工程热力学课后答案

第六章水蒸气性质和蒸汽动力循环 思思考考题题 1. 理想气体的热力学能只是温度的函数，而实际气体的热力学能则和温度 及压力都有关。 试根据水蒸气图表中的数据，举例计算过热水蒸气的热力学能以 验证上述结论。 [答]： 以500℃的过热水蒸汽为例，当压力分别为1bar、30bar、100bar及300bar时，从 表中可查得它们的焓值及比容，然后可根据u  h  pv计算它们的热力学能，计算结果列于 表中： t[oC]P[bar] 1 500 30 100 300 由表中所列热力学能值可见：虽然温度相同，但由于是实际气体比容不同，热力学能值 也不同。    h      可知：在定压过程中dh=cpdT。这对任何物质都适 T p  v[m3/kg]h[kJ/kg]u[(kJ/kg)] 2. 根据式(3-31) cp 用，只要过程是定压的。如果将此式应用于水的定压汽化过程，则得 dh = cpdT=0 〔因为水定压汽化时温度不变，dT=0〕 。然而众所周知 , 水在汽化时焓是增加的 (dh0)。问题到底出在哪里? [答] ：确实，dh=cpdT 可用于任何物质，只要过程是定压过程。水在汽化时，压力不 变，温度也不变，但仍然吸收热量〔汽化潜热〕吸热而不改变温度，其比热应为无穷大，即 此处的C p 亦即为C T ，而C T  。此时dh   0＝不定值，因此这时的焓差或热量〔潜热〕 不同通过比热和温差的乘积来计算。 3. 物质的临界状态究竟是怎样一种状态？ [答] ：在较低压力下，饱和液体和饱和蒸汽虽具有相同的温度和压力，但它们的密度 却有很大的差异，因此在重力场中有明显的界面〔液面〕将气液两相分开，随着压力升高， 两饱和相的密度相互接近，而在逼近临界压力 〔相应地温度也逼近临界温度〕时， 两饱和相 的密度差逐渐消失。 流体的这种汽液两相无法区分的状态就是临界状态。 由于在临界状态下， 各微小局部的密度起伏较大，引起光线的散射形成所谓临界乳光。 学习文档 仅供参考 4. 各种气体动力循环和蒸汽动力循环，经过理想化以后可按可逆循环进行 计算， 但所得理论热效率即使在温度范围相同的条件下也并不相等。这和卡诺定 理有矛盾吗？ [答] ：并不矛盾，虽然经过理想化的各种循环都可以按可逆循环计算，但甚至在相同 的温度范围内〔指循环最高温度和最低温度之间〕 也不一定具有相同的热效率。 原因是吸热 过程和防热过程并不都是在最高温度和最低温度下进行的， 因而可能具有不同的平均吸热温 度和平均放热温度。 所以循环热效率也可以不同。 卡诺定理则是专对在最高温度下吸热和在 最低温度下放热的可逆循环〔包括卡诺循环和回热卡诺循环〕而言的。 5. 能否在蒸汽动力循环中将全部蒸汽抽出来用于回热〔这样就可以取消凝 汽器，Q2=0〕 ，从而提高热效率？能否不让乏汽凝结放出热量Q2，而用压缩机将 乏汽直接压入锅炉，从而减少热能损失，提高热效率？ [答] ：不能在蒸汽动力装置中将全部蒸汽抽出来，用于回热。因为锅炉给水吸收不了 这么大的回热量， 回热的抽气量是由热平衡方程确定的， 通常只占汽轮机中蒸汽流量的小部 分，也不能将乏汽直接压入锅炉，由于不可逆性的存在， 如果这样做，所需的压缩功将超过 蒸汽在汽轮机中膨胀作出功， 整个装置不仅无动力输出， 反而消耗动力，因而不可能起到节 能和提高热效率的作用。 习习题题 6-16-1利用水蒸气的焓熵图填充以下空白： 状态 1 2 3 4 5 p/MPa 5 4 t/oC 500 133.5 180 47 400 h/(kJ/kg) 3 434 2 550 2 524 2 345 3 212 s/[kJ/(kgK)]干度x/% —— 90 —— 过热度D/ oC 235 —— —— —— 150 6-26-2已知以下各状态： 〔1〕p= 3MPa，t= 300 ℃； 〔2〕p= 5MPa，t= 155 ℃； 〔3〕p= 0.3MPa，x= 。 试利用水和水蒸气热力性质表查出或计算出各状态的比体积、 焓、 熵和热力学能。 [解](1) v  0.08116m3/kg；h  2994.2kJ /kg；s  6.5498kJ /(kg • K) u  h  pv  2994.2301050.08116103 2750.92kJ /kg 学习文档 仅供参考 (2) v  0.001093525m3/kg；h  656.525kJ /kg；s 1.8865kJ /(kg • K) u  h  pv  656.525501050.001093525103 651.057kJ /kg (3) 由 P  3bar，查饱和水蒸气表〔附表7〕得： ts133.540C，v  0.0010735m3/kg；v  0.60586m3/kg h 561.4kJ /kg；h  2725.5kJ /kg s 1.6717kJ /kg；s  6.9930kJ /(kg • K) 所以 v  v (v v )  0.00107350.92(0.608560.0010735) 0.55748m3/kg h  h (h h )  561.40.92(2725.5561.4)  2552.372kJ /kg s  s (s  s ) 1.6717 0.92(6.99301.6717)  6.5673kJ /(kg • K) u  h  pv  2552.37231050.55748103 2385.128kJ /kg 6-36-3试利用电脑，通过对式〔 7-2〕的计算，列出一个从三相点到临界点饱 和蒸汽压随温度变化的关系表〔从 0 ℃开始，温度间隔取 10 ℃〕 ，并与附表6 中的数据对照。 [答案]:从略 6-46-4某锅炉每小时生产 10 t水蒸气，其压力为 1 MPa，温度为 350 ℃。 锅炉给水温度为 40 ℃，压力为 1.6 MPa。已知锅炉效率为 B 蒸汽吸收的热量  80% 燃料可产生的热能 煤的发热量H v =29 000 kJ/kg。求每小时的耗煤量。 [解]： Q蒸汽吸 m蒸汽h  m蒸汽(h2h 1) 由 P ，t 1  400C， 查未饱和水〔附表8〕 ，得h 1 168.73kJ /kg 1 16bar 由 P 2 10bar，t2 3500C，查过热蒸气〔附表8〕 ，得h2 3157.7kJ /kg 所以 Q蒸汽吸104(3157.7168.73) 煤发热 Q煤 m煤HV 由热量平衡， Q蒸汽吸 Q煤•B Q煤• HV•B 学习文档 仅供参考 104(3159.7 168.93) 1.288吨/h可得m煤 4( B • H r )0.802.910 Q蒸汽吸 6-5过热水蒸气的参数为：p 1=13 MPa、t1=550 ℃。在蒸汽轮机中定熵膨胀 到p 25 MPa。蒸汽流量为每小时 130 t。求蒸汽轮机的理论功率和出口处乏汽的 湿度。假设蒸汽轮机的相对内效