工程热力学课后答案--华自强张忠进高青(第四版)第12章

ε
=
(
p2
1
(κ −1)
)κ
−1
=
1
(
0.4
)
0.4 1.4
−1
=
2.058
p3
0.1
装置所需的功率：
P = Q&2 = 150 = 72.89 kW ε 2.058
冷却水带走的热量：
Q& = Q&2 + P = 150 + 72.89 = 222 2.89 kW
单位质量工质的致冷量：
q2
=
c po (T1
单位质量工质的致冷量
q2 = cpo (T1 − T4′) = 1.004(263 − 211.55) = 51.055 8 kJ/kg
故空气流量
qm
=
Q2 q2
=
150 51.655 8
=
2.904
kg/s
故装置消耗的功率
P = qmw0 = 2.904 × (160.4 − 81.78) = 2.904 × 78.62 = 228.3 kW
p1
0.1
单位质量工质的致冷量：
(κ −1)
q2
= c p0 (T1
− T4 )
=
c p0 [T1
− T3 (
p4 p3
)
κ
]
0.4
= 1.004 × [263 − 288 × ( 0.1) 1.4 ] = 81.49 kJ/kg 0.5
装置消耗的净功：
w0
=
q2 ε
=
81.49 1.71
= 47.6 kJ/kg
消耗的净功。
解 冷库温度
T4 = −10 + 273 = 263 K；
冷却水温度 空气最高压力 空气最低压力
T3 = 10 + 273 = 288 K p3 = 0.5MPa = p2 p4 = 0.1MPa = p1
制冷系数
ε
=
(
p2
1
(κ −1)
)κ
−1
=
1
(
0.5
)
0.4 1.4
−1
=1.71
第十二章 致冷循环
12-1 设有一制冷装置按逆向卡诺循环工作，冷库温度为－5
℃，环境温度为20 ℃，求制冷系数的数值。又若利用该机器作热
泵，由－5 ℃的环境取热而向20 ℃的室内供热，求其供热系数。
解 已知 T1 = 20 + 273 = 293K,T2 = −5 + 273 = 268K
致冷系数
ε = T2 = 268 = 10.72 T1 − T2 293 − 268
致冷系数
ε = q2 = 51.655 8 = 0.657 w0 78.62
12-5 一台氨蒸气压缩制冷装置，其冷库温度为－10 ℃，冷
凝器中冷却水温度为20 ℃，试求单位质量工质的制冷量、装置消
耗的功、冷却水带走的热量以及制冷系数。
解 按题意 T0=T4=263 K， T2=T3=293 K
由氨的压焓图查得h0=157 5 kJ/kg，h2=172 5 kJ/kg，h3=h4=423 kJ/kg
率的多少倍？ 解 按题意此建筑物需供热： Q& =0.5×[20—(—5)]=0.5×25=12.5 kW
由T1=27+273=300 K 及 T2=—13+273=260 K，查得： h1=1 570 kJ/kg，h2=1 775 kJ/kg，h3=450 kJ/kg
∴ q1=h2—h3=1 775—450=1 325 kJ/kg
12 -6 若按上题所述条件，而装置的制冷量为100 kW，压气 机的绝热效率为0.8，试求该装置消耗的功率、制冷系数以及装置
中氨的流量。
解 按题意,实际该装置消耗的功：
|
w0′
|=|
w0
|ηc
=
150 0.8
= 187.5
kJ/kg
致冷系数 装置消耗的功率
ε
=
|
q2 w0′
|
=
1152 187.5
q2=h1—h3=1 570—450=1 120 kJ/kg
|w0|=h1—h2=1 570—1 775=205 kJ/kg
|
w0′
|=
w0 η cs
= 205 = 256.25kJ/kg 0.8
故热泵的致热系数
ζ
=
q1 | w0′
|
=
1325 256.25
= 5.17
热泵消耗的功率 P = Q1 = 12.5 = 2.417 kW ζ 5.17
=
6.144
p = Q2 = 100 = 16.276 kW ε 6.144
装置中氨的流量
qm
=
Q2 q2
= 100 × 3600 1152
= 312.5 kg/h
12-7 设把氨蒸气压缩制冷装置用作热泵，其工作温度与题
11-5相同，试求该热泵的供热量及供热系数。
解 按题要求，由12—5题得供热量 q1=130 2 kJ/kg
若用作热泵, 且 T1=293 K，T2=268 K
则致热系数 ζ = T1 = 293 = 11.72 T1 − T2 293 − 268
12-2 有一台空气压缩制冷装置，冷藏库温度为－10 ℃，空
气冷却器中冷却水温度为15 ℃，空气的最高压力为0.5 MPa，最
低压力为0.1 MPa，试求制冷系数、单位质量工质的制冷量及装置
而采用电炉直接供热，需消耗功率12.5kW为热泵消耗功率的 5.17倍。
12-9 有一台吸收式制冷装置，利用150 ℃降至100 ℃的循环 热水作为蒸气发生器的热源。已知蒸发器内的温度为－10 ℃、环 境介质温度为20 ℃，假定在完全可逆的理想条件下工作，试确定:
(1)制冷装置的最大热量利用系数； (2)若制冷量为2×105 kJ/h，试求所需热水的最小质量流量为 多少？
− T4 )
=
c po[T1−T3 (
p4 p3
(κ −1)
)κ ]
= 1.004[263 − 293( 0.1)0.4 /1.4 ] 0.4
= 66.10 kJ/kg = 0.018 36 kW ⋅ h/kg
所以空气的流量为：
qm
=
Q2 q2
=
150 0.01836
= 815 9 kg/h
膨胀机的功率为：
12-3 有一台空气压缩制冷装置，冷藏库温度为－10 ℃，冷 却器中冷却水温度为20 ℃，空气的最高压力为0.4 MPa，最低压 力为0.1MPa。若装置的制冷量为150 kW，试求带动制冷装置所需 的功率、冷却水带走的热量、装置中空气的流量以及膨胀机和压
气机的功率。
解 T1=263 K；T3=293 K；p1=p4=0.1 MPa；p2=p3=0.4 MPa 已知装置的致冷量 Q2=150 kW 则装置循环的致冷系数
率为0.85，试求装置消耗的功率及制冷系数。
解
T2
= T1(
p2 )(k −1) / k p
=
263 × ( 0.4 )0.4 /1.4 0.1Leabharlann =390.8KT4
= T3 (
p4 p3
) (k −1) / k
=
293 × ( 0.1)0.4 /1.4 0.4
= 197.175K
由压气机的绝热效率
η cs
− T2 ) = qmc po [T1
− T1 (
p2 p1
(κ −1) )κ ]
0.4
= 815 9 ×1.004 × 263 × [1 − ⎜⎛ 0.4 ⎟⎞ 1.4 ] ⎝ 0.1 ⎠
= −1.047 ×106 kJ/h = 290.84 kW
12-4 按上题所述条件，若压气机绝热效率为0.8，膨胀机效
Pe
= qm we
= qmc po (T3
− T4 ) = qmc po [T3
−
T3
(
p4 p3
(κ −1) )κ ]
0.4
= 815 9 ×1.004 × 293 × [1 − ( 0.1) 1.4 ] 0.4
= 7848 kJ/h = 218 kW
压气机的功率为:
Pc
= qm wc
= qmc po (T1
=
h1 − h2 h1 − h2′
=
T1 − T2 T1 − T2′
∴
T2′
=
T1
+
T2 − T1 ηc3
= 263 + 390.8 − 263 =422.77K 0.8
由膨胀机的效率
ηT
=
h3 − h4′ h3 − h4
= T3 − T4′ T3 − T4
故
T4′ = T3 − (T3 − T4 )ηT
=293—（293—197.175）×0.85=211.55 K 压气机耗功 | wc |= cP0 (T2′ − T1) = 1.004 × (422.77 − 263) =160 k/kg 膨胀机作功 wT = cpo (T ′ − T3) = 1.004 × (293 − 21.55) =81.7 8kJ/kg
致热系数
ζ = q1 = 1302 = 8.68 | w0 | 150
12-8 冬季室外温度为－5 ℃，室内温度为20 ℃。设某建筑 物的散热量按每1 ℃温差为0.5 kW计算，现用氨蒸气压缩制冷装 置作热泵供热维持室内温度，若室外蒸发器中氨的温度为－13
℃，而室内冷凝器内温度为27 ℃，压气机效率为0.8，试求： (1)热泵的供热系数、供热的功率以及热泵消耗的功率； (2)如果采用电炉直接供热，则电炉消耗的功率为热泵消耗功