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1、习 题 解 答,第 五 章 1. 今有94的热水连续地从一储桶以0.2273 M3/min的速度泵送，泵用电机的功率为1.492 kw，热水在途中流经一热交换器，以10080 kcal/min的速度放出热量，并输送到比第一储桶高15米的第二储桶中去，试求输往第二储桶的水温。已知：94热水的密度为962.8 kg/m3,习 题 解 答,解：,以1kg水为计算基准，注意单位一致,（5-13）,习 题 解 答,也可以一分钟为计算基准,t2=48 ,习 题 解 答,也可以一分钟为计算基准,END,习 题 解 答,2. 设有10kg水被下述热流体加热，从288 K加热到333 K，计算热流体的熵变，被加
2、热的水的熵变以及总熵变。（1）3.4105Pa的饱和蒸汽； （2）3.4105Pa，450K的过热蒸汽； (3)与10kg ,333K的热水完全逆流换热； (4)与最小量的370K热水完全顺流换热。 假如（1）、（2）两种情况下蒸汽冷凝但不过冷。,解：,（1）热流体是3.4105Pa的饱和蒸汽,水的平均恒压热容,习 题 解 答,3.4105Pa的饱和蒸汽的冷凝温度为137.84（411K）,水吸收的热,习 题 解 答,查水蒸汽表， 3.4105Pa时，饱和蒸汽,另一种解法,习 题 解 答,根据能量衡算，确定蒸汽用量,（2） 热流体是3.4105Pa，450K的过热蒸汽,3.4105Pa 450
3、K的过热蒸汽,3.4105Pa 饱和液体,3.4105Pa 饱和蒸汽,习 题 解 答,习 题 解 答,由于冷、热水量相等，平均恒压热容也相等，所以热水终温为288K，是可逆传热过程。,(3) 与10kg ,333K的热水完全逆流换热,热水,冷水,换热器,习 题 解 答,根据能量衡算， 所需热水量为,(4) 与最小量的370K热水完全顺流换热,热水,冷水,换热器,习 题 解 答,END,习 题 解 答,3. 1摩尔理想气体在400K由105Pa经等温不可逆压缩至10105Pa，压缩过程的热被移至300K的储热器。实际压缩功比可逆压缩功多20%，计算气体的熵变，储热器的熵变及总熵变，计算该过程损失
4、功。,解：,因为是理想气体，等温过程,按稳流过程考虑,习 题 解 答,或,习 题 解 答,另一种算法,END,注意：,可逆等温压缩过 热,习 题 解 答,4. 今有773K，100105Pa的过热蒸汽进入高压汽轮机绝热膨胀做功，设冷凝器的压力为0.04105Pa ，试求：(1)可逆绝热膨胀（乏汽为湿蒸汽）(2)不可逆绝热膨胀（乏汽为饱和蒸汽）时体系与环境总用和总无的变化。,解：,状态1,状态2,（1）可逆绝热膨胀,湿蒸汽,习 题 解 答,解得,习 题 解 答,可逆过程总用守恒。,总无的变化，因为是可逆绝热过程,可逆过程总无也守恒。,习 题 解 答,（2）不可逆绝热膨胀,状态1,状态2,饱和蒸汽
5、,习 题 解 答,总无的变化，因为是绝热过程，,不可逆过程总用减少。,不可逆过程总无增加。,END,习 题 解 答,5、某化肥厂用废热锅炉回收二段转化气的热量，转化气进、出废热锅炉的温度为1000和380，废热锅炉进口水温55，产生40105，440的过热蒸汽，若不计散热损失，问废热锅炉产汽量为多少公斤？求这一回收余热过程的损失功和热力学效率。已知转化气在1000和380间平均恒压热容为36 kJ/kmolk，转化气的流量为5160 NM3/吨氨。 现若令产生的过热蒸汽通过汽轮机作功，作功后的乏汽为1.0105的饱和蒸汽，试求此过程的理想功，损失功和热力学效率。,习 题 解 答,解：,以1吨氨
6、为计算基准,（1）产汽量的计算,根据能量衡算,55的水,440 的过热蒸汽,1000转化气,380,（2）传热过程的损失功和热力学效率,习 题 解 答,转化气的用变化,蒸汽的用变化,另一种算法,习 题 解 答,习 题 解 答,此传热过程热力学效率,另一种算法,习 题 解 答,（3）对外作功过程的理想功和热力学效率,饱和蒸汽,以1公斤蒸汽为计算基准,440 的过热蒸汽,只要始、终态一定（T0 、p0 基本是常数），则过程的理想功就一定。理想功的大小与完成相同状态变化的实际过程作的功无关，也与实际过程是否作功无关。,习 题 解 答,另一种算法,该作功过程的热力学效率,END,习 题 解 答,6.
7、蒸汽常因管路保温不善，在输送过程中冷凝，试计算1kg， 4.5105Pa的饱和蒸汽冷凝成同压下的水时的散热损失和损失功，假定环境温度为25。并说明为何两者的数值不同？,解：,查水蒸汽表，4.5105Pa的饱和蒸汽（421.05K）,习 题 解 答,损失功,习 题 解 答,热损失表示的是由于管道保温不良而散失到大气中的热量，其本质是热，是低质量的能量。 损失功表示的是由于保温不良使蒸汽冷凝而丧失的作功能力，而作功能力是高质量的能量。 将散失的热量用卡诺循环的热效率折算成热的用，其值就等于这个过程的损失功。,END,习 题 解 答,7. 一车间要利用300K、8.1105Pa（8大气压）的空气和1
8、95.95的液氮来产生20kg/s 、162.15、1.55105Pa的低温空气。拟采取的方案有两个： （1）空气先经节流阀节流膨胀到1.55105Pa，再经冷却器，用液氮冷却至所需温度162.15（111K）; （2）不采用节流膨胀，而是使空气先在等熵效率为80的透平机中膨胀做功，然后进入换热器冷却至 162.15。 试求（1）、（2）两方案中冷却器的热负荷以及过程的总熵增，两种方案的损失功，将它们进行比较并分析原因。液氮的汽化潜热自查。T0=298K,习 题 解 答,以 1 秒钟为计算基准,解：,过程（1）,空气 8.1105Pa 300K,1.55 105Pa T2=?,1.55 105
9、Pa -162.15 (111K),液氮 -195.95 77.2K,节流,根据p2= 1.55 105Pa，H1=H2，查空气的T-S图,汽氮 -195.95,冷却器,习 题 解 答,冷却器的热负荷,根据能量衡算，计算液氮的蒸发量：,195.95时液氮的汽化潜热为199.2kJ/kg（查表）,另一种算法,习 题 解 答,空气在1.55 105Pa，-162.15(111K)时，S3 = 0.63kcal/kgK,习 题 解 答,过程（2）,空气 8.1105Pa 300K,1.55 105Pa T2=?,1.55 105Pa -162.15 (111K),液氮 -195.95 77.2K,透
10、平机,根据p2= 1.55 105Pa，S1=S2，查空气的T-S图，可逆绝热膨胀至1.55 105Pa时，,冷却器,汽氮 195.95,习 题 解 答,根据p2= 1.55 105Pa，H2=100.16kcal/kg，查空气的 T-S图，不可逆绝热膨胀至1.55 105Pa时，,可回收的功为,习 题 解 答,而S空气不变,冷却器的热负荷：,习 题 解 答,将此两种过程进行比较如下：,由于空气通过透平机膨胀过程的不可逆程度小，产生的温度降大，可回收功；冷却器的热负荷减小，氮气的熵变明显降低；且空气与液氮的传热过程温差减小，传热过程的不可逆程度小；所以过程（2）的损失功小得多。,END,习 题
11、 解 答,8. 某换热器完全保温。热流体的流量为0.042kg/s，进、出换热器时的温度分别为150、35，其等压热容为4.36kJ/kg.K。冷流体进、出换热器时的温度分别为25、110，其等压热容为4.69kJ/kg.K。试计算冷、热流体用的变化、过程的损失功和热力学效率。 若将热流体进口温度改为287，其余条件不变，计算此时冷、热流体用的变化、过程的损失功和热力学效率，比较计算结果并分析原因。,习 题 解 答,根据能量衡算， 热流体放出热冷流体吸收热，以 1 秒钟为计算基准,热流体,冷流体,解：,逆流换热器,（1） 第一步,习 题 解 答,习 题 解 答,另一种算法,习 题 解 答,根据
12、能量衡算， 热流体放出热冷流体吸收热，以1秒钟为计算基准,热流体,冷流体,逆流换热器,（2） 第二步,习 题 解 答,习 题 解 答,另一种算法,习 题 解 答,将以上计算结果进行比较如下：,由于第二步热流体进口温度高，使传热温差加大，传热过程的不可逆程度增大，因此第二步的损失功大，过程的热力学效率低。,END,第五章完,习 题 解 答,1、一蒸汽动力装置的锅炉供应30105Pa，430的过热蒸汽给汽轮机，汽轮机的额定功率为15104KW。乏汽在0.10105Pa的压力下排至冷凝器，假定汽轮机的等熵效率为80，冷凝器出口的是饱和液体，循环水泵将水打回锅炉是可逆绝热过程，求： (1) 每公斤蒸汽
13、对外所做的功; (2) 此动力循环中蒸汽的质量流量 ； (3) 蒸汽从锅炉吸收的热量; (4) 水泵消耗的功; (5) 循环的热效率。,第 六 章,习 题 解 答,0.10105Pa时,解：,1点：30105Pa, 430的过热蒸汽, 查过热水蒸汽表，内插得,作出此动力循环T-S图,习 题 解 答,每公斤蒸汽通过汽轮机所作的功,习 题 解 答,蒸汽的质量流量,水泵消耗的功,对外所作净功,习 题 解 答,循环热效率,蒸汽从锅炉吸收的热量,END,习 题 解 答,2、 1kg 273K, 6MPa的空气，通过节流阀减压至1MPa，求减压后空气的温度。如果通过膨胀机也减压至1MPa，膨胀机的效率是8
14、0%，则空气膨胀后的温度是多少？设环境温度是298K，计算这两个过程的损失功。,习 题 解 答,这题的解法与第五章习题第 7 题很相似。 也与教材146页例6-6的解法相似。这题的错误也与例6-6的错误相似。,解：,习 题 解 答,3、 某氨蒸汽压缩制冷循环蒸发温度为15（Hg =1423.24kJ/kg），冷凝温度为27(Hl=305.58kJ/kg)，离开蒸发器的蒸汽为饱和蒸汽，压缩为不可逆绝热过程，其定熵效率为0.85，已知可逆绝热压缩终态的焓为1657.66kJ/kg,计算冷冻系数及冷冻量为1.4104kJ/h时压缩所需的功率。,习 题 解 答,解：,查氨的T-S图,（教材上氨的饱和蒸
15、汽表与氨的P-H 图数据不符，说明不同来源的数据最好不要混用）,15时：,27 时：,作出此制冷循环的T-S图,习 题 解 答,冷冻系数：,膨胀前后压力相同时：,习 题 解 答,制冷剂循环量：,压缩所需功率：,END,习 题 解 答,4. 试用T-S图求空气初温分别为300K及230K时，下列条件等焓及等熵膨胀过程的终温，以及产生的温度降TH及Ts，列表比较两种情况的降温效果。（1） 从80atm膨胀至20atm （2） 从20atm膨胀至5atm,习 题 解 答,解：,习题6-4,习 题 解 答,等焓及等熵膨胀过程产生的温度降TH及Ts比较,END,条件相同时，等熵膨胀比等焓膨胀产生的温度降
16、大得多。,等焓膨胀初温低降温效果好，而等熵膨胀初温高好。,习 题 解 答,1. 丙酮（1）甲醇（2）二元溶液超额自由焓的表达形式为， 纯物质的Antoine（安妥因）方程表示如下： t 单位 试求：（1）假如气相可看作理想气体，B=0.75，温度为60下的p-x-y数据。（2）气相可看作理想气体，B=0.64，压力为75kPa下的t-x-y数据。,第 七 章,（1）假如气相可看作理想气体，B=0.75，温度为60下的p-x-y数据。因为lni是 GE/RT 的偏摩尔性质,(4-83),（1）,同理,（2）,习 题 解 答,解：,习 题 解 答,设x1 = 0.5时,可认为该体系汽相是理想气体，液相是非理想溶液：
