工程热力学第12章答案

第12章 气体动力装置循环

12-1 某燃气轮机装置理想循环，已知工质的质量流量为15kg/s ，增压比π=10，燃气轮机入口温度T 3=1200K ，压气机入口状态为0.1MPa 、20℃，假设工质是空气，且比热容为定值，c p =1.004kJ/（kg ·K ），k =1.4。试求循环的热效率、输出的净功率及燃气轮机排气温度。

解：

−−4

.114.11k

k

（1）极限回热时 =×===−−4

.114.11126615.298k

k T T T π

497.47K

=⎟

⎠

⎞

⎜⎝⎛×=⎟⎠

⎞⎜

⎝⎛==−−4

.114.11

3456115.12731k

k T T T π763.05K

循环吸热量 )(531T T c q p −= 循环放热量 ()162T T c q p −= 循环热效率

=−−−=−−−=−

=05.76315.127315.29847.497111

162T T T T q q t η60.9%

t

=×===−−4

.114.11265

15.293k

k L T T T π

464.30K

=⎟

⎠

⎞

⎜⎝⎛×=⎟⎠⎞⎜

⎝⎛==−−4

.114.11455115.11731k

k H T T T π740.71K

循环吸热量 ()17.43471.74015.1173004.1)(531=−×=−=T T c q p kJ/kg 循环放热量 ()162T T c q p −=

4

.114.118

−−k

k t π

12-5 某理想燃气-蒸汽联合循环，假设燃气在余热锅炉中可放热至压气机入口温度(即不再向环境放热)，且放出的热量全部被蒸汽循环吸收。高温燃气循环的热效率为28%，低温蒸汽循环的热效率为36%。试求联合循环的热效率。

解：假设高温燃气循环中热源提工１００ｋＪ热量。

在燃气轮机中作功为 28%281001=×=w ｋＪ

燃气在余热锅炉中吸热为 72112=−=w q ｋＪ 在蒸汽轮机中作功为 92.25%36722=×=w ＫＪ 联合循环的热效率为 %92.53100

92

.2528=+=

t η

12-6 有人建议利用来自海洋的甲烷气体来发电，甲烷气作为燃气蒸汽联合循环的燃料。此装置建在海面平台上，可以将废热排入海洋中，设计条件如下：

=⎟

⎠

⎞

⎜⎝⎛×=⎟

⎠⎞⎜⎝⎛=−−4

.114.113410115.14731k

k T T π763.01K

由压气机效率定义 87.015

.29315

.29398.565/21/212,=−−=−−=

T T T T T s c η

解之得 T /2=606.75K

由燃气轮机相对内效率定义

9.001

.76315.147315.1473/

443/43=−−=−−=T T T T T ri η

解之得 T /4=834.02K 水蒸气的参数：

由6MPa ，320℃ 查得 h a =2951.3 kJ/kg

蒸汽冷凝温度15℃对应的饱和压力为1.7kPa ，饱和水的焓为h c =62.95kJ/kg 在h -s 图上从a 点往下作垂线，交1.7kPa 于b 点，读得h b =2168 kJ/kg

由蒸汽轮机相对内效率定义

60.623615.29314.11

12=×==−−k T T ε

K

2500=c v (T 3-T 2)=0.717×(T 3-623.60) 解之得最高温度T 3=3870.35K

循环热效率 1

1

1−−=k t εη=1-6-0.4=51.16%

12-8 以空气为工质的理想循环，空气的初参数为p 1=3.45MPa ，t 1=230℃，定温膨胀到p 2=2MPa ，再绝热膨胀到p 3=0.14MPa ，经定压冷却后，再绝热压缩回初态。求循环净功和循环热效率，并将此循环表示在p -v 图和T -s 图上。设空气的比热容为定值，c p =1.004kJ/（kg •K ），k =1.4。

解：

21

2

11p p g 循环净功为 t net q w η1==%7.562

45

.3ln

15.503287.0××=44.64kJ/kg

12-9 有一个两级绝热压缩中间冷却和两级绝热膨胀中间再热的燃气轮机装置理想循环。压气机每级增压比为2.5，参数为25℃、100kPa ，流量为24.4m 3/s 的空气进入第一级压气机，中间冷却至25℃进入第二级压气机，后被加热到1 000℃，进入第一级燃气轮机，中间再热压力与中间冷却压力相同，中间再热后的温度为1 000℃，然后进入第二级燃气轮机。

试在T-s 图上画出该循环，计算压气机的耗功量和燃气轮机的作功量以及采用理想回热与不采用回热时的循环热效率。

解：

不采用回热时，吸热过程为4-6和7-8

()()[]7846.

1T T T T c m Q p −+−==58011.86 kJ/s

循环热效率为 86.5801175.116791

==Q W net t η=20.13%