1、PAGE 例題某人稱其設計了一臺高效率熱機，該熱機消耗熱值為42000kJkg-1的燃料30kgh-1，可以產生的輸出功率為210kW。該熱機使用的高溫與低溫熱源分別為400和60，試判斷此熱機是否合理？1某動力循環的蒸汽透平機，進入透平的過熱蒸汽為2.0MPa，400，排出的氣體為0.035MPa飽和蒸汽，若要求透平機產生3000kW功率，問每小時通過透平機的蒸汽流量是多少？其熱力學效率是等熵膨脹效率的多少？假設透平機的熱損失相當于軸功的5%。 解：進出透平機的蒸汽狀態見下圖所示，焓、熵值從附錄水蒸汽表中查到，按穩流系統熱力學第一定律對透平機進行能量衡算，H=Q-Ws 則 蒸汽流量 按本題意

2、，等熵膨脹的空氣應該是濕蒸汽，即為飽和蒸汽和飽和水的混合物，此時熵值，即為飽和蒸汽和飽和水的熵按比例混合，從附錄查得飽和蒸汽的熵，從飽和水性質表查得飽和液體的熵， 設空氣中氣相重量百分含量為x,則 7.1271=7.7153x+(1-x)0.9875解得 x=0.9126空氣的焓值 H=xHg+（1-x）Hl =0.91262631.4+(1-0.9126)304.25=2428.0kJkg-1定熵效率 2某蒸汽動力循環操作條件如下：冷凝器出來的飽和水，由泵從0.035Mpa加壓至1.5Mpa進入鍋爐，蒸汽離開鍋爐時被過熱器加熱至280。求：(1) 上述循環的最高效率。 (2) 在鍋爐和冷凝器

3、的壓力的飽和溫度之間運行的卡諾循環的效率，以及離開鍋爐的過熱蒸汽溫度和冷凝器飽和溫度之間運行的卡諾循環的效率。 (3) 若透平機是不可逆絕熱操作，其焓是可逆過程的80%。求此時的循環效率。解： (1) 各狀態點的熱力學性質，可由附錄水蒸汽表查得 （由于液體壓力增加其焓增加很少，可以近似） 該循環透平機進行絕熱可逆操作，增壓泵也進行絕熱可逆操作時效率最高。，由0.035Mpa，查得氣相，（查飽和蒸汽性質表）液相，（查飽和水性質表內插） 氣相含量為x 冷凝器壓力0.035Mpa，飽和溫度為72.69；鍋爐壓力1.5Mpa，飽和溫度為198.32。卡諾循環運行在此兩溫度之間，卡諾循環效率 若卡諾循環

4、運行在實際的二個溫度之間，其效率為(3)不可逆過程的焓差為0.80(H2-H3)，而吸收的熱仍為，因此效率3將典型的蒸汽壓縮制冷循環的T-S圖分別在P-H圖和H-S圖上表示出來。解：壓縮機的可逆絕熱過程是等熵過程，節流過程常可看作為等焓過程，則循環可用如下P-H和H-S圖表示。4 某蒸汽壓縮制冷循環，制冷量Q0為3104kJh-1，蒸發室溫度為-15，冷凝器用水冷卻，進口為8。若供給冷凝器的冷卻水量無限大時，計算制冷循環消耗的最小功為多少？如果冷凝器用室溫（25）空氣冷卻時，其消耗的最小功又是多少？ 解：首先需要明確的是：在所有的制冷循環中，逆卡諾循環的制冷效率最高，即功耗最小。循環效率有如下

5、的關聯式： 按照傳熱原理，如果進出冷卻器的冷卻水量無限大，則不僅冷卻水進出口溫度接近相同，而且被冷介質的溫度也相同。因此 當冷卻水量無限大時，冷凝溫度T2=(8+273)K， 所以最少凈功 當冷凝器用空氣冷卻時，冷凝溫度近似等于室溫25 最小凈功 由計算結果可見，冷卻溫度越低，消耗功越小。但是空氣冷卻所用設備簡單，如家用空調器，冰箱采用散熱片空氣冷卻，不過它們的能耗要比水冷卻高許多。5 實際蒸汽壓縮制冷裝置中的膨脹過程，為何采用節流閥而不用膨脹機？如果用膨脹機，請在TS圖上標出哪些面積代表膨脹機回收的功？ 解：制冷裝置的膨脹過程，采用節流元件（如閥、孔板等）主要考慮到節流設備簡單，裝置緊湊。對

6、于中小型設備而言，這個膨脹功是不值得回收的，功量不大，但是設備投資要增加許多。因此，大多不采用膨脹機。 在下面的TS圖上，節流元件膨脹過程如34，是等焓過程，而膨脹機膨脹過程如34，是等熵過程。膨脹機回收的功量如陰影部分積分。 6某壓縮制冷裝置，用氨作為制冷劑，氨在蒸發器中的溫度為-25，冷卻器中的壓力為1.0MPa，假定氨進入壓縮機時為飽和蒸汽，而離開冷凝器時為飽和液體，每小時制冷量Q0為1.67105 kJh-1。求：（1）所需的氨流率； （2）制冷系數。解：通過NH3的P-H圖可查到各狀態點焓值。按照題意，氨進入壓縮機為飽和狀態1，離開冷凝器為飽和狀態3。氨在蒸發器中的過程即41 H1=

7、1430KJkg-1 （P2=1.0MPa，S2=S1） H2=1710KJkg-1 氨在冷凝器中的過程即23，H3=H4=320KJkg-1氨流率 制冷系數 注：求解此類題目：關鍵在于首先確定各過程狀態點的位置，然后在P-H圖或TS圖上查到相應的焓（或溫度、壓力）值，進行計算。7有一氨壓縮制冷機組，制冷能力Q0為4.0104KJh-1，在下列條件工作：蒸發溫度為-25，進入壓縮機的是干飽和蒸汽，冷凝溫度為20，冷凝過冷5。試計算： （1）單位重量制冷劑的制冷能力； （2）每小時制冷劑循環量； （3）冷凝器中制冷劑放出熱量； （4）壓縮機的理論功率； （5）理論制冷系數。解：首先在PH圖（或T

8、S圖）上按照已知條件定出各狀態點。查得 H1=1430KJkg-1 H2=1680KJkg-1 冷凝出來的過冷液體（過冷度為5）狀態3的決定：假設壓力對液體的焓值幾乎沒有影響，從狀態3沿著飽和液體線向下過冷5，找到3，用此點的焓值近似代替3的焓值，由于過冷度是有限的，實際上3和3很接近，不會造成太大的偏差。34仍為等焓膨脹過程， H3=H4=270kJkg-1 制冷能力 q0=H1-H4=1430-270=1160KJkg-1 制冷劑循環量 冷凝過程即23，放出熱量Q=（H3-H2）G=34.5(270-1690)=-48645KJh-1壓縮機功率 制冷系數 8壓縮機出口氨的壓力為1.0MPa

9、，溫度為50，若按下述不同的過程膨脹到0.1MPa，試求經膨脹后氨的溫度為多少？ （1）絕熱節流膨脹； （2）可逆絕熱膨脹。解：（1）絕熱節流膨脹過程是等焓過程，從P-H圖上沿著等焓線可找到終態2為0.1MPa溫度為30。 （2）可逆絕熱膨脹過程是等熵過程，同樣沿著等熵線可找到終態2為0.1MPa時，溫度為-33。9.用簡單林德循環使空氣液化。空氣初溫為17，節流膨脹前壓力P2為10MPa，節流后壓力P1為0.1MPa，空氣流量為0.9m3h-1（按標準狀態計）。求： （1）理想操作條件下空氣液化率和每小時液化量； （2）若換熱器熱端溫差為10，由外界傳入的熱量為3.3KJkg-1，向對液化量

10、的影響如何？空氣的比熱Cp為1.0 kJkg-1K-1。 解： 簡單的林德循環TS圖如上表示：對于空氣從TS圖上可查得各狀態點的焓值狀態點性狀TKPMPa HKJkg-11過熱蒸汽2900.14602過熱蒸汽290104350飽和液體0.142理論液化量 （kg液體kg空氣）空氣流量液化量：（2）外界熱量傳入造成冷量損失Q冷損， Q冷損=3.3KJkg-1 換熱器熱端溫差造成熱交換損失Q溫損， Q溫損=CpT=1.010=10KJkg-1 實際液化量 實際液化量：10.采用簡單林德循環液化空氣的示意圖及各狀態點熱力學性質如下圖和表所示。設環境溫度為298K，壓縮機功耗為630kJh-1。試計算

11、各狀態點的有效能，并分析能量的消耗情況。序號TKPMPamkgh-1HkJkg-1SkJkg-1K-1BkJkg-102980.11510.03.76201298201475.32.195433.32174201277.51.338489.93860.171277.52.195234.54860.170.074102.80.125676.65860.170.926292.62.383193.562950.10.926505.43.7411.7062354 解：由各狀態點的溫度和壓力在空氣的TS圖上可查得焓和熵值。質量變化m可由焓平衡計算出來。有效能根據如下方程計算，這里設環境溫度為298K，0.1MPa，空氣的有效能為另。 計算結果列于上表中右欄。 液化空氣的有效能為 B4=0.074676.6=50.1kJh-1 損耗功 WL=630-50.1=579.9kJh-1 有效能效率 可見，熱力學效率很低。 各單元設備的損耗功可由有效能衡算得到。 01壓縮機：630-m1B1=630-1433.3=196.7kJh-1 23節流閥：m2(B2-