热工基础第六章-第七章

k
P2
P1
v2 v1
P1 k1 0.1 61.4 1.229MPa
4
2 到 3 为定容吸热过程，所以有：
T3
T2
q1 cV
682
880 0.717
1909 K
P3
P2
T3 T2
1.229 1909 682
3.441MPa
3 到 5 为可逆绝热过程，又因为：
P5 P1 0.1MPa
h1 h5
3099 .93 908 .57
轴功：
ws=(h1-h5) =(3099.93-908.57) 0.3671=804.45kJ/kg
6-5 解：（1）循环热效率为：
1
1 k1
1
1 61.41
51.16%
（2）1 到 2 为可逆绝热过程，所以有：
k 1
T2
T1
v1 v2
T1 k1 333 61.41 682K
k 1
T2
T1
v1 v2
T1 k1 300 161.41 909K
k
P2
P1
v1 v2
P1 k 0.1 161.4 4.85MPa
v2
v1
由 2 到 3 的过程为定容加热过程，所以：
v3 v2
T3
T2
P3 P2
T2
909 1.5
பைடு நூலகம்
1364K
Pmax P3 P2 1.5 4.85 7.275 MPa
6-4 解： 1 点：由 P1=10MPa, t1=400C 得：
h1=3099.93kJ/kg, s1=6.218kJ/(kg.K) a 点：由 sa=s1, Pa=2MPa 得：
ha=2739.62kJ/kg 2 点：由 s2=sa,P2=0.05MPa 得：
3(4)点：由 P3=P2 得：
h2=2157.95kJ/kg, x=0.788
2
1 点：由 P1 P5，t1 t5 535 C 得：
h1 3553 .50kJ / kg，s1 7.822 kJ /(kg.K)
2 点：由 s2 s1 ， P2=7KPa 得：
3(4)点：由 P3=P2 得：
h2=2430.67kJ/kg，x2=0.941
吸热量：
h3=163.38kJ/kg
所以有：
k 1
1.41
T5
T3
P5 P3
k
1909
0.1
1.4
3.441
695K
放热过程为定压过程，所以循环的放热量为：
q2 cP T5 T1 1.004 695 333 363 .08kJ / kg
所以循环的热效率为：
1 q2 1 363 .08 58.74%
1
1 61.41
51.16%
每 kg 空气对外所作的功为：
w q1 540 0.5116 276 .26kJ / kg
所以输出功率为：
W m w 100 276.26 27626kJ / h 7.67kW
6-8 解:1 到 2 为可逆绝热过程，所以有：
k 1
T2
T1
v1 v2
T1 k1 300 141.41 862K
q1
880
之所以不采用此循环，是因为实现气体定容放热过程较难。
6-6 解: (1)k=1.4
循环热效率为：
1
1
k 1
1
1 7.51.41
55.33%
压缩过程为可逆绝热过程，所以有：
k 1
T2
T1
v1 v2
T1 k1＝285 7.51.4－1＝638K
k
P2
P1
v1 v2
P1 k 98 7.51.4 1645kPa
3 到 4 为定压过程，所以有：
T4
q3 4 cV
T3
1300 1.004
2675
3970 K
所以预胀比为：
P4 P3 12484 kPa
6
v4 T4 3970 1.484 v3 T3 2675
所以循环热效率为：
1
k 1
k 1
1 k
1
1
3.103 1.4841.4 1
141.413.103 1 1.4 3.103
T3
T2
P3 P2
T2
T3 T2
863 673
1.2823
5 到 1 为定容过程，所以有：
1
1
T5
T1
P5 P1
T1k
T5 T1
k
573
1.4
1.2823 363
1.16
3 到 4 为定压过程，所以有：
T4
T3
v4 v3
T3
863 1.16
1001 .08K
所以循环热效率为：
第六章 思考题 1. 试画出简单蒸汽动力装置的系统图、简单蒸汽动力循环的 p-v 图与 T-s 图。 2. 既然利用抽气回热可以提高蒸汽动力装置循环的热效率，能否将全部蒸汽抽出来用于回 热？为什么回热能提高热效率？ 答：采用回热措施，虽然对每 kg 蒸汽来说做功量减少，但抽汽在凝结时所放出的潜热却全 部得到的利用，进入锅炉给水温度提高了，使每 kg 工质在锅炉中吸收的热量大为减少，因 此，提高了循环效率。但抽汽量不是越多越好，是根据质量守恒和能量守恒的原则确定的。 3. 蒸汽动力装置循环热效率不高的原因是冷凝器放热损失太大，如取消冷凝器而用压缩机 将乏气直接升压送回锅炉是否可以？ 答：乏气如果是水汽混合的，则不能进行压缩。如果全部是气体进行压缩，则体积流量太大， 需要采用大尺寸的机器设备，是不利的。 4. 卡诺循环优于相同温度范围的其它循环，为什么蒸汽动力循环不采用卡诺循环？ 答：与郎肯循环相同温限的卡诺循环，吸热过程将在气态下进行，事实证明气态物质实现定 温过程是十分困难的，所以过热蒸汽卡诺循环至今没有被采用。那么，能否利用饱和区（气 液两相区）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 未采用卡诺循环。 5. 如果柴油机在使用过程中，喷油嘴保养不好，致使燃油雾化不良，燃烧延迟，问此时柴 油机的经济性如何？ 答：燃烧延迟，没有充分膨胀便开始排气，这将使热效率显著降低，且排气冒黑烟，这是很 不好的。 6. 今有两个内燃机的混合加热循环，它们的压缩比、初态、总的加热量相同，但两者的定 容升压比λ不同，（1）请在 p-v 图与 T-s 图上表示出这两个循环的相对位置；（2）利用 T-s 图定性地比较这两个循环的热效率。 7. 燃气轮机装置循环与内燃机循环相比有何优点？为什么前者的热效率低于后者？ 答：燃气轮机与内燃机相比，没有往复运动机构，可以采用很高的转速，并且可以连续进气， 因而可以制成大功率的动力装置。但要保持燃气轮机长期安全运行，必须限制燃气进燃气轮
k
P2
P1
v2 v1
P1 k1 100 141.4 4023kPa
2 到 3 为定容过程，所以有：
T3
q23 cV
T2
1300 0.717
862
2675 K
P3
P2
T3 T2
4023 2675 862
12484 kPa
所以定容增压比为：
P3 T3 2675 3.103 P2 T2 862
v4 T4 2332 1.71 v3 T3 1364
1
k 1
k 1
1 k
1
1
161.41 1.5
1.5 1.711.4 1
1 1.4 1.5
1.71
1
63.90%
煤耗率＝ q1 2
200 104
40.41t
/
h
6-3 解： 1 点：由 P1=6MPa, t1=560C 得：
h1=3562.68kJ/kg, 2 点：由 s2=s1, P2=6kPa 得：
s1=7.057kJ/(kg.K)
3(4)点：由 P3=P2 得：
h2=2173.35kJ/kg,
x=0.8369
q1 h1 h3 h1 h5 3430.18 163.38 3553.50 2779.07
4041.23kJ / kg
净功量：
wnet h1 h5 h1 h2 3430.18 2779.07 3553.5 2430.67
1773.94kJ / kg
热效率：
wnet 1773 .94 43.90% q1 4041 .23
热效率：= wnet = 1175.58 =37.99% q1 3094.42
干度：x=0.789 ②1 点：由 P1=4MPa, t1=550C
查表得：h1=3558.58kJ/kg, s1=7.233kJ/(kg.K) 2 点：由 s2=s1=7.233kJ/(kg.K), P2=4kPa
查表得：h2=2179.11kJ/kg, x=0.846 3(4)点：由 P3=4kPa, 查表得: h3=121.29kJ/kg 吸热量：q1=h1－h3=3558.58－121.29=3437.29kJ/kg 净功量：wnet=h1－h2=3558.58-2179.11=1379.47kJ/kg
5(6)点：由 P5=Pa 得：
h3=340.58kJ/kg
抽汽量：
h5=908.57kJ/kg
h5
h3
1 h5
h3
h5 ha
h3 h3
908 .57 340 .58 2739 .62 340 .58
0.2368
热效率：
1 1 h2 h3 1 1 0.2368 2157 .95 340 .58 36.71%
1.484
1
63.66%
所以循环的净功为：
w q1 0.6366 2600 1655 .1kJ / kg
6-9 解：首先求出压缩比、定容增压比和预胀比：
1 到 2 为绝热压缩过程，所以有：
1
1
T2
T1
v1 v2
T1 k1
T2 T1
k1
6731.41 363
4.68
2 到 3 为定容加热过程，所以有：
吸热量 ：
h3=151.5kJ/kg
q1=h1－h3=3562.68－151.5=3411.18kJ/kg
净功量：
热效率：
wnet=h1-h2=3562.68-2173.35=1389.33kJ/kg
3
wnet 1389 .33 40.73% q1 3411 .18
气耗量＝10 103 3600 25.91t / h wnet
1
k 1
k 1
1 k
1
1
1.28231.161.4 1
4.681.411.2823 1 1.4 1.2823
1.16
1
45.22%
相同温度范围卡诺循环的热效率为：
6-10 解:(1) =1.5
T4 T1 1001 .08 363 63.74%
T4
1001 .08
7
由 1 到 2 的压缩过程可看作可逆绝热压缩过程，所以有：
热效率：= wnet = 1379.47 =40.13% q1 3437.29
干度：x=0.846 6-2 解： 1 点：由 P1=13MPa, t1=535C 得：
h1=3430.18kJ/kg, s1=6.559kJ/(kg.K) 5 点：由 s5=s1=6.559kJ/(kg.K), 得：
P5=1.082MPa ，h5=2779.07kJ/kg
由于循环的加热量已知，所以有：
q1 cV T3 T2 cP T4 T3
T4
T3
q1
cV T3
cP
T2
1364
1298
0.717 1364
1.004
909
2332K
由 3 到 4 为定压过程，所以有：
P4 P3 7.275 MPa
所以预胀比为：
v4
v3
T4 T3
所以热效率为：
(2)k=1.3
循环热效率为：
1
1
k 1
1
1 7.51.31
45.36%
压缩过程为可逆绝热过程，所以有：
5
k 1
T2
T1
v1 v2
T1 k1＝285 7.51.3－1＝522K
k
P2
P1
v1 v2
P1 k 98 7.51.3 1345kPa
6-7 解: 循环热效率为：
1
1 k1
1
机时的最高温度，目前为 700—800C，所以效率比较低。 8. 试述动力循环的共同特点。 答：有工质在高温热源吸热，在低温热源放热，并对外输出功。
习题 6-1 解：①1 点：P1=4MPa, t1=400C
查表得：h1=3215.71kJ/kg, s1=6.773kJ/(kg.K) 2 点：s2=s1=6.773kJ/(kg.K), P2=4KPa 查表得：h2=2040.13kJ/kg, x =0.789 3(4)点：由 P3=P2=4KPa 查表得：h3=121.29kJ/kg 吸热量：q1=h1-h3=3215.71－121.29=3094.42kJ/kg 净功量：wnet=h1-h2=3215.71－2040.13=1175.58kJ/kg