工程热力学课后答案

出口截面积

mv'2f?'c2m?＝805cm2

fmincc?0.533 kg /s vcmv2c2＝76.4cm2

(2)喉部流速：

f2?

pc??p1??0.535 MPa

Tc?T1?k?1k9-12解：h1=3231 kJ/kg，

＝847.4K

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=44.72cc?kRTc)?552m/s RTvc?c?0.4193 m3/kg

Pc喉部截面积

h1?h2?407.4 m/s

mv'cf?'cc

m?＝380cm2

fc2?0.35 kg /s v29-13解：查表得 h2=2736 kJ/kg

由p1= 2MPa等焓过程查表得 x1＝0.97 t1=212.4℃

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 m/kg cc=44.72c2=44.72质量流量

3

?j?Pa

t2?t1130?212.4??p2?p1(0.1?2)?10643.4K/M

9-14解:查表得：h1=3222 kJ/kg h2=3066 kJ/kg c2=44.72h1?h2?558.6 m/s

'c2??c2 ＝519 m/s

动能损失：

2c2(1??)?21 kJ/kg

22h1?hc?532.9 m/s h1?h2?1066.7 m/s

9-15解：kJ/(kg.K)

（理想气体的绝热节流过程温度相等）

?s?cvlnvT2?Rln2?T1v10.199

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用损

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℃

22/2?cpT2?c2/2得

?ex?h1?h2?T0(s1?s2)?T0?s59.7 kJ/kg

9-16解：由cpT1?c1

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w0p2T2?T1()k/(k?1)?355K

p12c1?2cp(T2?T1)?c2/2＝337m/s

?h1-h2-( h3`-h3)

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

（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?初焓值h1

s1=6.461kJ/(kg.K)

3445 3386 3323

10-3一理想朗肯循环，以水作为工质，在循环最高压力为14MPa、循环最高温度540℃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 1986 1865 1790 33.33 38.4 43.2 29.33 29.33 29.33 排汽焓h2 ?w0＝ q1焓h3 循环加热3` 3411 3347 3279.8 4 9.07 13.87 量q1=h1-h凝结水泵消耗功量h3`-h3 进出口水的温差t3`-t3 0.0186 0.067 0.092 ?t?h1?h2

h1?h3焓h3` h1为主蒸汽参数由初参数16.5MPa、550℃定 查表得：h1=3433kJ/kg h2由背压和s1定 查h-s图得：

p2=4、6、8、10、12kPa时分别为 h2=1946、1989、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

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th?h1?h3?547.7K

s1?s3平均放热温度

（2）

tc?h2?h3?312.17K

s2?s3循环热效率

（3）

t??1?c?43％

th

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

??h5?h3908.6?340.57?＝0.237

h4?h32736?340.57循环功量：

w0?h1?h4?(1??)(h4?h2)?794 kJ/kg

热效率：?

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：?总耗煤量：

?w0w0??36.2％ q1h1?h5h1?h3?(hA?hB)th??564K

sA?s3（5）

平均放热温度

?h1?h2＝15.3％

h1?h3tc?h2?h3?312K

s2?s3循环热效率

（6）

??1?

tc?44.7％ thP12?106m??7??2?10?0.850.153?20000?103?0.85＝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 电的耗煤量：

h3=163.38 kJ/kg

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

m1?P?20000?1?0.85P12?1?h1?h20.36?20020000??0.85h1?h3＝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

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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

p3=p2

kJ/kg，设工质k=1.41，cp＝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：

T2?T1?k?1＝889K

m1?5002181.8p2?p1?k?4.78 MPa

＝

3点压力和温度：

T3?q?T2?2458K cp4点的压力和温度：

1?103/0.8?m1(h1?h3)乏汽量：m2?h1?h22.25 kg/s

总蒸汽量：m=m1+m2=2.48 kg/s

＝

v4v1v1T2????＝5.4 v3v3T3T3v2T2v3p4?p3()k?0.443 MPa

v410-8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，cv＝0.73 kJ/(kg.K)。 解：热效率

p4T4?T3()p3热

效

率：

k?1k＝1231K

??v3T4??v2T14.2

?k?1??1?k(??1)?k?1＝52％

??1?轴功：

1?k?1?57.4％

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，cp＝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

w?q??401.5kW

T2?T1?k?1＝703.7K

最高温度

T3?T2?qcv＝1662.6K

??1?p2=

1?(k?1)/k=45.3%

p2?p1?k?1.82MPa

最高压力（定容）

p1?气

=0.8 MPa

T2?T1?(k?1)/k＝

的

功

：

530K 压

机

消

耗

p3?p2

T3?4.3MPa T2wc?h2?h1?cp(T2?T1)?245 kJ/kg

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

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