工程热力学课后习题--华永明版
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（1）系统平衡时的温度；
（2）冰的熵变，冰熔解生成的水的熵变和容器中原有水的熵变；
（3）若环境温度为20℃，求该过程中系统可用能的损失。
解答：
（1）假设3kg的冰能全部融化，最后混合的温度为tm,3kg冰以下标1表示，20kg水以下标2表示，根据热量守恒的关系：
（2）熵的变化量由三部分构成，即3kg冰融化时的熵增,融化后从0℃升到tm的熵增和20kg水降温到tm的熵减。
第
3、空气在压缩机中被绝热压缩，压缩前空气的参数为0.1MPa、25℃；压缩后空气的参数为0.6MPa、240℃。求：
（1）可逆时压缩机压缩1kg空气所耗的功；
（2）该压缩机压缩1kg空气所耗的功；
（3）该压缩机的效率。
解答：
4、单级活塞式压缩机需要把空气从0.1MPa、27℃压缩至0.7MPa，试计算三种方式下压缩机的各项，即：压缩终温、起点和终点比容、吸入功、升压功、排出功、总功，结果请用表格表示。
解答：
5、容积为2.5m3的空气罐，原来的参数为0.05MPa（表压）、18℃，现充气至0.42MPa（表压），充气后温度为40℃，当时大气压为100kPa，求充进空气的质量。（空气参数查附录1）
解答：
7、汽油燃烧产生的烟气可视作理想气体，现测得烟气中各成分的容积为：N2：60%，O2：4%，CO2：21%，H2O：15%。求：
解答：
5、我国进口发电机组中经常会用到一些不是整数的参数，例如发电机组出口蒸汽温度设计值为538℃，请求出对应的华氏温度，并分析为什么会出现非整数的温度。
解答：
6、用内充水银的U形管压力计测量压力，管内出现以下两种情况：一为水银柱中出现20mm高的空气泡，二是水银柱中混入了水，形成一个20mm高的水柱，请求出两种情况下的的压力p。
（3）热机输出的最大功(等于向低温热源放热最少时的输出功量)
第
3、海洋深处埋藏一种名为可燃冰的物质，它能在某些情况下放出甲烷。若在海洋深处4000m处产生了一个体积为100m3的甲烷气泡，求它上升至海洋表面时的体积为多大？设海水的密度均匀，为1.025×103kg/m3，4000m深处海水温度为4℃，海洋表面温度为27℃，当时大气压为101kPa。
（1）右边空气被压缩后的终温；
（2）右边空气得到的压缩功；
（3）左边空气的终温；
（4）电热丝加入系统的热量；
（5）左边空气经历的多变过程的指数；
（6）在同一p-v图和T-s图表示左右气体经历的过程。
注意：研究对象不是1kg，故功、热量应求出总量。
解答：
(1)右边气体的终温
(2)右边气体的容积功
(3)左边气体的终温
（2）深层海水的熵变、热机的废热量和作功量；
（3）求1km2海域能够输出的功量（kWh）。
（4）我国2012年底的发电量为4.94万亿kWh，求提供这些电量需要的海域面积。
解答：
（1）
（2）
（3）
（4）
12、将3kg温度为0℃的冰，投入盛有20kg温度为50℃的水的容器中，容器保持绝热，已知水的比热为4.1868kJ/(kg·K)，冰熔解热为333.5kJ/kg，忽略冰熔解时体积的变化。求：
满足Clausius不等式，其循环积分值为-2.237kJ/(kg.K)。
8、内可逆的卡诺热机，工作于2000K和300K的热源间，工质的高温为1900K，工质的低温为400K，设每一循环中工质从高温热源吸热100kJ/kg。求：
（1）该热机的效率和每一循环中的功量、废热；
（2）高温热源和低温热源的熵变；
第
3、汽油机以空气为工质，进气参数为0.1MPa、50℃，压缩比为6，每一循环中加入的热量为750kJ/kg，求循环的最高温度、最高压力、循环的净功和理论热效率。
解答：
（下标1,2,3,4参见书中图7-2）
（1）最高温度T3
（2）最高压力p3
（3）循环净功w0
（4）理论热效率
第
4、解答：
（1）0.l7MPa压力下饱和温度＝115℃
解答：
终点温度：
终点压力：
熵变：
16、压力为1.2MPa、温度为380K的压缩空气在管道内流动，由于管道的摩擦和散热，空气流至一节流阀前压力降为1MPa，温度降为300K，流经节流阀后压力继续降至0.7MPa。求：
（1）空气在节流阀前的管道内散至环境的热量；
（2）空气在节流阀后的温度。
解答：
这是一个有散热的流动和节流的复合过程，由于节流过程比较快，一般以绝热处理
（2）散热
（3）动能差
（4）位能差
第
3、两台可逆卡诺热机串联工作，A工作于700℃和t℃的热源间，B热机工作于t℃和20℃的热源间，吸收A热机排出的废热对外作功。求：
（1）当两台热机的热效率相同时，热源t的温度；
（2）当两台热机输出的功相等时，热源t的温度。
解答：
效率相等时：
输出功相等时：
4、一可逆热机工作在三个热源之间，热源温度如图，若热机从热源1吸热1600kJ，并对外做功250kJ，试求另两个热源的传热量和传热方向，并用图表示。
（3）工质在各过程中的熵变和循环的总熵变。
解答：
11、深层海水的温度4℃，热带表层10m海水的平均温度为37℃，假设深层海水的质量无穷大，若在深层海水和表层海水间装一热机，该热机利用表层10m海水降温至27℃所放出的能量来作功，已知水的比热为4.1868kJ/(kg·K)。求：
（1）每kg表层海水降温过程中放出的热量和熵变；
0.70
0.70
指数
1.00
1.20
1.40
终温
300.00
414.93
523.09
比容1
0.86
0.86
0.86
比容2
0.12
0.17
0.21
吸入功
86.13
86.13
86.13
升压功
167.60
164.98
160.12
排出功
86.13
119.13
150.18
总耗功
167.60
197.97
224.17
（1）压缩过程中每kg空气的压缩功（容积功）。
（2）气体消耗的技术功。
（3）外界需要向压缩机输入的功率（由轴功决定）。
解答：
（1）
（2）跟踪流动的工质，为闭口系：
（3）稳定流动能量方程：
9、锅炉生产的2980t/h流量的过热蒸汽进入汽轮机高压缸后，经一热力过程从焓3475.5kJ/kg降至2990.0kJ/kg，求：
（1）等温压缩；
（2）n=1.2的多变压缩；
（3）绝热压缩。
解答：终态温度、比容计算：参见理想气体过程方程计算；
吸入功、升压功、排出功、总耗功：参见书中计算式6-9
（总耗功=升压功+排出功-吸入功）
等温方式
多变方式
等熵方式
初温
300.00
300.00
300.00
初压
0.10
0.10
0.10
终压
0.70
理论功率
（2）汽轮机内效率=0.88时：
焓降
理论功率
理论
实际
汽机内效率
1
0.88
汽机焓降
1424.4
1253.5
理论终点干度
0.7892
0.8597
理论功率
158267
139278
第
3、解答：
（1）若忽略汽轮机的散热、动能和位能差，则高压缸的电功率为多少；
（2）若散热为1.1×107kJ/h，，求散热造成的功率损失；
（3）若汽轮机进口蒸汽的流速为50m/s，出口蒸பைடு நூலகம்流速为150m/s，求动能差造成的功率损失；
（4）若汽机出口比进口低2.5m，求进出口高差对汽轮机功率的影响。
解答：
（1）忽略汽轮机的散热、动能和位能差
第一章
3、现代发电机组中，用压力测量仪表在四个地方测量，读数分别为：表压25.6MPa、表压0.65MPa、表压3kPa、真空度98kPa，当时大气压力为101.3kPa，求所测四个地方的绝对压力。
解答：
4、西方国家经常使用华氏度作为温度单位，例如测量到某人的体温为100℉，请求出对应的摄氏温度，并判断100℉的体温可能吗？。
解答：
可见，气体柱的压力可以忽略。
第二章
5、某封闭系统进行如图所示的循环，12过程中系统和外界无热量交换，但热力学能减少50kJ；23过程中压力保持不变，p3=p2=100kPa，容积分别为V2=0.2m3，V3=0.02m3；31过程中保持容积不变。求：
各过程中工质所作的容积功以及循环的净功量；
循环中工质的热力学能变化以及工质和外界交换的热量；
（2）产生1kg蒸汽时各部分熵变：
（3）可用能损失：
8、解答：
由p1=10MPa, t1=540℃，查表得：h1=3475.1 kJ/kg,s1=6.7261kJ/(kg.K)
（1）理想过程（内效率=100%）时：
由p2=5kPa，查表得：（s2=s1）
焓降h1-h2=3475.1-2050.7 = 1424.4 kJ/kg
解答：
6、水可视作不可压缩。现对一绝热封闭容器内的水加压，加压前水的容积为0.1m3，压力为0.2MPa，加压后压力为1.2MPa。求：
（1）加压过程中外界对水所作容积功；
（2）水的热力学能的变化；
（3）水的焓的变化。
解答：
8、空气在压缩机中被压缩，压缩前的参数为p1=0.1MPa，v1=0.845m3/kg，压缩后的参数为p2=0.8MPa，v2=0.175m3/kg，压缩过程中每kg空气的内能增加了146 kJ/kg，同时向外放出热量50kJ/kg，压缩机压缩空气的量为10kg/min，忽略散热及工质的动能位能差。求：
（2）过程中空气的热力学能变化、焓变化和熵变化；
（3）过程中空气的吸热量和作功量。
解答：
图如下
（1）定压过程12
（2）定温过程13和定容过程32组成的复合过程
11、空气从温度800K、压力5.5MPa的状态1经一绝热膨胀过程至状态2，用A仪器测得状态2参数为温度485K、压力1.0MPa，用B仪器测得状态2参数为温度495K、压力0.7MPa，试判断参数A和B中哪个可能正确，并说明理由。
（1）1mol混合气体中各组分的mol数；
（2）各组分的质量成分；
（3）混合气体的分子量和气体常数。
解答：
10、一定量的封闭空气由温度300K、压力0.15MPa的1点开始，经历两种过程到达相同终点：A过程为等压过程，直接吸热至480K；B过程先等温吸热膨胀、再以等容过程增压。试完成以下计算分析：
（1）在同一p-v图和T-s图上表示两个过程；
解答：
热量的正负号，以工质吸热为正：
解以上2式，得Q2=-1500kJ，Q3=150kJ，说明热源2吸热，而热源3放热。
7、某动力循环，工质在温度440℃下得到3150kJ/kg的热量，向20℃的低温热源放出1950kJ/kg的热量，如果工质没有其他热量交换，问此循环满足Clausius不等式吗？
解答：
（3）系统可用能的损失
15、如图一烟气余热回收方案。设烟气的比热容c＝1100J/（kg.K），试求：
（1）烟气流经换热器传给热机工质的热量；
（2）热机排给大气的最少热量；
（3）热机输出的最大功。
解答：
（1）高温烟气传给工质的热量：
（2）当热机可逆时，热机作功最大，放给低温热源的热量最少，此时的热机效率和放热量分别为：
(4)左边电热丝加入的热量等于左边气体内能增量与膨胀功（右边气体得到的压缩功）之和
(5)左边气体经历的过程
15、在一绝热的封闭气缸（0.2m3）中有一无摩擦的导热活塞，开始时该活塞被固定在气缸中间，左右容积相等。左半部分盛有300K，0.2MPa的空气，右半部分盛有300K，0.1MPa的空气，活塞释放后系统达到新的平衡点，求该平衡点的温度、压力和熵的总变化量。
解答：
12、空气从温度300K、压力0.1MPa的1点开始压缩到压力为0.6MPa的终点，试计算下列情况下的容积功、技术功和热量。
（1）等温过程；
（2）等熵过程；
（3）n=1.25的多变过程。
解答：
定温过程：
定熵过程：
多变过程：
14、一体积为0.002m3的绝热活塞-气缸如图如示，活塞无摩擦，初始位置在正中间，两边有25℃，0.1MPa的空气。现用电热丝对左边气体加热，使压力上升到0.2MPa，求：
（2）0.1MPa饱和蒸汽的比容为1.694m3/kg
结果1）：如果2L水指大气压下的体积，则m=2kg，
结果2）：如果2L水指0.l7MPa压力下的体积，则m=1.894kg，
5、解答：
由p2=0.1MPa，t2=120℃，查得h2=2716.48 kJ/kg
由p2=0.1MPa查得
6、解答：
(1)蒸汽需要的热量由烟气等压放热提供：
（2）冰的熵变，冰熔解生成的水的熵变和容器中原有水的熵变；
（3）若环境温度为20℃，求该过程中系统可用能的损失。
解答：
（1）假设3kg的冰能全部融化，最后混合的温度为tm,3kg冰以下标1表示，20kg水以下标2表示，根据热量守恒的关系：
（2）熵的变化量由三部分构成，即3kg冰融化时的熵增,融化后从0℃升到tm的熵增和20kg水降温到tm的熵减。
第
3、空气在压缩机中被绝热压缩，压缩前空气的参数为0.1MPa、25℃；压缩后空气的参数为0.6MPa、240℃。求：
（1）可逆时压缩机压缩1kg空气所耗的功；
（2）该压缩机压缩1kg空气所耗的功；
（3）该压缩机的效率。
解答：
4、单级活塞式压缩机需要把空气从0.1MPa、27℃压缩至0.7MPa，试计算三种方式下压缩机的各项，即：压缩终温、起点和终点比容、吸入功、升压功、排出功、总功，结果请用表格表示。
解答：
5、容积为2.5m3的空气罐，原来的参数为0.05MPa（表压）、18℃，现充气至0.42MPa（表压），充气后温度为40℃，当时大气压为100kPa，求充进空气的质量。（空气参数查附录1）
解答：
7、汽油燃烧产生的烟气可视作理想气体，现测得烟气中各成分的容积为：N2：60%，O2：4%，CO2：21%，H2O：15%。求：
解答：
5、我国进口发电机组中经常会用到一些不是整数的参数，例如发电机组出口蒸汽温度设计值为538℃，请求出对应的华氏温度，并分析为什么会出现非整数的温度。
解答：
6、用内充水银的U形管压力计测量压力，管内出现以下两种情况：一为水银柱中出现20mm高的空气泡，二是水银柱中混入了水，形成一个20mm高的水柱，请求出两种情况下的的压力p。
（3）热机输出的最大功(等于向低温热源放热最少时的输出功量)
第
3、海洋深处埋藏一种名为可燃冰的物质，它能在某些情况下放出甲烷。若在海洋深处4000m处产生了一个体积为100m3的甲烷气泡，求它上升至海洋表面时的体积为多大？设海水的密度均匀，为1.025×103kg/m3，4000m深处海水温度为4℃，海洋表面温度为27℃，当时大气压为101kPa。
（1）右边空气被压缩后的终温；
（2）右边空气得到的压缩功；
（3）左边空气的终温；
（4）电热丝加入系统的热量；
（5）左边空气经历的多变过程的指数；
（6）在同一p-v图和T-s图表示左右气体经历的过程。
注意：研究对象不是1kg，故功、热量应求出总量。
解答：
(1)右边气体的终温
(2)右边气体的容积功
(3)左边气体的终温
（2）深层海水的熵变、热机的废热量和作功量；
（3）求1km2海域能够输出的功量（kWh）。
（4）我国2012年底的发电量为4.94万亿kWh，求提供这些电量需要的海域面积。
解答：
（1）
（2）
（3）
（4）
12、将3kg温度为0℃的冰，投入盛有20kg温度为50℃的水的容器中，容器保持绝热，已知水的比热为4.1868kJ/(kg·K)，冰熔解热为333.5kJ/kg，忽略冰熔解时体积的变化。求：
满足Clausius不等式，其循环积分值为-2.237kJ/(kg.K)。
8、内可逆的卡诺热机，工作于2000K和300K的热源间，工质的高温为1900K，工质的低温为400K，设每一循环中工质从高温热源吸热100kJ/kg。求：
（1）该热机的效率和每一循环中的功量、废热；
（2）高温热源和低温热源的熵变；
第
3、汽油机以空气为工质，进气参数为0.1MPa、50℃，压缩比为6，每一循环中加入的热量为750kJ/kg，求循环的最高温度、最高压力、循环的净功和理论热效率。
解答：
（下标1,2,3,4参见书中图7-2）
（1）最高温度T3
（2）最高压力p3
（3）循环净功w0
（4）理论热效率
第
4、解答：
（1）0.l7MPa压力下饱和温度＝115℃
解答：
终点温度：
终点压力：
熵变：
16、压力为1.2MPa、温度为380K的压缩空气在管道内流动，由于管道的摩擦和散热，空气流至一节流阀前压力降为1MPa，温度降为300K，流经节流阀后压力继续降至0.7MPa。求：
（1）空气在节流阀前的管道内散至环境的热量；
（2）空气在节流阀后的温度。
解答：
这是一个有散热的流动和节流的复合过程，由于节流过程比较快，一般以绝热处理
（2）散热
（3）动能差
（4）位能差
第
3、两台可逆卡诺热机串联工作，A工作于700℃和t℃的热源间，B热机工作于t℃和20℃的热源间，吸收A热机排出的废热对外作功。求：
（1）当两台热机的热效率相同时，热源t的温度；
（2）当两台热机输出的功相等时，热源t的温度。
解答：
效率相等时：
输出功相等时：
4、一可逆热机工作在三个热源之间，热源温度如图，若热机从热源1吸热1600kJ，并对外做功250kJ，试求另两个热源的传热量和传热方向，并用图表示。
（3）工质在各过程中的熵变和循环的总熵变。
解答：
11、深层海水的温度4℃，热带表层10m海水的平均温度为37℃，假设深层海水的质量无穷大，若在深层海水和表层海水间装一热机，该热机利用表层10m海水降温至27℃所放出的能量来作功，已知水的比热为4.1868kJ/(kg·K)。求：
（1）每kg表层海水降温过程中放出的热量和熵变；
0.70
0.70
指数
1.00
1.20
1.40
终温
300.00
414.93
523.09
比容1
0.86
0.86
0.86
比容2
0.12
0.17
0.21
吸入功
86.13
86.13
86.13
升压功
167.60
164.98
160.12
排出功
86.13
119.13
150.18
总耗功
167.60
197.97
224.17
（1）压缩过程中每kg空气的压缩功（容积功）。
（2）气体消耗的技术功。
（3）外界需要向压缩机输入的功率（由轴功决定）。
解答：
（1）
（2）跟踪流动的工质，为闭口系：
（3）稳定流动能量方程：
9、锅炉生产的2980t/h流量的过热蒸汽进入汽轮机高压缸后，经一热力过程从焓3475.5kJ/kg降至2990.0kJ/kg，求：
（1）等温压缩；
（2）n=1.2的多变压缩；
（3）绝热压缩。
解答：终态温度、比容计算：参见理想气体过程方程计算；
吸入功、升压功、排出功、总耗功：参见书中计算式6-9
（总耗功=升压功+排出功-吸入功）
等温方式
多变方式
等熵方式
初温
300.00
300.00
300.00
初压
0.10
0.10
0.10
终压
0.70
理论功率
（2）汽轮机内效率=0.88时：
焓降
理论功率
理论
实际
汽机内效率
1
0.88
汽机焓降
1424.4
1253.5
理论终点干度
0.7892
0.8597
理论功率
158267
139278
第
3、解答：
（1）若忽略汽轮机的散热、动能和位能差，则高压缸的电功率为多少；
（2）若散热为1.1×107kJ/h，，求散热造成的功率损失；
（3）若汽轮机进口蒸汽的流速为50m/s，出口蒸பைடு நூலகம்流速为150m/s，求动能差造成的功率损失；
（4）若汽机出口比进口低2.5m，求进出口高差对汽轮机功率的影响。
解答：
（1）忽略汽轮机的散热、动能和位能差
第一章
3、现代发电机组中，用压力测量仪表在四个地方测量，读数分别为：表压25.6MPa、表压0.65MPa、表压3kPa、真空度98kPa，当时大气压力为101.3kPa，求所测四个地方的绝对压力。
解答：
4、西方国家经常使用华氏度作为温度单位，例如测量到某人的体温为100℉，请求出对应的摄氏温度，并判断100℉的体温可能吗？。
解答：
可见，气体柱的压力可以忽略。
第二章
5、某封闭系统进行如图所示的循环，12过程中系统和外界无热量交换，但热力学能减少50kJ；23过程中压力保持不变，p3=p2=100kPa，容积分别为V2=0.2m3，V3=0.02m3；31过程中保持容积不变。求：
各过程中工质所作的容积功以及循环的净功量；
循环中工质的热力学能变化以及工质和外界交换的热量；
（2）产生1kg蒸汽时各部分熵变：
（3）可用能损失：
8、解答：
由p1=10MPa, t1=540℃，查表得：h1=3475.1 kJ/kg,s1=6.7261kJ/(kg.K)
（1）理想过程（内效率=100%）时：
由p2=5kPa，查表得：（s2=s1）
焓降h1-h2=3475.1-2050.7 = 1424.4 kJ/kg
解答：
6、水可视作不可压缩。现对一绝热封闭容器内的水加压，加压前水的容积为0.1m3，压力为0.2MPa，加压后压力为1.2MPa。求：
（1）加压过程中外界对水所作容积功；
（2）水的热力学能的变化；
（3）水的焓的变化。
解答：
8、空气在压缩机中被压缩，压缩前的参数为p1=0.1MPa，v1=0.845m3/kg，压缩后的参数为p2=0.8MPa，v2=0.175m3/kg，压缩过程中每kg空气的内能增加了146 kJ/kg，同时向外放出热量50kJ/kg，压缩机压缩空气的量为10kg/min，忽略散热及工质的动能位能差。求：
（2）过程中空气的热力学能变化、焓变化和熵变化；
（3）过程中空气的吸热量和作功量。
解答：
图如下
（1）定压过程12
（2）定温过程13和定容过程32组成的复合过程
11、空气从温度800K、压力5.5MPa的状态1经一绝热膨胀过程至状态2，用A仪器测得状态2参数为温度485K、压力1.0MPa，用B仪器测得状态2参数为温度495K、压力0.7MPa，试判断参数A和B中哪个可能正确，并说明理由。
（1）1mol混合气体中各组分的mol数；
（2）各组分的质量成分；
（3）混合气体的分子量和气体常数。
解答：
10、一定量的封闭空气由温度300K、压力0.15MPa的1点开始，经历两种过程到达相同终点：A过程为等压过程，直接吸热至480K；B过程先等温吸热膨胀、再以等容过程增压。试完成以下计算分析：
（1）在同一p-v图和T-s图上表示两个过程；
解答：
热量的正负号，以工质吸热为正：
解以上2式，得Q2=-1500kJ，Q3=150kJ，说明热源2吸热，而热源3放热。
7、某动力循环，工质在温度440℃下得到3150kJ/kg的热量，向20℃的低温热源放出1950kJ/kg的热量，如果工质没有其他热量交换，问此循环满足Clausius不等式吗？
解答：
（3）系统可用能的损失
15、如图一烟气余热回收方案。设烟气的比热容c＝1100J/（kg.K），试求：
（1）烟气流经换热器传给热机工质的热量；
（2）热机排给大气的最少热量；
（3）热机输出的最大功。
解答：
（1）高温烟气传给工质的热量：
（2）当热机可逆时，热机作功最大，放给低温热源的热量最少，此时的热机效率和放热量分别为：
(4)左边电热丝加入的热量等于左边气体内能增量与膨胀功（右边气体得到的压缩功）之和
(5)左边气体经历的过程
15、在一绝热的封闭气缸（0.2m3）中有一无摩擦的导热活塞，开始时该活塞被固定在气缸中间，左右容积相等。左半部分盛有300K，0.2MPa的空气，右半部分盛有300K，0.1MPa的空气，活塞释放后系统达到新的平衡点，求该平衡点的温度、压力和熵的总变化量。
解答：
12、空气从温度300K、压力0.1MPa的1点开始压缩到压力为0.6MPa的终点，试计算下列情况下的容积功、技术功和热量。
（1）等温过程；
（2）等熵过程；
（3）n=1.25的多变过程。
解答：
定温过程：
定熵过程：
多变过程：
14、一体积为0.002m3的绝热活塞-气缸如图如示，活塞无摩擦，初始位置在正中间，两边有25℃，0.1MPa的空气。现用电热丝对左边气体加热，使压力上升到0.2MPa，求：
（2）0.1MPa饱和蒸汽的比容为1.694m3/kg
结果1）：如果2L水指大气压下的体积，则m=2kg，
结果2）：如果2L水指0.l7MPa压力下的体积，则m=1.894kg，
5、解答：
由p2=0.1MPa，t2=120℃，查得h2=2716.48 kJ/kg
由p2=0.1MPa查得
6、解答：
(1)蒸汽需要的热量由烟气等压放热提供：