《热工基础(张学学 高教》课后答案 第五章-第七章
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⑴ p 20 MPa， t 300℃； ⑵ p 9 MPa， v 0.017 m3/kg； ⑶ p 4.5MPa， t 450℃； ⑷ p 1 MPa， x 0.90 。
解：
题号
1
pMPa
20
t0C
300
2
3
9
4.5
303.31
450
4 1 179.88
x
0.8138
0.9
v h(KJ / kg)
125kg
湿空气的流量为
mwet ma 1 d 1251 0.002 125 .25kg
所消耗的热量为：
Q ma h2 h1 125 (56 15) 5125 kJ
5-12 为了保证精密仪表的精度及电绝缘的质量，要求保管及使用场所的大气不能太潮湿。
答：由 d 0.662 P1 1 ，在相同相对湿度的情况下，温度高，Ps 大，所以，温度 Ps
高含湿量大。 11. 早晨有雾，为什么往往是好天气？
答：早晨有雾，说明湿空气中含有许多小水滴，湿空气为饱和湿空气，当温度逐 渐上升后，小水滴逐渐汽化，所以往往是好天气。
习题
5-1 试利用水蒸气表确定下列各点的状态,并确定各状态的焓、熵或干度及比体积。
当饱和压力为 P 0.4MPa 时 h' 604.87KJ / kg ， h'' 2738.49KJ / kg
v1 ' 0.0010835m3 / kg ， v2 ' 0.46246m3 / kg
所以：
v1 xv' '(1 x)v' 0.01954416 m3 / kg h1 xh' '(1 x)h' 690.215kJ / kg u1 h1 p1v1 682 .4kJ / kg
定其状态并求其它参数。 解：用水蒸气表：
'＝0.0010925 0.35 '' 0.37486，
所以为湿饱和蒸汽。
x ' 0.35 0.0010925 93% '' ' 0.37486 0.0010925 t 151.80 C h xh''(1 x)h' 2601.0kJ / kg s xs''(1 x)s' 6.474kJ / kg
所以：
h xh''(1 x)h' 2694.13kJ / kg
查表得到：
当 P2 0.005MPa 时 s' 0.4761KJ / kg K s'' 8.393KJ / kg K
过热蒸汽在汽轮机中的理想绝热膨胀过程，熵不变，所以有：
s1 s2 xs''(1 x)s' 7.601kJ / kg K
思考题
1. 热水泵必须安装在热水容器下面距容器有一定高度的地方，而不能安装在热水容 器上面，为什么？ 答：保证其压力。
2. 锅炉产生的水蒸气在定温过程中是否满足 q w 的关系？为什么？
答：不对，因为水蒸气不能看作是理想气体，其内能不仅是温度的函数，还是压
力的函数，故此定温过程内能是改变的， U 不等于 0。 3. 有无 0℃或低于 0℃的蒸汽存在？有无低于 0℃的水存在？为什么？
解：1、查表得：
'' 0.52427 m3 / kg
h1 h' ' 2732 .37kJ / kg
所以：
m V 1.907kg v''
2、当 P 0.2MPa时，比容仍然为 0.52427 m3 / kg
'＝0.0010605 '' 0.88585
所以为湿饱和蒸汽。
3、 x ' 0.52427 0.0010605 59.1% ' ' ' 0.88585 0.0010605 h 504 .7kJ / kg h 2706 .9kJ / kg
传出的热量为：
Q mu u' mh h' mv(P2 P1) 816 .69kJ
5-5 某汽轮机入口蒸汽的压力 p1 1.3 MPa、 t1 350 ℃，出口蒸汽压力为 p2 0.005
MPa，假定蒸汽在汽轮机内进行理想绝热膨胀，忽略进、出口动能差，求每千克蒸汽流过汽
轮机所作的轴功及乏汽(排汽)的温度和干度。
答：有 0℃或低于 0℃的蒸汽存在，只要压力足够低就可能，但是没有低于 0℃的 水存在，因为水的三相点温度为 0.01℃，低于三相点温度，只可能是固态或是气 态。 4. 25MPa 的水，是否也象 1MPa 的水那样经历汽化过程？为什么？ 答：不可以，因为水的临界点压力为 22.12MPa，故此，当压力高于临界压力时， 它的汽化不经过气液两相区，而是由液相连续的到达气相。 5. dh c pdT 适用于任何工质的定压过程。水蒸气定压汽化过程中 dT = 0，由此得 出结论，水定压汽化时 dh c pdT 0 ，此结论是否正确？为什么？ 答：不正确，因为定压汽化过程中发生了相变，上式只适用于不发生相变的过程。 6. 试解释湿空气、湿蒸汽、饱和湿空气。 答：湿空气：含水蒸汽的空气；
查 h-s 图得到： x 0.92
t 150.70 C
h 2652.0kJ / kg
s 6.384kJ / kg K
5-3 一体积为 1m3 的密闭容器内盛有压力为 0.35MPa 的干饱和蒸汽，问容器内蒸汽的质量 为多少？若对蒸汽进行冷却，问当压力降到 0.2MPa 时容器内的蒸汽处于什么状态？ 冷却过程中由蒸汽向外传出的热量为多少？
p ps
0.1 0.6 0.003174
5-11 进入烘干装置的空气温度为 10℃，相对湿度 0.25 ，在加热器里被加热到 50℃，
从干燥室排出时的温度为 30℃。求每蒸发 1kg 水分所需的空气流量及所消耗的热量。
解：由 t1 10 C，＝0.25 查表得到： h1 15kJ / kg干空气，d1＝2g / kg干空气
2
k 1
2
1.31
0.546
P1 k 1 1.3 1
所以
Pcr 0.546 3.5 1.911MPa P2
查图表并插值得到：
h1 3291.73kJ / kg s1 6.94566kJ / kg.K
理想绝热过程熵不变，所以有：
查表可得：
s2 s1 6.94566 kJ / kg.K
那么能否利用饱和区定温定压的特性形成饱和区的卡诺循环从原理上看是可能的但是实施起来有两个关键问题一是汽轮机出口位于饱和区干度不高处湿度太大使得高速运转的汽轮机不能安全运行同时不可逆损失增大其二这样的卡诺循环压缩过程将在湿蒸汽区进行气液混和工质的压缩会给泵的设计和制造带来难以克服的困难因此迄今蒸汽动力循环未采用卡诺循答
解：查表得：
'' 0.89219 m3 / kg
h h'' 2706.18kJ / kg
所以：
V mv 0.5 0.89219 0.446095m3 t 800 C 时，
'＝0.00102903 0.89219 '' 3.4086
所以为湿饱和蒸汽。
x ' 0.89219 0.00102903 26.2% '' ' 3.4086 0.00102903 h xh''(1 x)h' 938.40kJ / kg
小时需多少煤？锅炉效率等于蒸汽总吸热量与燃料总发热量之比。
解：查表并插值得到：
P 4.5MPa,t 1000 C , h1 422.95KJ / kg P 4.5MPa,t 4800 C , h2 3399.40KJ / kg
吸热量为：
Q Gh2 h1 20000 3399.4 422.95 5.9529 107 KJ / h
h2 2958 .65kJ / kg
所以出口速度为：
c 2h1 h2 816.2m / s
5-10 测得大气的相对湿度 0.60 、 t 25℃，已知大气压力为 0.1MPa，试求大气的含
湿量 d 。
解： 查表得到：
t 250 C 时， Ps 0.003174 MPa
所以：
d 0.622 ps 0.622 0.6 0.003174 0.012 kg水蒸气 / kg干空气
所需时间为
t Q 922 min 17000
5-9 p1 3.5 MPa、 t 430℃的蒸汽流经一拉伐尔喷管后压力降为 p2 1MPa，求理想
情况下喷管出口处汽流的速度。
解： p1 3.5 MPa、 t 430℃的蒸汽处于过热状态，k＝1.30 由临界压力比可得：
k
1.3Pcr 解：源自表得到：t 3500 C 时
1 MPa
2 Mpa
1.3 MPa
h1 (kJ/kg) s1 (kJ/kg.K)
3157.7 7.3018
3137.2 6.9574
3151.55 7.1985
理想的绝热过程，熵不变，所以有：
P2 0.005MPa , s2 s1 7.1985kJ / kg K 查表得到 P2 时的参数：
t2 32.90 C s' 0.4762kJ / kg K , s' ' 8.3952kJ / kg K
h 137.77kJ / kg，h 2561.2kJ / kg
所以干度为：
x s2 s' 7.19852 0.4762 84.89% s' 's' 8.3952 0.4762
加热过程比湿度不变，沿定 d 线到 t2 50 C ， h2 56kJ / kg干空气，d2＝2g / kg干空气
在干燥器中经历的是绝热加湿过程，其焓值近似不变，沿定 h 线到 t3 30 C ， h3 56kJ / kg干空气， d3＝10 g / kg干空气
所以干空气的流量为
ma
1000 10 2
需要媒量为：
Q G 0.9 2.876t / h
23000 5-7 蒸汽在 p 1.5MPa、 x 0.95的状态下进入过热器，被定压加热成为过热蒸汽后进
入汽轮机，理想绝热膨胀至 p 0.005MPa、x 0.90 的出口状态，求每 kg 蒸汽在过
热器中吸热的热量。 解：查表得到：
当饱和压力为 P 1.5MPa 时 h' 844.82KJ / kg ， h'' 2791.46KJ / kg
查图得到：
当 P 1.5MPa ， s＝7.601kJ / kg K 时， h1 3390.2KJ / kg
所以：
Q h1 h 696 .07kJ / kg 5-8 在蒸汽锅炉的汽锅里储有 p 0.4 MPa、 x 0.04 的汽水混合物共 8250kg。如果关死
出汽阀，炉内燃料燃烧每分钟供给汽锅 17000kJ 的热量，求汽锅内压力上升到 1MPa 所需的时间。 解：查表得到：
0.0013605 1333.4
0.017 2491.5
0.07163 3323.8
0.17498 2575.6
s(KJ / kg K ) 3.2072
5.2430
6.8792
6.1400
状态
未饱和水
湿饱和汽
过热蒸汽
未饱和水
5-2 已知水蒸气的压力 p 0.5 MPa、比体积 v 0.35 m3/kg，分别用水蒸气表及 h s 图确
h2 xh' '(1 x)h' 1806 .20kJ / kg
传出的热量为：
Q mh1 h2 1.907 2732 .37 1806 .20 1766 .206 kJ
5-4 某容器盛有 0.5kg 、t =120℃的干饱和蒸汽，在定容下冷却至 80℃，求冷却过程中蒸 汽放出的热量。
加热后为 P 1MPa 的干饱和蒸汽 h2 h' ' 2777.0KJ / kg v 0.19430 m3 / kg
u2 h2 p2v2 2582 .7kJ / kg
吸热过程为定容过程，所以吸热量为
Q mu2 u1 8250 2582 .7 682 .4 1.568 107 kJ
所以出口乏气的焓为：
h2 xh' '(1 x)h' 2195 .02kJ / kg
根据稳定流动的过程方程，可得：
Ws h1 h2 956 .53kJ / kg 5-6 一台锅炉产汽率为 20t/h，蒸汽的压力为 4.5 MPa ，温度为 480℃，在同样的压力下
进入锅炉的给水的温度为 100℃，若锅炉效率为 0.9，煤的发热量为 23000kJ/kg，求一
湿蒸汽：含有液态水的水蒸气； 饱和湿空气：相对湿度为 100％的湿空气。 7. 对未饱和湿空气与饱和湿空气分别判断干球温度、湿球温度、露点温度三者的大 小。 答：未饱和湿空气：干球温度>湿球温度>露点温度 饱和湿空气： 干球温度>湿球温度＝露点温度 8. 在相同的温度及压力下，湿空气与干空气相比，那个密度大？ 答：干空气的密度大。 9. 同一地区阴雨天的大气压力为什么比晴朗天气的大气压力低？ 答：阴雨天相对湿度高，水蒸气分压力大。 10. 若两种湿空气的总压力和相对湿度相同，问：温度高的湿空气含湿量大还是温度 低的湿空气含湿量大？为什么？
解：
题号
1
pMPa
20
t0C
300
2
3
9
4.5
303.31
450
4 1 179.88
x
0.8138
0.9
v h(KJ / kg)
125kg
湿空气的流量为
mwet ma 1 d 1251 0.002 125 .25kg
所消耗的热量为：
Q ma h2 h1 125 (56 15) 5125 kJ
5-12 为了保证精密仪表的精度及电绝缘的质量，要求保管及使用场所的大气不能太潮湿。
答：由 d 0.662 P1 1 ，在相同相对湿度的情况下，温度高，Ps 大，所以，温度 Ps
高含湿量大。 11. 早晨有雾，为什么往往是好天气？
答：早晨有雾，说明湿空气中含有许多小水滴，湿空气为饱和湿空气，当温度逐 渐上升后，小水滴逐渐汽化，所以往往是好天气。
习题
5-1 试利用水蒸气表确定下列各点的状态,并确定各状态的焓、熵或干度及比体积。
当饱和压力为 P 0.4MPa 时 h' 604.87KJ / kg ， h'' 2738.49KJ / kg
v1 ' 0.0010835m3 / kg ， v2 ' 0.46246m3 / kg
所以：
v1 xv' '(1 x)v' 0.01954416 m3 / kg h1 xh' '(1 x)h' 690.215kJ / kg u1 h1 p1v1 682 .4kJ / kg
定其状态并求其它参数。 解：用水蒸气表：
'＝0.0010925 0.35 '' 0.37486，
所以为湿饱和蒸汽。
x ' 0.35 0.0010925 93% '' ' 0.37486 0.0010925 t 151.80 C h xh''(1 x)h' 2601.0kJ / kg s xs''(1 x)s' 6.474kJ / kg
所以：
h xh''(1 x)h' 2694.13kJ / kg
查表得到：
当 P2 0.005MPa 时 s' 0.4761KJ / kg K s'' 8.393KJ / kg K
过热蒸汽在汽轮机中的理想绝热膨胀过程，熵不变，所以有：
s1 s2 xs''(1 x)s' 7.601kJ / kg K
思考题
1. 热水泵必须安装在热水容器下面距容器有一定高度的地方，而不能安装在热水容 器上面，为什么？ 答：保证其压力。
2. 锅炉产生的水蒸气在定温过程中是否满足 q w 的关系？为什么？
答：不对，因为水蒸气不能看作是理想气体，其内能不仅是温度的函数，还是压
力的函数，故此定温过程内能是改变的， U 不等于 0。 3. 有无 0℃或低于 0℃的蒸汽存在？有无低于 0℃的水存在？为什么？
解：1、查表得：
'' 0.52427 m3 / kg
h1 h' ' 2732 .37kJ / kg
所以：
m V 1.907kg v''
2、当 P 0.2MPa时，比容仍然为 0.52427 m3 / kg
'＝0.0010605 '' 0.88585
所以为湿饱和蒸汽。
3、 x ' 0.52427 0.0010605 59.1% ' ' ' 0.88585 0.0010605 h 504 .7kJ / kg h 2706 .9kJ / kg
传出的热量为：
Q mu u' mh h' mv(P2 P1) 816 .69kJ
5-5 某汽轮机入口蒸汽的压力 p1 1.3 MPa、 t1 350 ℃，出口蒸汽压力为 p2 0.005
MPa，假定蒸汽在汽轮机内进行理想绝热膨胀，忽略进、出口动能差，求每千克蒸汽流过汽
轮机所作的轴功及乏汽(排汽)的温度和干度。
答：有 0℃或低于 0℃的蒸汽存在，只要压力足够低就可能，但是没有低于 0℃的 水存在，因为水的三相点温度为 0.01℃，低于三相点温度，只可能是固态或是气 态。 4. 25MPa 的水，是否也象 1MPa 的水那样经历汽化过程？为什么？ 答：不可以，因为水的临界点压力为 22.12MPa，故此，当压力高于临界压力时， 它的汽化不经过气液两相区，而是由液相连续的到达气相。 5. dh c pdT 适用于任何工质的定压过程。水蒸气定压汽化过程中 dT = 0，由此得 出结论，水定压汽化时 dh c pdT 0 ，此结论是否正确？为什么？ 答：不正确，因为定压汽化过程中发生了相变，上式只适用于不发生相变的过程。 6. 试解释湿空气、湿蒸汽、饱和湿空气。 答：湿空气：含水蒸汽的空气；
查 h-s 图得到： x 0.92
t 150.70 C
h 2652.0kJ / kg
s 6.384kJ / kg K
5-3 一体积为 1m3 的密闭容器内盛有压力为 0.35MPa 的干饱和蒸汽，问容器内蒸汽的质量 为多少？若对蒸汽进行冷却，问当压力降到 0.2MPa 时容器内的蒸汽处于什么状态？ 冷却过程中由蒸汽向外传出的热量为多少？
p ps
0.1 0.6 0.003174
5-11 进入烘干装置的空气温度为 10℃，相对湿度 0.25 ，在加热器里被加热到 50℃，
从干燥室排出时的温度为 30℃。求每蒸发 1kg 水分所需的空气流量及所消耗的热量。
解：由 t1 10 C，＝0.25 查表得到： h1 15kJ / kg干空气，d1＝2g / kg干空气
2
k 1
2
1.31
0.546
P1 k 1 1.3 1
所以
Pcr 0.546 3.5 1.911MPa P2
查图表并插值得到：
h1 3291.73kJ / kg s1 6.94566kJ / kg.K
理想绝热过程熵不变，所以有：
查表可得：
s2 s1 6.94566 kJ / kg.K
那么能否利用饱和区定温定压的特性形成饱和区的卡诺循环从原理上看是可能的但是实施起来有两个关键问题一是汽轮机出口位于饱和区干度不高处湿度太大使得高速运转的汽轮机不能安全运行同时不可逆损失增大其二这样的卡诺循环压缩过程将在湿蒸汽区进行气液混和工质的压缩会给泵的设计和制造带来难以克服的困难因此迄今蒸汽动力循环未采用卡诺循答
解：查表得：
'' 0.89219 m3 / kg
h h'' 2706.18kJ / kg
所以：
V mv 0.5 0.89219 0.446095m3 t 800 C 时，
'＝0.00102903 0.89219 '' 3.4086
所以为湿饱和蒸汽。
x ' 0.89219 0.00102903 26.2% '' ' 3.4086 0.00102903 h xh''(1 x)h' 938.40kJ / kg
小时需多少煤？锅炉效率等于蒸汽总吸热量与燃料总发热量之比。
解：查表并插值得到：
P 4.5MPa,t 1000 C , h1 422.95KJ / kg P 4.5MPa,t 4800 C , h2 3399.40KJ / kg
吸热量为：
Q Gh2 h1 20000 3399.4 422.95 5.9529 107 KJ / h
h2 2958 .65kJ / kg
所以出口速度为：
c 2h1 h2 816.2m / s
5-10 测得大气的相对湿度 0.60 、 t 25℃，已知大气压力为 0.1MPa，试求大气的含
湿量 d 。
解： 查表得到：
t 250 C 时， Ps 0.003174 MPa
所以：
d 0.622 ps 0.622 0.6 0.003174 0.012 kg水蒸气 / kg干空气
所需时间为
t Q 922 min 17000
5-9 p1 3.5 MPa、 t 430℃的蒸汽流经一拉伐尔喷管后压力降为 p2 1MPa，求理想
情况下喷管出口处汽流的速度。
解： p1 3.5 MPa、 t 430℃的蒸汽处于过热状态，k＝1.30 由临界压力比可得：
k
1.3Pcr 解：源自表得到：t 3500 C 时
1 MPa
2 Mpa
1.3 MPa
h1 (kJ/kg) s1 (kJ/kg.K)
3157.7 7.3018
3137.2 6.9574
3151.55 7.1985
理想的绝热过程，熵不变，所以有：
P2 0.005MPa , s2 s1 7.1985kJ / kg K 查表得到 P2 时的参数：
t2 32.90 C s' 0.4762kJ / kg K , s' ' 8.3952kJ / kg K
h 137.77kJ / kg，h 2561.2kJ / kg
所以干度为：
x s2 s' 7.19852 0.4762 84.89% s' 's' 8.3952 0.4762
加热过程比湿度不变，沿定 d 线到 t2 50 C ， h2 56kJ / kg干空气，d2＝2g / kg干空气
在干燥器中经历的是绝热加湿过程，其焓值近似不变，沿定 h 线到 t3 30 C ， h3 56kJ / kg干空气， d3＝10 g / kg干空气
所以干空气的流量为
ma
1000 10 2
需要媒量为：
Q G 0.9 2.876t / h
23000 5-7 蒸汽在 p 1.5MPa、 x 0.95的状态下进入过热器，被定压加热成为过热蒸汽后进
入汽轮机，理想绝热膨胀至 p 0.005MPa、x 0.90 的出口状态，求每 kg 蒸汽在过
热器中吸热的热量。 解：查表得到：
当饱和压力为 P 1.5MPa 时 h' 844.82KJ / kg ， h'' 2791.46KJ / kg
查图得到：
当 P 1.5MPa ， s＝7.601kJ / kg K 时， h1 3390.2KJ / kg
所以：
Q h1 h 696 .07kJ / kg 5-8 在蒸汽锅炉的汽锅里储有 p 0.4 MPa、 x 0.04 的汽水混合物共 8250kg。如果关死
出汽阀，炉内燃料燃烧每分钟供给汽锅 17000kJ 的热量，求汽锅内压力上升到 1MPa 所需的时间。 解：查表得到：
0.0013605 1333.4
0.017 2491.5
0.07163 3323.8
0.17498 2575.6
s(KJ / kg K ) 3.2072
5.2430
6.8792
6.1400
状态
未饱和水
湿饱和汽
过热蒸汽
未饱和水
5-2 已知水蒸气的压力 p 0.5 MPa、比体积 v 0.35 m3/kg，分别用水蒸气表及 h s 图确
h2 xh' '(1 x)h' 1806 .20kJ / kg
传出的热量为：
Q mh1 h2 1.907 2732 .37 1806 .20 1766 .206 kJ
5-4 某容器盛有 0.5kg 、t =120℃的干饱和蒸汽，在定容下冷却至 80℃，求冷却过程中蒸 汽放出的热量。
加热后为 P 1MPa 的干饱和蒸汽 h2 h' ' 2777.0KJ / kg v 0.19430 m3 / kg
u2 h2 p2v2 2582 .7kJ / kg
吸热过程为定容过程，所以吸热量为
Q mu2 u1 8250 2582 .7 682 .4 1.568 107 kJ
所以出口乏气的焓为：
h2 xh' '(1 x)h' 2195 .02kJ / kg
根据稳定流动的过程方程，可得：
Ws h1 h2 956 .53kJ / kg 5-6 一台锅炉产汽率为 20t/h，蒸汽的压力为 4.5 MPa ，温度为 480℃，在同样的压力下
进入锅炉的给水的温度为 100℃，若锅炉效率为 0.9，煤的发热量为 23000kJ/kg，求一
湿蒸汽：含有液态水的水蒸气； 饱和湿空气：相对湿度为 100％的湿空气。 7. 对未饱和湿空气与饱和湿空气分别判断干球温度、湿球温度、露点温度三者的大 小。 答：未饱和湿空气：干球温度>湿球温度>露点温度 饱和湿空气： 干球温度>湿球温度＝露点温度 8. 在相同的温度及压力下，湿空气与干空气相比，那个密度大？ 答：干空气的密度大。 9. 同一地区阴雨天的大气压力为什么比晴朗天气的大气压力低？ 答：阴雨天相对湿度高，水蒸气分压力大。 10. 若两种湿空气的总压力和相对湿度相同，问：温度高的湿空气含湿量大还是温度 低的湿空气含湿量大？为什么？