空气质量： 14195kg/h

根据混合空气的焓和含湿量计算公式可得：

6839 kg/h

        7356 kg/h

h=27.7 kJ/kg(a)

根据d=d1=4.32 g/kg(a)查图得

t=17℃

8-10为满足某车间对空气温度及相对湿度的要求，需将1＝10℃， 1＝30％的空气加热加湿后再送入车间，设加热后空气的温度2＝21℃，处理空气的热湿比＝3500。试求空气终了时的状态参数d2、h2、2。

解：由1＝10℃， 1＝30％，＝3500查图得：

h2＝56 kJ/kg(a)，d2=13.5g/kg(a)， 2＝85％

8-11某空调系统每小时需要2＝21℃， 2＝60％的湿空气若干（其中干空气质量4500 kg/h）。现将室外温度1＝35℃， 1＝70％的空气经处理后达到上述要求。（1）求在处理过程中所除去的水分及放热量；（2）如将35℃的纯干空气4500 kg冷却到21℃，应放出多少热量。设大气压力B＝101325Pa。

解：（1）查h-d图

2＝21℃， 2＝60％

1＝35℃， 1＝70％得

h1=99.78    kJ/kg(a)                d1=25.17 g/kg(a)

h2=44.76    kJ/kg(a)                d2=9.3 g/kg(a)

处理过程除去的水分=71.4 kg/h

放热量：＝247.6 kJ/h

（2）将35℃的纯干空气4500 kg冷却到21℃，放出热量

＝63630kJ

8－12已知湿空气的温度＝18℃，露点d＝8℃,试求相对湿度、绝对湿度及含湿量。如将上述湿空气加热至40℃，其相对湿度、绝对湿度有何变化？如将其冷却至饱和状态，求其相对湿度与绝对湿度。当时大气压力为0.1013MPa。

解：(1)查图得：

    52％

＝65.08m3/kg

＝0.008kg/m3

6.7g/kg(a)

(2) 相对湿度2=14％

    ＝19.5m3/kg

绝对湿度＝0.0072kg/m3

(3) 冷却至饱和状态3=100％

饱和温度为8℃

    ＝120.9m3/kg

绝对湿度＝0.00827kg/m3

8-13冷却塔中水的温度由38℃被冷却至23℃，水流量100×103kg/h。从塔底进入的湿空气参数为温度15℃，相对湿度50％,塔顶排出的是温度为30℃的饱和空气。求需要送入冷却塔的湿空气质量流量和蒸发的水量。若欲将热水（38℃）冷却到进口空气的湿球温度，其他参数不变，则送入的湿空气质量流量又为多少？设大气压力B＝101325Pa。

解：查h-d图

1＝15℃， 1＝50％

2＝30℃， 2＝100％得

h1=28.45    kJ/kg(a)                d1=5.28 g/kg(a)

h2=99.75kJ/kg(a)                d2=27.2 g/kg(a)

由t3＝38℃和t4＝23℃，取水的平均定压比热＝4.1868kJ/(kg.K)

水的焓值：

＝159.1 kJ/kg

＝96.3     kJ/kg

干空气的质量：

＝90.7×103kg(a)/h

送入湿空气的质量

＝91.2×103kg/h

蒸发的水量

＝1988 kg/h

（2）查图湿球温度为9.7℃，＝40.6kJ/kg

＝168.3×103kg(a)/h

送入湿空气的质量

＝169.2×103kg/h

8－14某厂房产生余热16500kJ/h，热湿比＝7000。为保持室内温度2＝27℃及相对湿度2＝40％的要求，向厂房送入湿空气的温度1＝19℃，求每小时的送风量为多少千克及厂房的产湿量。大气压力B＝101325Pa。

解：厂房的余湿：＝2.357kg/h

查图得h2=49.84    kJ/kg  ,h1=35 kJ/kg，d1=6.3 g/kg(a)

送干空气量1112 kg/h

送风量＝1.12×103kg/h

第九章  气体和蒸汽的流动

9-1压力为0.1MPa，温度为20℃的空气，分别以100、300、500及1000m/s的速度流动，当被可逆绝热滞止后，问滞止温度及滞止压力各多少？

解：h1==1.01×293=296kJ/kg

h0=h1+

当c=100m/s时：

h0=301 kJ/kg，T0＝＝298K，＝0.106 MPa

当c=300m/s时：

h0=341 kJ/kg，T0＝337.6K，p0= 0.158MPa

当c=500m/s时：

h0=421 kJ/kg，T0＝416.8K，p0= 0.33MPa

当c=1000m/s时：

h0=796 kJ/kg，T0＝788.1K，p0= 0.308MPa

9-2质量流量kg/s的空气在喷管内作定熵流动，在截面1-1处测得参数值p1= 0.3MPa，t1＝200℃，c1=20m/s。在截面2-2处测得参数值p2＝0.2MPa。求2-2截面处的喷管截面积。

解： 0.1584>0.2 MPa

采用渐缩喷管。

c1=20m/s较小忽略。

因此2-2截面处是临界点

421K

0.6m3/kg

323m/s

0.00185m3

9-3渐缩喷管进口空气的压力p1= 2.53MPa，t1＝80℃，c1=50m/s。喷管背压pb= 1.5MPa。求喷管出口的气流速度c2，状态参数v2、t2。如喷管出口截面积f2=1cm2，求质量流量。

解: 2.53=1.33<1.5 MPa

没有到临界。

滞止温度：

＝354.24K

滞止压力：＝2.56 MPa

317.5 m/s

＝304K

0.058 m3/kg

0.55 m3/s

9-4如上题喷管背压pb= 0.1MPa。求喷管出口的气流速度及质量流量？

解： 2.53=1.33 MPa >pb

所以渐缩喷管进口截面压力p2＝pc＝1.33 MPa

由定熵过程方程可得：（按c1＝0处理）

＝294K

c2＝a＝＝344 m/s

0.0634 m3/kg

0.543 m3/s

9-5空气流经喷管作定熵流动，已知进口截面上空气参数p1= 0.7MPa，t1＝947℃，c1=0m/s。喷管出口处的压力p2分别为0.5 MPa及0.12 MPa，质量流量均为kg/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）p2＝0.5MPa

0.7=0.37 MPa 未到临界，选用渐缩喷管。

＝1108K

474 m/s

0.636 m3/kg

6.7cm2

（2）p2＝0.12MPa

0.7=0.37 MPa>pb

选缩放喷管。

＝737K

985 m/s

1.76 m3/kg

8.9cm2

9-6空气流经一断面为0.1m2的等截面通道，在截面1-1处测得c1=100m/s，p1= 0.15MPa，t1＝100℃；在截面2-2处，测得 c2=171.4m/s，p2＝0.14MPa。若流动无摩擦损失，求（1）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

0.71 m3/kg

14.08 kg /s

（2）＝1.22 m3/kg

595K

（3）3141kJ/s

9-7有p1= 0.18MPa，t1＝300℃的氧气通过渐缩喷管，已知背压pb= 0.1MPa。喷管出口直径d2=10mm。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： p2＝0.1 MPa

0.18=0.1 MPa =pb

出口为临界流速

416.7 m/s

质量流量

＝484K

1.26 m3/kg

0.026 kg /s

9－8空气通过一喷管，进口压力p1= 0.5MPa，t1＝600K，质量流量为1.5kg/s。如该喷管的出口处压力为p2= 0.1MPa，问应采用什么型式的喷管？如不考虑进口流速影响，求定熵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η＝0.95，则喷管气体出口速度及出口截面积各为多少？

解： 0.5=0.2 MPa >p2

所以应采用缩放喷管。

(1)出口流速：

0.6314

＝378.8K

1.09 m3/kg

667m/s

＝24.5cm2

(2) 650 m/s

390 K

1.12 m3/kg

＝25.8cm2

9-9某燃气p1= 1MPa，t1＝1000K，流经渐缩渐扩喷管。已知喷管出口截面上的压力p2=0. 1MPa，进口流速c1＝200m/s，喷管效率η＝0.95，燃气的质量流量50kg/s，燃气的比热k＝1.36，定压质量比热cp＝1kJ/(kg.K)。求喷管的喉部截面积和出口截面积。

解：进口流速c1＝200m/s

20 kJ/kg远小于燃气的进口焓＝1000 kJ/kg

忽略。

出口流速：

0.5436

＝543.6K

955m/s

931 m/s

566 K

＝2.7 kJ/(kg.K)

1.5 m3/kg

出口截面积

＝805cm2

(2)喉部流速：

0.535 MPa

＝847.4K

552m/s

0.4193 m3/kg

喉部截面积

＝380cm2

9-10水蒸气压力p1= 0.1MPa，t1＝120℃以500m/s的速度流动，求其滞止焓、滞止温度和滞止压力。

解：p1= 0.1MPa，t1＝120℃时水蒸气焓

h1=2716.8 kJ/kg，s1=7.4681 kJ/(kg.K)

滞止焓

h0= h1+c2/2=2841.8 kJ/kg

查表得

p0=0.19 MPa

t0=185.7℃

9-11水蒸气的初参数p1= 2MPa，t1＝300℃，经过缩放喷管流入背压pb= 0.1MPa的环境中，喷管喉部截面积20cm2。求临界流速、出口速度、质量流量及出口截面积。

解：h1=3023 kJ/kg，s1=6.765 kJ/(kg.K)

pc= 0.546×2=1.092 MPa

hc=2881 kJ/kg，vc=2.0 m3/kg

h2=2454 kJ/kg，v2=1.53 m3/kg

cc=532.9 m/s

c2=1066.7 m/s

质量流量

0.533 kg /s

＝76.4cm2

9-12解：h1=3231 kJ/kg，

节流后s=7.203 kJ/(kg.K)

h2=3148 kJ/kg，v2=0.2335 m3/kg

pb/p>0.546

渐缩喷管

c2=407.4 m/s

0.35 kg /s

9-13解：查表得

h2=2736 kJ/kg

由p1= 2MPa等焓过程查表得

x1＝0.97

t1=212.4℃

43.4K/MPa

9-14解:查表得：h1=3222 kJ/kg

h2=3066 kJ/kg

c2=558.6 m/s

    ＝519 m/s

动能损失：

21 kJ/kg

9-15解： 0.199 kJ/(kg.K)

（理想气体的绝热节流过程温度相等）

用损

＝59.7 kJ/kg

9-16解：由得

355K              ＝337m/s

第十章  动力循环

10-1蒸汽朗肯循环的初参数为16.5MPa、550℃，试计算在不同背压p2=4、6、8、10及12kPa时的热效率。

解：朗肯循环的热效率

h1为主蒸汽参数由初参数16.5MPa、550℃定

查表得：h1=3433kJ/kg        s1=6.461kJ/(kg.K)

h2由背压和s1定

查h-s图得：

p2=4、6、8、10、12kPa时分别为

h2=1946、19、2020、2045、2066 kJ/kg

h3是背压对应的饱和水的焓

查表得。

p2=4、6、8、10、12kPa时饱和水分别为

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：t1＝500℃、p2＝1kPa，试计算当p1分别为4、9、14MPa时；（1）初态焓值及循环加热量；（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t1＝500℃，p1分别为4、9、14MPa时初焓值分别为：

h1=3445、3386、3323 kJ/kg

熵为s1=7.09、6.658、6.39 kJ/(kg.K)

p2＝1kPa(s2=s1)对应的排汽焓h2：1986、1865、1790 kJ/kg

3点的温度对应于2点的饱和温度t3=6.98℃、焓为29.33 kJ/kg

s3=0.106 kJ/(kg.K)

3`点压力等于p1，s3`=s3，

t3`=6.9986、7.047、7.072℃    

则焓h3`分别为：33.33、38.4、43.2 kJ/kg

循环加热量分别为：q1=h1-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h1-h2

循环净功h1-h2-( h3`-h3)

（4）汽轮机的排汽干度

s2=s1=7.09、6.658、6.39 kJ/(kg.K)

p2＝1kPa对应的排汽干度0.79、0.74、0.71

（5）循环热效率＝

解：1点焓和熵分别为：3433kJ/kg、6.529 kJ/(kg.K)

2点焓和熵分别为：2027kJ/kg、6.529 kJ/(kg.K)

3点焓和熵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

547.7K

（2）平均放热温度

312.17K

（3）循环热效率

43％

10-4一理想再热循环，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点焓和熵分别为：3433kJ/kg、6.529 kJ/(kg.K)

3点焓和熵分别查饱和压力下的饱和水表为：

163.38kJ/kg、0.5591 kJ/(kg.K)

再热入口焓B：压力为3 MPa，熵为6.529 kJ/(kg.K)，

hB=2988 kJ/kg

再热出口焓A：hA=3547 kJ/kg，sA=7.347 kJ/(kg.K)

2点焓和熵分别为：2282kJ/kg、7.347 kJ/(kg.K)

（4）平均加热温度

5K

（5）平均放热温度

312K

（6）循环热效率

44.7％

10-5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 MPa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点焓和熵分别为：h1=3096kJ/kg、s1=6.211 kJ/(kg.K)

排汽2点焓为：h2=2155kJ/kg

3点焓和熵分别查饱和压力下的饱和水表为：h3=340.57kJ/kg

抽汽点4的焓（查2 MPa和s4=s1）：h4=2736 kJ/kg

2 MPa对应的饱和温度212.37℃，h5=908.6 kJ/kg

求抽汽率

＝0.237

循环功量：

794 kJ/kg

热效率：36.2％

10-6    某厂的热电站功率12MW，使用背压式汽轮机p1＝3.5MPa ，t1＝435℃、p2＝0.8 MPa，排汽全部用于供热。假设煤的发热值为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 MPa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点的焓h1=3303 kJ/kg、s1= 6.957kJ/(kg.K)

排汽点焓（s2=s1）h2=2908 kJ/kg

锅炉进口水焓（0.8 MPa对应的饱和水焓）h3=720.9 kJ/kg

热效率：＝15.3％

总耗煤量：

＝4.61kg/s=16.6t/h

有15.3％的热能发电，发电煤耗为：

m1=m=0.705 kg/s＝2.54 t/h

p2＝7kPa对应的排汽焓和锅炉进口水焓：

h2=2161 kJ/kg         h3=163.38 kJ/kg

电的耗煤量：

＝1.96 kg/s＝7.06 t/h

供热煤耗量相同14.06 t/h。

总煤耗：m=7.06+14.06=21.12 t/h

10-7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200℃，汽轮机供热抽汽压力为0.3 MPa，抽汽通过热交换器后变成0.3 MPa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0.8。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 MPa的饱和液体、饱和汽、汽化潜热的焓：

561.4 kJ/kg，2725.5 kJ/kg、2181.8 kJ/kg

进入热交换器的抽汽量：＝0.23kg/s

新汽焓h1=2827 kJ/kg，s1=6.693 kJ/(kg.K)

排汽焓(s2=s1)h2=2295 kJ/kg

抽汽焓(s3=s1)h3=2604 kJ/kg

乏汽量：＝2.25 kg/s

总蒸汽量：m=m1+m2=2.48 kg/s

10-8奥托循环压缩比＝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，＝0.73 kJ/(kg.K)。

解：热效率

57.4％

轴功：

401.5kW

＝703.7K

最高温度

＝1662.6K

1.82MPa

最高压力（定容）

4.3MPa

10-9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，＝1.02kJ/(kg.K)。求循环中各点压力、温度、热效率。

解：2点的压力和温度：

＝8K

4.78 MPa

3点压力和温度：

p3=p2      2458K

4点的压力和温度：

＝5.4

0.443 MPa

＝1231K

热效率：  4.2       ＝52％

10－10燃气轮机进气参数为p1＝0.1MPa、t1＝17℃、＝8，工质定压吸热终了温度t3＝600℃，设k=1.41，＝1.02kJ/(kg.K)。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

=45.3%

p2==0.8 MPa      ＝530K

压气机消耗的功：245 kJ/kg

＝478K

燃气轮机作功：403 kJ/kg

燃气轮机装置的轴功158 kJ/kg    350 kJ/kg

4

第十一章  制冷循环

11-1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0.1MPa，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

    故：＝0.325 MPa      

T3=20+273=293K       ＝209K

致冷量：＝1.01×（263-209）＝54.5kJ/kg

致冷剂的质量流量0.43kg/s     ＝368K

压缩功：w1=cp(T2-T1)=106 kJ/kg

压缩功率：P1=mw1=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 KW

11-2空气压缩致冷装置，吸入的空气p1=0.1MPa，t1=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=305K

＝446K

＝205K

致冷量：＝1.01×（300-205）＝96kJ/kg

致冷机消耗的净功: W=cp(T2-T1)－cp(T3-T4)=46.5kJ/kg

致冷系数： 2.06

11－3蒸气压缩致冷循环，采用氟利昂R134a作为工质，压缩机进口状态为干饱和蒸气，蒸发温度为-20℃，冷凝器出口为饱和液体，冷凝温度为40℃，致冷工质定熵压缩终了时焓值为430kJ/kg，致冷剂质量流量为100kg/h。求：致冷系数；每小时的制冷量；所需的理率。

解：在lgp-h图上查各状态点参数。

,p1=0.133MPa        h1=386kJ/kg        s1=1.739 kJ/(kg•K)

,p2=1.016 MPa        h2=430 kJ/kg

,h3=419 kJ/kg

h5=h4=256 kJ/kg

致冷量：q2=h1-h5=386-256=130 kJ/kg

每小时的制冷量:Q2=m×q2=12900kJ/h

压缩功：w=h2-h1=430-386=44 kJ/kg

致冷系数: 2.95

理率P=mw=100×44/3600=1.22kW

11-4用一台氨蒸气压缩致冷机，氨的蒸发温度为-5℃，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1000kg0℃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=1000×340=340000 kJ

在lgp-h图上查各状态点参数。

p1=335.7kPa        h1=1452kJ/kg        s1=5.6856 kJ/(kg•K)

p2=1.1686 MPa        h2=1620 kJ/kg

h5=h4=343 kJ/kg

致冷量：q2=h1-h5=1114 kJ/kg

氨每小时的流量；＝305.2kg

致冷机的功率：P=mw=m(h2-h1)=14kW

冷凝器热负荷：Q1=m(h2-h4)=390000 kJ/h

冷却水每小时的消耗量： =1.16×104kg/h

11-5一台氨致冷装置，其致冷量kJ/h，蒸发温度－15℃，冷凝温度30℃，过冷温度25℃，从蒸发器出口的蒸气为干饱和状态。求（1）理论循环的致冷系数；（2）致冷剂的质量流量；（3）消耗的功率。

解：查表得压力和焓分别为：h1=1400 kJ/kg,    p1=0.35MPa,

    s1=5.75 kJ/(kg•K)        h2=1650 kJ/kg,    p2=1.2MPa,    s2=5.75 kJ/(kg•K),    h3=320 kJ/kg

制冷量：q2=h1-h3=1080 kJ/kg

压缩功：w=h2-h1=250 kJ/kg

（1）致冷系数: 4.32

（2）致冷剂的质量流量：＝370kg/h

（3）消耗的功率25.7kW

11-6

11-7一台用氟利昂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/min的空气从5℃加热到30℃，冷凝器的最低温度必须较空气的最高温度高20℃，蒸发温度为-4℃。求：热泵的供热负荷；致冷剂流量；所需功率。

解：（1）热泵的供热负荷：

标准状况下30m3/min的空气的质量为：

=38.7kg/min=0.5kg/s

16.3kJ/s

冷凝器温度为30+20＝50℃，蒸发温度为-4℃

查表得压力和焓分别为：h1=395 kJ/kg,        s1=1.725 kJ/(kg•K)        h2=430 kJ/kg,        h3=272 kJ/kg

制热量：q1=h1-h3+h2-h1=158 kJ/kg

压缩功：w=h2-h1=35 kJ/kg

（2）致冷剂的质量流量：＝0.103kg/s

（3）消耗的功率3.6kW

11-8热泵利用井水作为热源，将20℃的空气8×104m3/h加热到30℃，使用氟利昂R134a为致冷剂，已知蒸发温度为5℃，冷凝温度为35℃，空气的定压容积比热为，井水的温度降低7℃，试求理论上必需的井水量、压缩机功率和压缩机的压气量（m3/h）。

解：查表得压力和焓分别为：h1=400 kJ/kg,            h2=420 kJ/kg,        h3=250 kJ/kg

制热量：q1=h2-h3 =170 kJ/kg

吸热量：q2=h1-h3＝150 kJ/kg

压缩功：w=h2-h1=20 kJ/kg

加热空气额热量： 80000×1.256×10=1×106kJ/h

致冷剂流量：＝5.88×103kg/h

必需的井水量：mw=mq2/(4.18*7)=30143 kg/h

压缩机功率: 32.6kW

氟利昂R134a在35℃时比容为0.018 m3/kg

压缩机的压气量: 5.88×103/0.018=3.27×105 m3/h

11-9

解：制冷量：Q＝m2×cp×(t2-t1)=1000×4.18×8=3.344×104kJ/min

蒸发器内压力： 1.001(7℃)

冷凝器内压力：4.2 kPa

补充水量：Q/r=3.344×104/2484/0.98=13.7 kg/min