化工热力学习题及答案第五章蒸汽动力循环和制冷循环

1、第五章 蒸汽动力循环和制冷循环5-3设有一台锅炉，每小时产生压力为2.5MPa,温度为350C的水蒸汽4.5吨，锅炉的给水温度为30C,给水压力2.5MPa。已知锅炉效率为70%，锅炉效率：-蒸汽吸收的热量染料可提供的热量 如果该锅炉耗用的燃料为煤，每公斤煤的发热量为29260J kg-1，求该锅炉每小时的耗煤量。1解：查水蒸汽表 2.5MPa 20C出0H =86.3kJ kg12.5MPa 40C H2OH = 169.77kJ kgHl =121.46kJ kg 4S 0.4 2 26J kg内插得到 2.5MPa 30C H2O169.77 86.321= 128.04kJ kg查水蒸

2、汽表2.0MPa 320 C H2OH =3069.5kJ kg2.0MPa 360 C H2OH =3159.3kJ kg3159 3 _ 3069 5“内插得到 2.0MPa 350C H2。H 二.A。 .30 3069 3136.85kJ kg查水蒸汽表3.0MPa 320 C H2OH =3043.4kJ kg3.0MPa 360 C H2OH =3138.7kJ kg内插得到 3.0MPa 350C H2O内插得到 2.5MPa 350C H2O3138.7 -3043.4 30 3043.4 =3114.882 kg，40H = 3114.88 3136.85 25.87kJ 心

3、锅炉在等压情况下每小时从锅炉吸收的热量:Q =mH2O H(H2 -HJ =4.5 1 03 (3125.87-128.04) = 31490235kJ h锅炉每小时耗煤量：13490235mcoal658.6kg h0.7X292605- 4某朗肯循环的蒸汽参数为：进汽轮机的压力5 =6MPa，温度匕=540 C，汽轮机出口压力P1 =0.008MPa。如果忽略所有过程的不可逆损失，试求：（1 ）汽轮机出口乏气 的干度与汽轮机的作功量；（2）水泵消耗的功量；（3）循环所作出的净功；（4）循环热效率。解：朗肯循环在 TS图上表示如下:1点（过热蒸汽）性质：5 = 6MPa , 1 = 540

4、C ,H 3517.0kJ kg J 5=6.9999 kg -2点(湿蒸汽)性质：p2 =0.008MPa , S2 = S| =6.9999kJ kgKHl =173.88kJ kg JS=0.5 0 26Jkg JHg =2577kJ kg JSg-8.228Ukg JVl= 1.0084cm3 g J1-2过程在膨胀机内完成，忽略过程的不可逆性，则该过程为等熵过程，S2=S, =6.9999kJ kg 1 K J(1) 设2点干度为x，由汽液混合物的性质计算可知：xSg (1 -x)S = S2S2 - Slx =Sg _Si69999 一 592J 0.8398.2287-0.592

5、62点汽液混合物熵值:H2 =xHg (1_x)H2577 0.839 (1 -0.839) 173.88 =2190.10kJ kg，汽轮机向外作功：WS = H 2 -比= 3117.0 2190.1 =-1326.9kJkg(2)水泵消耗的功率:6 106661Wp 二Vp =1.0084 (6 -0.008) 1010 = 6.042kJ kg0.008 106(3)循环所做净功： W净二-(WS Wp)二 -(-1326.9 6.042) = 1320.86kJkgJ循环热效率H4 =H3 Wp =Hl Wp -173.88 6.042 =179.922kJ kg-(Ws Wp)QH

6、H21326.9 -6.0423517.0-179.922二 0.39585- 16某蒸汽厂采用朗肯循环操作，已知进入汽轮机的蒸汽温度为500C，乏气压力为0.004MPa，试计算进入汽轮机的蒸汽压力分别为 4MPa和14MPa时，（1）汽轮机的作功量;（2）乏气的干度；（3）循环的气耗率；（4）循环的热效率；（5）分析以上计算的结果。 解：1占：八、p4MPa, t1 =500 CH3 4 4 53kJ kg , S1 = 7.0901kJ kg K 2占：J 八、p2 =0.004MPa , S2 T =7.0901kJ kg 4 KHg =2554.4kJ kg-S| =8.4 7 4

7、6J kg- y =1.0 0m3 -g-1-2过程在膨胀机内完成，忽略过程的不可逆性，则该过程为等熵过程，S2 = Si =7.0901kJ kg J K J2点干度为x,由汽液混合物的性质计算可知：xSg (1-x)S =S2S2 -Si7.0901-0.4226x0.8281Sg -S8.4746-0.42262点汽液混合物熵值：H2 二xHg (1-x)H = 2554.4 0.8281 (1 -0.8281) 121.46 = 2136.18kJ kg(1)2点乏汽干度为0.8281(2)汽轮机作功量：WS 二 H 2 -比=-3445.3 2136.18 二-1309.12kJkg

8、 /(3)循环的气耗率：3600SSC 36002.75kg (kW h)-Ws1309.12(4)循环热效率水泵消耗的功率4 1066 6Wp 二Vldp =1.004 (4 0.004) 1010=4.012kJ kg0.004106H4 = H3 Wp = Hl Wp =121.46 4.012 = 125.47kJ kg，(WsWp)Q1309.12 -4.0123445.3 -125.47-0.3931同理可得p =14MPa1 点：p1 =14MPa, t500 CH3321.15kJ kg，S =6.3877kJ kg_1 K2 点：P2 =0.004MPa，S2= 6.3877

9、 kJ kg K 4Hl =121.46kJ kg 4S 0.4 2 26J kgHg =2554.4kJ kg，Si =8.47 46J kg，V1.00Cm3 g1-2过程在膨胀机内完成，忽略过程的不可逆性，则该过程为等熵过程，SS6.3877kJ kg 4 K*2点干度为x,由汽液混合物的性质计算可知：xSg (x)S S2S2 - S|x 二Sg -S|6.3877-0.42268.4746-0.4226-0.74082点汽液混合物熵值:H2 =xHg(1-X)H =2554.4 0.7408 (1-0.7408) 121.46 = 1923.78kJ kg，(1) 2点乏汽干度为0.

10、7408(2 )汽轮机作功量：WS =H2 - 已=1923.78 -3321.15 - -1397.37 kJkg 一1(3) 循环的气耗率：SSC360036002.58kg (kW h)-WS1397.37(4) 循环热效率水泵消耗的功率4 106Wp =jVldp =1.004 (14 -0.004) 106 1014.052kJ kgJ0.004106H4=H3 WpWp =121.46 14.052 =135.51kJ kg二込空竺士卓0.43423321.15 -135.21（5）结果分析q。_ R Ws _Th -TlpMPa-1Ws/kJ - kgX-1 . -1SSC/kg

11、 - kW - hn41309.120.82812.750.3931141397.370.74082.580.4342通过上表比较，可以看出，进入汽轮机的蒸汽压力越高，汽轮机的作功量越大，循环的气耗量减少，循环的热效率升高。5- 18逆卡诺（Carnot）循环中，冷、热源温差越大，制冷系数是越大还是越小，为什么？ 解：逆向Carnot循环的制冷系数计算公式（P149）:由上式可以看出，逆卡诺循环冷热源温差越大，制冷系数；c越小5-20逆卡诺（Carnot）循环供应35kJ s-1的制冷量，冷凝器的温度为30C，而制冷温度为-20 C,计算此制冷循环所消耗的功率以及循环的制冷系数。解：逆向Car

12、not循环的制冷系数:TlWsTh253= 5.06名 _ RC - Th -Tl - 303 - 253单位制冷剂耗功量：设制冷剂循环量为m kg s-1，单位制冷剂提供的冷量为qoQo = mq = 35kJ s qomqoQoC WsmWsmWsQo35Pr = mWso6.92kJ s = 6.92kWC5.o65-27某制冷装置采用氨作制冷剂，蒸发室温度为-io C,冷凝室温度为38C，制冷量为ioXio5kJ h-1，试求：（1）压缩机消耗的功率；（2）制冷剂的流量；（3）制冷系数。解：制冷循环在 p-H图上表示如下：由P3o9氨的压焓图，由-io C的饱和蒸汽线点 1 （o.29

13、o85MPa）查得：H1562kJ kg1 - 2压缩过程速度很快，可按绝热过程处理，如果过程可逆，则为绝热可逆过程，所以於12二。，即为等熵过程。由38C饱和蒸汽压线与过 1点的等熵线交点确定 2点，查得：H2 =1840kJ炖由38C饱和蒸汽压线和饱和液相线交点确定4点，查得：H4二51okJ kg 4(1) 单位制冷量：qo =H1 - H4 =1562 -51。=1052kJ kgQ1 ： 106(2) 制冷剂每小时循环量：m 0 = = 950.57kg h 4qo1052(3) 单位质量制冷剂耗功量：Ws二日2-比=1840 T562 = 278kJ kg 4(4)压缩机功率：Pm

14、WL 950.57 278360073.41kW3600（5）制冷系数：並二竺Ws278= 3.78方法二由T S图求解朗肯循环在T S图上表示如下： 由-10 C等压线和饱和汽相线交点确定1点，查得其（过热蒸汽）性质:H1 =339.4cal kg，=1420.73kJ kg，由过1点的等熵线与38C饱和蒸汽压线交点确定点 2，得2点（湿蒸汽）性质:H1 =404cal kg A = 1 6944kJ kg由38C饱和蒸汽压线与饱和液相线交点确定点4,查得:比 =87cal kg=87 4.186kJ kg，=1694.4kJ kg，(1)单位制冷量：q0 =H1 - H 4 =1420.7

15、7 -364.18 =1056.59kJ kg(2)制冷剂每小时循环量：m6Q011010946.44kg hq1056.59(3)单位质量制冷剂耗功量：Ws 二日2-比=1694.4 -1420.73 = 273.67kJ(4)压缩机功率：pmWs273.67 946.4471.95kW36003600制冷系数：；- q。_ 1056.59 -3.86Ws273.67R 12）作制冷剂，冷凝温度 30C，蒸发温度-20 C, 蒸发器出口处蒸汽的过热温度为 5 C,制冷剂循环量（2）在相同温度条件下逆向5 31蒸汽压缩制冷装置采用氟里昂（ 节流膨胀前液体制冷剂的温度为25 C,为100kg h-1。试求：（1 ）该制冷装置的制冷能力和制冷系数; 卡诺循环的制冷系数。解：该过程在P H图上表示如下kg _1由-20 C的饱和蒸汽压线与-15 C的等温线交叉点确定1点的焓熵值，Hi =346.8kJ kg 1 2的过程为等熵过程，由过 1点的等熵线与30C的等压线的交点确定2点H2 =376.8kJ kg由30 C等压线与2