工程热力学第11章-v3
工程热力学11
整体煤气化联合循环(IGCC)
工作流程
气化炉中煤 煤气； 煤气的净化； 燃气轮机循环； 余热锅炉回收排气热量； 蒸汽轮机循环
整体煤气化联合循环(IGCC)
优点
热效率高，目前40~46%，预计可52%； 环保性能好，SO2, NOx, CO2, 粉尘排放低，可燃
用高硫煤；
可实现煤化工综合利用，生产硫、硫酸、甲醇、尿
s
汽耗率的概念
工程上常用汽耗率, 反映装置经济性，设备尺寸
汽耗率：蒸汽动力装置每输出1kW.h
3600
功量所消耗的蒸汽量kg
d wnet
wnet的单位是kJ/kg 1kW=1 kJ/s
d
kg kW
h
kg kJ s
h
kg kJ 1h 3600
h
3600kg kJ
ws,12 h1 h2
凝汽器中的定压放热量 h
q2 h2 h3
水泵绝热压缩耗功
ws,34 h4 h3
4
锅炉中的定压吸热量
3
q1 h1 h4
1 2
s
Hale Waihona Puke 郎肯循环热效率的计算t
wnet q1
ws,12 ws,34 q1
h
一般很小， 占0.8~1%，
忽略泵功
4
t
h1 h1
h2 h3
3
1 2
1
h1
ha
0
蒸汽抽汽回热循环的特点
•优点 >缺点 提高热效率 减小汽轮机低压缸尺寸，末级叶片变短 减小凝汽器尺寸，减小锅炉受热面 可兼作除氧器
•缺点 循环比功减小，汽耗率增加 增加设备复杂性 回热器投资
小型火力发电厂回热级数一般为1～3级， 中大型火力发电厂一般为 4～8级。
工程热力学课件完整版
第三章 理想气体的性质
基本要求： 1、熟练掌握并正确应用理想气体状态方程式； 2、正确理解理想气体比热容的概念，熟练应用比热容计算理想 气体热力学能、焓、熵及过程热量； 3、掌握有关理想气体的术语及其意义； 4、掌握理想气体发生过程； 5、了解理想气体热力性质图表的结构，并能熟练应用它们获得 理想气体的相关状态参数。
T
不可逆过程的熵增（过程角度）
q
T
0
克劳休斯积分不等式（循环角度）
dsiso 0
孤立系统角度
ds sf sg 非孤立系统角度
熵、热力学第二定律的数学表达式
1. 熵的定义
ds qre
T
2. 循环过程的熵
3. 可逆过程的熵变
qre Tds
ds 0,则 q 0 可逆过程中ds 0,则 q 0
dv
q cndT Tds
T s
n
T cn
T ,定容过程 cV
T ，定压过程 cp
4个基本过程中的热量和功的计算
2
2
1、定容过程
w pdv 0 1
wt 1 vdp v( p2 p1)
2、定压过程
qv u cv (T2 T1)
2
w 1 pdv p(v2 v1)
热力学上统一规定：外界向系统传热为正，系统向外界传热为负。
可逆过程的热量
T
1
B
qre = Tds
T
A
2
q
ds qrev
T
S1
S dS S2
q “+”
q “-”
热力循环
功：工质从某一初态出发，经历一系列热力状态后，又回到原来 初态的热力过程称为热力循环，即封闭的热力过程，简称循环。
工程热力学课件-3
• 6、绝热节流 h2 h1
• 例3-5、3-7
- mout(u + c2/2 + gz)out - Wnet = dEcv
推动功的表达式
推进功（流动功、推动功）
W推 = p A dl = pV p w推= pv
注意： 不是 pdv v 没有变化
A p V
dl
对推动功的说明
1、与宏观流动有关，流动停止，推进功不存在 2、作用过程中，工质仅发生位置变化，无状态变化 3、w推＝pv 与所处状态有关，是状态量 4、并非工质本身的能量（动能、位能）变化引起， 而由外界做出，是流动工质所携带的能量
qv dvucvdT
2
u cv dT
1
理想气体：u=f(T) cv du/dT
适用于理想气体一切过程或者实际气体定容过程 用定值比热计算:
ucV(T2T1)ຫໍສະໝຸດ 用平均比热计算 :t2
t2
t1
ucvd tcvd tcvd tcvm t0 2t2cvm t0 1t1
kJ 或 kcal 且l kcal=4.1868kJ 特点:
是传递过程中能量的一种形式，与热力过程有关
功
定义: 种类:
除温差以外的其它不平衡势差所引起 的系统与外界传递的能量.
1．膨胀功W： 在力差作用下，通过系统容积变化与外界传递的能量。
膨胀功是热变功的源泉 单位：l J=l N.m
规定: 系统对外作功为正，外界对系统作功为负。
2． 流动功(或推动功)
为推动流体通过控制体界面而传递的机械功.
流动功计算公式的推导：
Wf pfds fdsVvdm
Wf pvdmpvmpV wf pv
m
工程热力学高教第三版课后习题第十一章答案
（2） p1 = 3MPa ， t1 = 500 C ， p2 = 6kPa ，由 h-s 图查得：
h1 = 3453kJ/kg 、 h2 = 2226kJ/kg 、 x2 = 0.859 t2 = 36 o C
取 h2′ ≈ cwt2' = 4.187kJ/(kg ⋅ K) × 36 C = 150.7kJ/kg
o
若不计水泵功，则
ηt =
h1 − h2 3453kJ/kg − 2226kJ/kg = = 37.16% h1 − h2′ 3453kJ/kg − 150.7kJ/kg
142
第十一章 蒸汽动力装置循环
d=
1 1 = = 8.15 × 10−7 kg/J 3 h1 − h2 (3453 − 2226) × 10 J/kg
热效率
ηt =
h1 − h2 − wp h1 − h2 − wp
=
(2996 − 2005 − 3)kJ/kg = 34.76% (2996 − 150.7 − 3)kJ/kg
若略去水泵功，则
ηt =
d=
h1 − h2 2996kJ/kg − 2005kJ/kg = = 34.83% h1 − h2′ 2996kJ/kg − 150.7kJ/kg 1 1 = = 1.009 × 10−6 kg/J 3 h1 − h2 (2996 − 2005) ×10 J/kg
143
第十一章 蒸汽动力装置循环
解： （1）由 p1 = 12.0MPa 、 t1 = 450 o C 及再热压力 pb = 2.4MPa ，由 h-s 图查得
h1 = 3212kJ/kg、s1 = 6.302kJ/(kg ⋅ K)、hb = 2819kJ/kg 、 ha = 3243kJ/kg 、 h2 = 2116kJ/kg 、 x 2 = 0.820 p2 = 0.004MPa 、 s1 = sc = sb = 6.302kJ/(kg ⋅ K) ， sc ' = 0.4221kJ/(kg ⋅ K) 、 sc " = 8.4725kJ/(kg ⋅ K)
工程热力学(第五版)课后习题答案(全章节)
工程热力学(第五版)习题答案工程热力学（第五版）廉乐明 谭羽非等编 中国建筑工业出版社第二章 气体的热力性质2-2.已知2N 的M ＝28，求（1）2N 的气体常数；（2）标准状态下2N 的比容和密度；（3）MPa p 1.0=，500=t ℃时的摩尔容积Mv 。
解：（1）2N 的气体常数2883140==M R R ＝296.9)/(K kg J •（2）标准状态下2N 的比容和密度1013252739.296⨯==p RT v ＝0.8kg m /3v 1=ρ＝1.253/m kg（3）MPa p 1.0=，500=t ℃时的摩尔容积MvMv ＝pT R 0＝64.27kmol m/32-3．把CO2压送到容积3m3的储气罐里，起始表压力301=g p kPa ，终了表压力3.02=g p 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1111RT v p m =压送后储气罐中CO2的质量2222RT v p m =根据题意容积体积不变；R ＝188.9Bp p g +=11 （1） Bp p g +=22（2） 27311+=t T （3） 27322+=t T（4）压入的CO2的质量)1122(21T p T p R v m m m -=-=（5）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1000)273325.1013003.99(287300)1122(21⨯-=-=-=T p T p R v m m m ＝41.97kg2-6 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。
(精品)工程热力学(全套467页PPT课件)
我国能源现状
据预测，目前中国主要能源煤炭、石油和天然气的储 采比分别为约80、15和50，大致为全球平均水平的 50%、40%和70%左右，均早于全球化石能源枯竭 速度。
工程热力学
Engineering Thermodynamics
绪论
工程热力学属于应用科学（工程科学） 的范畴，是工程科学的重要领域之一。
工程热力学 是一门研究热能有效利用及 热能和其 它形式能量转换规律的科学
工程热力学所属学科
工
工程热力学
程
传热学 Heat Transfer
热
流体力学 Hydrodynamics
工程热力学是节能的理论基础
能量转化的一般模式
一
次 能
热能
源
电能 机械能
问题：下面哪些是热机，哪些不是？
燃气轮机、蒸气机、汽车发动机、燃料电池、制冷机、 发电机、电动机
能量转化的一般模式
风 能
燃
水 能
化 学 能
料 电 池
风 车
水 轮 机
水 车
燃 烧
核 能
聚裂 变变
热
生物质
地太 热阳 能能
利 光转 用 热换
大气压（at），毫米汞柱（mmHg），毫米水柱（mmH2O）
1 kPa = 103 Pa
1bar = 105 Pa
换 1 MPa = 106 Pa
算 关
1 atm = 760 mmHg = 1.013105 Pa
工程热力学与传热学：1-3 状态方程与状态参数坐标图
1-3-1 状态方程式
表示状态参数之间关系的方程式。
1-3-2 状态参数坐标图
由热力系的状态参数所组成的坐标图
➢ 常用坐标图： 压容图（p-v图）温熵图（T-s图） 压焓图（p-h图）
p 1
p1
2 p2
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
T 1
T1
p 1
p1
0
v1 v2 v
0
s1
p-v图
T-s图
0 s
h1
h
p-h图
思考 题
1. 只有平衡状态，才能用状态参数坐标图上的一 点来表示。
对于简单可压缩系统只需两个独立的状态参数便可确定它的平衡状态131状态方程式表示状态参数之间关系的方程式
1—3 状态方程式与状态参数坐标图
状态公理： 对于简单可压缩系统，只需两个独立 的状态参数，便可确定它的平衡状态
例： p = f ( v, T )， v = f (p, T )， T = f ( v, p ) F ( p, v, T ) = 0
工程热力学课件第三章
05
实际气体与蒸汽
实际气体的性质
在此添加您的文本17字
实际气体与理想气体对比
在此添加您的文本16字
热力学第一定律的应用
热量计算
01
利用热力学第一定律可以计算系统在加热或冷却过程中吸收或
释放的热量。
能量转换效率
02
利用热力学第一定律可以分析能量转换过程中的效率，例如发
动机、发电厂等。
热量传递过程
03
利用热力学第一定律可以分析热量传递过程，例如散热器、保
温材料等。
03
理想气体
理想气体的定义
理想气体
在制冷技术中，热力学第二定律用于解释制冷剂的工作原理，以及为什么制冷剂能够从低温物体吸收热 量并排放到高温环境中。
在汽车工程中，热力学第二定律用于指导发动机设计和优化，以提高燃油效率和减少排放。
卡诺循环与卡诺定理
卡诺循环由四个过程组成：等温吸热、绝热膨胀、等温放热和绝 热压缩。在等温过程中，卡诺循环从高温热源吸收热量并对外做 功；在绝热过程中，系统与外界无热量交换。
理想气体状态方程的推导
理想气体状态方程可以通过分子运动论的基本假设和实验 数据推导得到。其推导过程涉及到分子动理论、统计力学 和热力学的基本原理，是理解和掌握热力学基本概念和公 式的重要基础。
理想气体状态方程的应用
理想气体状态方程在工程领域中有着广泛的应用，如气体 压缩、膨胀、流动和换热等过程。通过理想气体状态方程 ，可以计算气体的压力、体积和温度等参数，以及气体的 能量转换和传递过程。
工程热力学第11章-v3共40页PPT资料
TC
qc
TCs34
TCRg
lnv1 v2
qC
wnet
TC T0 TC
c
返回
11
空气压缩制冷循环的特点
优点：工质无毒，无味，不怕泄漏。
缺点：气体（空气）cp很小，
1. 无法实现 T 吸、放热 ， < C 2. q2=cp(T1-T4)， (T1-T4)不能太大， q2 很小。
若(T1-T4)
3. 活塞式压缩流量m小，制冷量Q2=m q2小
温热源取热，向高温热源供热
制冷循环和制冷系数
Coefficient of Performance
COP q2
w 逆卡诺循环
深冷<1
普冷>1
T
Cqw2 q1q2q2
T2 T0T2
T0不变, T2 εC T2不变, T0 εC
TT 001环 1境
T2
q1 w
T0 qT22
s
热泵循环和供热系数
Coefficient of Performance
COP ' q1
w
逆卡诺循环TFra bibliotek1 1 T0 T1 T1
C ' qw1 q1q1q2
T1 T1T0
w T0
T1不变, T0 εC T0不变, T1 εC
T2 s
制冷能力和冷吨
生产中常用制冷能力来衡量设备产冷量大小
制冷能力：制冷设备单位时间内从冷库取走的 热量(kJ/s)。
（1）同样制冷系数下， 增压比下降，这为采用大 流量的叶轮式压气机和膨 胀机提供可能；
（2）增压比减小，使压 缩过程和膨胀过程的不可 逆损失的影响减小。
14
例
工程热力学课件
稳态
描述最简单
系统内的状态参数不随时间而变化
均匀态 系统内的状态参数在空间的分布均匀一致
第四节 热力学状态参数
一、常见的状态参数
1、压力 2、温度 3、比容 4、内能 5、焓 6、熵
可直接观察和测量的状态参数：基本状态参数
热量和功量 ——非状态参数
p
第四节 热力学状态参数
一、常见的状态参数 二、状态参数的特性
一、状态 ：系统在某一瞬间所处的宏观状况
二、状态参数 ：描述系统宏观状态的物理量
三、平衡态（热力学平衡状态）
热平衡：热力系统的温度均匀一致，且不随时间而变 平衡态
力平衡：热力系统的压力均匀一致，且不随时间而变
平衡态：在无外界影响的条件下，热力学系统内部工质的温度和
压力到处是均匀一致的且不随时间变化。
第一篇 工程热力学
第01章 第02章 第03章 第04章 第05章
工程热力学的基本概念 热力学第一定律 热力学第二定律 理想气体 水蒸气
第06章 第07章
气体和蒸汽的流动 压缩机的热力过程
第08章 第09章 第10章
气体动力循环 蒸气压缩制冷循环 湿空气
第01章 工程热力学的基本概念
第一节 工质的概念及应用 第二节 热力学系统 第三节 热力学平衡态 第四节 热力学状态参数 第五节 准静态过程和可逆过程
边界
可以是真实的、也可以是虚拟的； 可以是固定的、也可以是活动的。 系统与外界通过边界相互作用； 有三种交换：①物质；② 功量；③ 热量
第二节 热力学系统
一、（热力学）系统、外界、边界 二、系统与外界的类型 划分依据：物质、功量、热量交换
1、系统的类型
开口系统：与外界有物质交换
《工程热力学》教学课件第10-11章
温度比较：
T2,s T2,n T2,T
工程热力学 Thermodynamics 第二节 余隙容积的影响
余隙比： Vc 0.03 ~ 0.08
Vh
p3
2
g
p 2
p2
f
6
4
1
0 Vc
V V1 V4
V
V4 V6
Vh V1 V3
Vh
3
2
p2
3
2
p2
6
4 4
0
Vc
t 1 qL qH 1 431 879 51% 或t 11 1 11 61.41 51.2%
工程热力学 Thermodynamics
柴油机循环
一、柴油机的实际循环与循环的p-V 图
工程热力学 Thermodynamics 二、定压加热理想循环——狄塞尔(Diesel)循环
(一）过程组成
第一节 单级活塞式压气机
一、结构图
二、工作过程
工程热力学 Thermodynamics 三、耗功计算
等熵过程： 多变过程： 等温过程：
能量方程：Wc Wt
1
wc,s
1
RgT1
p2 p1
1
n1
wc,n
n n1
RgT1
p2 p1
n
1
wc,T
RgT1 ln
p2 p1
功量比较：
解：（1） 空气物性参数：
Rg 0.287 kJ (kg K)
cp 1.004 kJ (kg K)
工程热力学 Thermodynamics
可逆压缩的气体出口温度
T2
1
T1
T1
工程热力学实验讲义
第一章 工程热力学§1-1 空气绝热指数的测定实验一、实验目的通过测量绝热膨胀和定容加热过程中空气的压力变化，计算空气绝热指数。
理解绝热膨胀过程和定容加热过程以及平衡态的概念。
二、实验原理气体的绝热指数定义为气体的定压比热容与定容比热容之比，以K 表示，即p vc k c =。
本实验利用定量空气在绝热膨胀过程和定容加热过程中的变化规律来测定空气的绝热指数K 。
实验过程的P-V 图如图1所示。
图中AB 为绝热膨胀过程；BC 为定容加热过程。
图1 等容和绝热过程AB 为绝热过程，1122k kp v p v = （1） BC 为定容过程，23v v = （2）假设状态A 和C 温度相同，则23T T =。
根据理想气体的状态方程，对于状态A 、C 可得：1133p v p v = （3）将（3）式两边K 次方得：()()1133kkp v p v = （4）由（1）、（4）两式得，1132kp p p p ⎛⎫=⎪⎝⎭，再两边取对数，得： 1213ln ln p p k p p ⎛⎫ ⎪⎝⎭=⎛⎫ ⎪⎝⎭（5）因此，只要测出A 、B 、C 三状态下的压力123,,p p p 且将其代入（5）式，即可求得空气的绝热指数k 。
三、实验装置空气绝热指数测定仪由刚性容器，充气阀、排气阀和U 型差压计组成，如图2所示。
空气绝热指数测定仪以绝热膨胀和定容加热两个基本热力过程为工作原理，测出空气绝热指数。
整个仪器简单明了，操作简便，有利于培养学生运用热力学基本和公式从事实验设计和数据处理的工作能力，从而起到巩固和深化课堂教学内容的实际效果。
图2 空气绝热指数测定装置示意图1－有机玻璃容器；2－进气及测压三通；3 U 型压力计；4 －气囊；5－放气阀门。
四、实验步骤实验对装置的气密性要求较高。
因此，在实验开始时，应检查其气密性。
通过充气阀对刚性容器充气，使U 型压差计的水柱h ∆达到2200mmH O 左右，记下h ∆值，5分钟后再观察h ∆值，看是否发生变化。
工程热力学
3．某远洋货轮的真空造水设备的真空度为0.0917ＭＰａ，而当地大气压力为0.1013MPa，当航行至另一海域，其真空度变化为0.0874MPa，而当地大气压力变化为0.097MPa。试问该真空造水设备的绝对压力有无变化?
4．如图1-1所示，一刚性绝热容器内盛有水，电流通过容器底部的电阻丝加热水。试述按下列三种方式取系统时，系统与外界交换的能量形式是什么。
7．气体在气缸中被压缩，压缩功为186kJ/kg，气体的热力学能变化为56kJ/kg，熵变化为-0.293kJ/(kg·K)。温度为20C的环境可与气体发生热交换，试确定每压缩1kg气体时的熵产。
8．设一可逆卡诺热机工作于1600℃和300℃的两个热源之间，工质从高温热源吸热400kJ，试求：(1)循环热效率；(2)工质对外作的净功；(3)工质向低温热源放出的热量。
图
图2-1
7．某气体从初态p1=0.1MPa，V1=0.3m3可逆压缩到终态p2=0.4MPa，设压缩过程中p=aV-2，式中a为常数。试求压缩过程所必须消耗的功。
8．如图2-2所示，p-v图上表示由三个可逆过程所组成的一个循环。1-2是绝热过程；2-3是定压过程；3-1是定容过程。如绝热过程1-2中工质比热力学能的变化量为-50kJ/kg，p1=1.6MPa，v1=0.025m3/kg，p2=0.1MPa，v2=0.2m3/kg。（1）试问这是一个输出净功的循环还是消耗净功的循环？
工程热力学第11章答案
第11章蒸汽动力装置循环11-1朗肯循环中，汽轮机入口参数为：p1=12MPa、t1=540℃。
试计算乏汽压力分别0.005MPa、0.01MPa和0.1MPa时的循环热效率，通过比较计算结果，说明什么问题？解：查水和水蒸汽焓－熵图，汽轮机入口焓为：h1=3455kJ/kg乏汽压力p c为0.005MPa时：乏汽焓h2=2015kJ/kg，温度t s =34℃给水泵入口焓h2´=4.1868t s =4.1868×34=142.351kJ/kg11-3 某再热循环，其新汽参数为p1=12MPa、t1=540℃，再热压力为5MPa，再热后的温度为540℃，乏汽压力为p2=6kPa，设汽机功率为125MW，循环水在凝汽器中的温升为10℃。
不计水泵耗功。
求循环热效率、蒸汽流量和流经凝汽器的循环冷却水流量。
解：据 36001000mnet q w P =，蒸汽流量h t w P q net m /61.27710001621101253600100036003=×××==根据凝汽器中的热平衡：冷却水吸收的热量＝乏汽放出的热量 )(32h h q t c q m w p w −=∆循环水流量 ()()h t t c h h q q w p m w /81.13440101868.4912.154218261.27732=×−×=∆−=11-4 水蒸气绝热稳定流经一汽轮机，入口p 1=10MPa 、t 1=510℃，出口p 2=10kPa ，x 2=0.9，如果质量流量为100kg/s ，求：汽轮机的相对内效率及输出功率。
解：查h-s 图：热效率 %36.44583.3663583.20381112=−=−=q q t η 机组功率()()MW 69.2253600583.2038583.36631000500q q P 21m m =−××=−==q q w net11-6 汽轮机理想动力装置，功率为125MW ，其新汽参数为p 1=10MPa 、t 1=500℃，采用一次抽汽回热，抽汽压力为2MPa ，乏汽压力为p 2=10kPa ，不计水泵耗功。
工程热力学.doc
第1章基本概念1-1 热力系统凡是能将热能转换为机械能的机器统称为热力发动机，简称热机。
例如蒸汽机、蒸汽轮机（也称蒸汽透平）、燃气轮机（也称燃气透平）、内燃机（汽油机、柴油机等）和喷气发动机皆为热机。
热能和机械能之间的转换是通过一种媒介物质在热机中的一系列状态变化过程来实现的，这种媒介物质称为工质。
例如空气、燃气、水蒸气、氨蒸气等都是常用的工质。
在工程热力学中，把热容量很大且在吸收或放出有限量热量时自身温度及其它热力学参数没有明显改变的物体称为热源。
在工程热力学中，通常选取一定的工质或空间作为研究的对象，称之为热力系统，简称系统。
系统以外的物体称为外界或环境。
系统与外界之间的分界面称为边界。
边界可以是真实的，也可以是假想的；可以是固定的，也可以是移动的。
本文用虚线表示热力系统的边界。
如图1-1所示，如果取气缸中的气体作为研究对象，则气缸内壁和活塞内表面即构成该系统的真实边界，并且一部分边界随活塞移动。
系统通过边界与外界发生相互作用，进行物质和能量交换。
按照系统与外界之间相互作用的具体情况，系统可分为以下几类：⑴ 闭口系统：系统与外界无物质交换，如图1-1所示。
当工质进出气缸的阀门关闭时，气缸内的工质就是闭口系统。
由于系统的质量始终保持恒定，所以也常称为控制质量系统。
⑵ 开口系统：系统与外界有物质交换，如图1-2所示。
运行中的汽轮机就可视为开口系统，在运行过程中，有蒸汽不断地流进流出。
由于开口系统是一个划定的空间范围，所以开口系统又称控制容积。
⑶ 绝热系统：系统与外界无热量交换。
⑷ 孤立系统：系统与外界既无能量（功、热量）交换又无物质交换。
严格地讲，自然界中不存在完全绝热或孤立的系统，但工程上却存在着接近于绝热或孤立的系统。
用工程观点来处理问题时，只要抓住事物的本质，突出主要因素，就可以将这样的系统看成是绝热系统或孤立系统，而得出有指导意义的结论。
需要指出的是，选取的热力系统必须具有足够大的尺度，即和物质的微观尺度相比可以认为是无穷大，以满足宏观的假定。
工程热力学课后答案--华自强张忠进高青(第四版)第11章
11第十一章 水蒸气及蒸汽动力循环11-1 试根据水蒸气的h -s 图，求出下述已知条件下的各状态的其它状态参数p 、v 、t 、h 、s 及x (或过热蒸汽的过热度D ＝t －t s )。
已知：(1) p ＝0.5 MPa 、t ＝500 ℃；(2) p ＝0.3 MPa 、h ＝2 550 kJ/kg ；(3) t ＝180 ℃、s ＝6.0 kJ/(kg ·K)；(4) p ＝0.01 MPa 、x ＝0.90；(5) t ＝400 ℃、D ＝150 ℃。
解 查h -s 图得（１）h =3500 kJ/kg ，s =8.08 kJ/(kg ·k)，0.72 m =v 3/kg, =D 448℃； （２）s =6.54 kJ/(kg ·k)，x =0.921，t =134 ℃，57.0=v m 3/kg ； （３）h =2520 kJ/kg, x =0.865，=v 0.168 m 3/kg ；（４）h =253 4 kJ/kg ，s =7.4 kJ/(kg ·k)，t =46℃；（５）h =320 0 kJ/kg ，s =6.68 kJ/(kg ·k)，x =1，p =4Mpa 。
-2 根据水蒸气表，说明下述已知条件下的各状态的其它状态参数t 、v 、h 及s 。
已知： (1) p ＝0.3 MPa 、t ＝300 ℃；(2) p ＝0.5 MPa 、t ＝155 ℃； (3) p ＝0.3 MPa 、x ＝0.92。
解 查水蒸汽表得 （1）kg m 16081.03=v ,kg kJ 2.4299=h ,K kg kJ 8540.6⋅=s ； （2）kg m 525093001.03=v ,kg kJ 525.656=h ,K kg kJ 5886.1⋅=s ;（3）t s =133.54 ℃，v ′ =0.001 073 5 m 3/kg ，，/kg m 86605.03=′′′vkJ/kg 5.2725,kJ/kg 4.561=′′=′h hK)kJ/(kg 993.6K),kJ/(kg 6717.1s ⋅=′′⋅=′s 。
热力学第十一章
2
2
3
T0
1
4
1 T2
v
s
1 2 绝热压缩 s 3 4 绝热膨胀 s
2 3 等压冷却 p 4 1 等压吸热 p
制冷系数
T
2
3
COP q2 q2
w q1 q2
cp (T1 T4 )
4
cp (T2 T3 ) cp (T1 T4 )
1
s
T2 T1
1 T3 T4
1
1 T2 1 T1
逆卡诺循环3467
T
4
逆卡诺
7-3 湿蒸气压缩“液击”
现象
65
实际循环
12 既安全，又增加了单位 质量工质的制冷量71
节流阀代替了膨胀机, 等焓过程
2 3
1 7
s
蒸气压缩制冷循环
比较逆卡诺循环3467 T
4
逆卡诺 73 湿蒸气压缩
“液击”现
实际 12 既安象全，又
65
增加了单位质量
工质的制冷量71
蒸气压缩制冷，要尽可能利用工质 两相区，因此与工质性质密切相关。
对热物性要求：
1. 压力适中: 蒸发压力稍大于大气压,冷凝压 力不太高.
2. 三相点低于制冷循环下 限温度。 3. 临界温度应高于环境温度； 4. 汽化潜热大，大冷冻能力； 5. T-S图上下界线陡峭：上界陡峭，冷冻更
接近定温，下界线陡，节流损失小； 6. 蒸汽比体积小，导热系数大.
四个主要部件；工质：空气
冷却水 1- 2 绝热压缩 p T
3
2 2-3 等压冷却向环境放热，T
冷却器
3-4 绝热膨胀 T <T1 （冷库）
膨胀机
冷藏室
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
4. 蒸汽比体积小，导热系数大；
5. 上、下界限线（在T-s图）陡峭，使冷凝更接近定
温放热及减少节流引起制冷能力损失。
31
二、制冷剂其他性质
1.对环境友善；
2.安全无毒；
3.溶油性好，化学稳定性好，等等。
三、常见制冷剂--蒙特利尔协定书
氨（NH3） 氟里昂CFC12(R12)、CFC11(R11) 、 HCFC22(R22) 含氢氟代烃物质（HCFC134a）
q1 COP ' w
逆卡诺循环 T
1 T0 1 T1
T1 w T0
T2
q1 q1 T1 w q1 q2 T1 T0
' C
T1不变, T0
εC
T0不变, T1
εC
s
制冷能力和冷吨
生产中常用制冷能力来衡量设备产冷量大小 制冷能力：制冷设备单位时间内从冷库取走的 热量(kJ/s)。 商业上常用冷吨来表示。
二、回热式空气制冷循环
压缩空气制冷，qC较小，且随π上升，ε下降，为
兼顾Qc及ε，采用大流量叶轮压缩机并回热。
14
回热后： 阴影面积12nm1=面积45gk4 ε相等 从冷库吸热不变qc=面积1mg61 π下降 向环境放热不变q1=面积34kn3=面积3’5’gm3’ 回热循环优点: （ 1 ）同样制冷系数下， 增压比下降，这为采用大 流量的叶轮式压气机和膨 胀机提供可能； （ 2 ）增压比减小，使压 缩过程和膨胀过程的不可 逆损失的影响减小。
蒸汽喷射制冷 半导体制冷 热声制冷
11-2 压缩气体制冷循环
一、压缩气体制冷循环（Gas-compression refrigeration cycle）
1 2
2 3
绝热压缩 等压冷却
s p
3 4
4 绝热膨胀 1 等压吸热
s p
9
制冷系数（the coefficient of performance COP） qC qC wnet q1 qC
q1 h2 h3
qC h1 h4 循环制冷量
wnet h2 h1 h3 h4 h2 h3 h1 h4
qC h1 h4 T1 T4 wnet h2 h3 h1 h4 T2 T3 T1 T4
空气在冷却器中放热量
q0 h2 h3 c p (T2 T3 ) 1.005kJ/(kg K) (401.13 293.15)K 108.52kJ/kg
1kg空气在冷库中的吸热量即为1kg空气的制冷量
qC h1 h4 c p (T1 T4 ) 1.005kJ/(kg K) (253.15 185.01)K 68.48kJ/kg
kJ/h若已知冷凝温度为27℃，蒸发温度为-5 ℃，试求：
制冷剂的质量流量；压缩机功率及增压比；冷凝器放
热量及循环制冷系数。
28
解： 查logp-h图，确定
h4 h5 450 kJ/kg p1 0.35 MPa h1 1 570 kJ/kg p4 p2 1.1 MPa h2 1 770 kJ/kg
(2) 有回热时的压力比
T3 p3 T2 p2
1
T3' 401.13K
/ 1
T2 293.15K
/ 1
R
1
T R 3 T2
T 3' T0
401.13K 293.15K
2. q2=cp(T1-T4)小， 制冷能力q2 很小。
蒸气在两相区易实现 T 汽化潜热大，制冷能力可能大
11-3 压缩蒸气制冷循环 （The vapor-compression cycle）
水能用否？ 0°C以下凝固不能流动。 一般用低沸点工质，如氟利昂、氨
沸点：
Ts ( p 1atm)
1.41 1.4
401.13K
185.01K
16
1
1.41 1.4
压缩机耗功
wC h2 h1 c p (T2 T1 ) 1.005kJ/(kg K) (401.13 253.15)K 148.72 kJ/kg
膨胀机作出的功
wT h3 h4 c p (T3 T4 ) 1.005kJ/(kg K) (293.15 185.01)K 108.68kJ/kg
1冷吨：1吨0°C饱和水在24小时内被冷冻 到0°C的冰所需冷量。 水的凝结（熔化）热 r =334 kJ/kg
1冷吨=3.86 kJ/s 1美国冷吨=3.517 kJ/s
吨的含义：国际单位指1000kg，美国和英国是指2000磅
制冷循环种类
空气压缩制冷
压缩制冷 吸收式制冷
√ √
蒸气压缩制冷
√
制冷循环 吸附式制冷
2 3
7
1
s
节流阀代替膨胀机分析
缺点： 1. 损失功量 T
h4 h6
84越陡越好 4 8 3
2
2. 少从冷库取走热量
h5 h6 h4 h6 面积8468 h4 h8 (h6 h8 )
面积a84ba 优点： 面积a86ba
65 a b
1 s
1. 省掉膨胀机，简化设备
利>弊
q2 COP w
逆卡诺循环
深冷<1 普冷>1
T
q2 q2 T2 C w q1 q2 T0 T2
T0不变, T2 T2不变, T0 εC εC
1 T0环境 T0 1 T2 q1
w T0
q2 T2
s
热泵循环和供热系数
Coefficient of Performance
lnp-h图
24
lnp-h图及计算
lnp 4
q1
T 3 2
2 4 3 1 s
5
1
q2
w
h
5
q2 h1 h5 h1 h4
q1 h2 h4
q2 h1 h4 w h2 h1
lnp-h图
26
氨的lnp-h图
27
A466166
某压缩蒸汽制冷装置用氨作制冷剂，制冷率105
qc h1 h5 1 570 kJ/kg 450 kJ/kg 1 120 kJ/kg
1105 kJ/h qm 0.024 8 kg/s qC 3 600 1 120 kJ/s
P qm h2 h 1 0.024 8 kg/s 1 770 1 570 kJ/kg 4.96 kW
1.4 /1.4 1
3.0
R 压力比减小，对使用叶轮式机械有利。
同样冷库温度和环境温度条件下逆向卡诺循环的制 冷系数是6.33，远大于本例计算值，这是由于压缩空气 制冷循环中定压吸、排热偏离定温吸、排热甚远之故， 18 但这是工质性质决定了的。
空气压缩制冷的根本缺陷
1. 无法实现T 吸放热， 低，经济性差
第十一章 制冷循环
Refrigeration cycle
11-1 概述 11-2 压缩气体制冷循环 11-3 压缩蒸气制冷循环 11-4 制冷剂性质
*11-5 其他制冷循环
11-6 热泵循环
1
工程热力学的研究内容
1、能量转换的基本定律
2、工质的基本性质与热力过程 3、热功转换设备、工作原理 4、化学热力学基础
2. 控制膨胀阀开度，易调节蒸发温度
二、制冷系数ε
qC h1 h5 h1 h4
wnet h2 h1
q1 h2 h4
qC h1 h4 T1 T4 wnet h2 h1 T2 T1
三、状态参数确定
1. T-s图和logp-h图
两个等压过程，热与功均与焓有关
循环的净功
wnet wc wT 148.72kJ/kg 108.68kJ/kg 40.04kJ/kg
17
循环的净热量
qnet q0 qC 108.52kJ/kg 68.48kJ/kg 40.04kJ/kg
循环的制冷系数
qc 68.48kJ/kg 1.71 wnet 40.04kJ/kg
, qC
11
A361255
导出以空气为工质的斯特林制冷机的工作系数。 解：
wnet w12 w34
v1 v1 RgT0 ln RgTC ln v2 v2
v1 Rg ln T0 TC v2 v1 qc TC s34 TC Rg ln v2 qC TC c wnet T0 TC
T1 TC 253.15K T3 T0 293.15K p 0.5MPa 2 5 p1 0.1MPa
T2 p2 T1 p1
1/
T3 T4
T2 T1
T4 T3
1
253.15K 5
293.15K 5
11-1 概况
本章主要以化关系，计算热量、 功量和效率。
动力循环与制冷（热泵)循环
• 动力循环 —正循环 输入热,通过循环输出功
• 制冷(热泵)循环
—逆循环
输入功量（或其他代价），从低 温热源取热，向高温热源供热
制冷循环和制冷系数
Coefficient of Performance
T2 T1 T3 T4
1 1
1
1
1
T1 T2 T1 定比热（invariable specific
heat capacity）