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蒸汽吸收的热量染料可提供的热量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: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。解：查水蒸汽表2.5MPa 20 C H2OH 86.3kJ kg2.5MPa 40 C H2OH 169.77kJ kg内插得到 2.5MPa 30C H2O H 169.7： 86.3l28.04kJ kg查水蒸汽表2.0MPa 320 C H2O H 3069.5kJ kg 1内插

2、得到2.0MPa查水蒸汽表内插得到3.0MPa内插得到2.5MPa2.0MPa 360 C H2O350 C H2OH3.0MPa 320 C H2O3.0MPa 360 C H2O350 C H2OH350 C H2OHH 3159.3kJ3159.3 3069.540H 3043.4kJH 3138.7kJ3138.7 3043.4kg30kgkg403114.88 3136.85303069.53043.43125.87kJ3136.85kJ3114.88kJkg 1kg 1kg 1锅炉在等压情况下每小时从锅炉吸收的热量:锅炉每小时耗煤量：mcoa6kg h 1

3、0.7 292601(3125.87128.04) 31490235kJ hQ mH2O H(H2 H1)4.5 1035- 4某朗肯循环的蒸汽参数为：进汽轮机的压力5 6MPa，温度t1 540 C，汽轮机出口压力P10.008MPa。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：p1 6MPa , t1540 C ,H 1 3517.0kJ kg 1S16.9999kJ kg 12点(湿蒸汽)性质:p20.008MPa , S2 Sl

4、6.9999kJ kg 1 K 1Hl 173.88kJ kg 1S 0.5026kJ kg 1H g 2577kJ kg 1Sg8.2287kJ kg 1Vl1.0084 cm3 g 11-2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 S16.9999kJ kg 1 K 1(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|S2xSgS2 S|S6.9999 津 0.8390.59268.22872点汽液混合物熵值:H2 xHg(1 x)Hi2577 0.839 (10.839) 173.882190.10kJ kg 1汽轮机向外作功：WsH2H1

5、3117.02190.11326.9kJkg 1(2)水泵消耗的功率：6 106WpVQp0.008 1061.00846 6(6 0.008) 10106.042 kJkg 1(3)循环所做净功:Wp)( 1326.9 6.042)1320.86kJkg 1循环热效率H4 H3WpHiWp 173.88 6.042179.922kJ kg(Ws Wp)Q旦13269 6.420.3958H43517.0 179.922(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、P14MPa, t1500CH13445.3kJkg 1,S17.0901k

6、J kg K2占：J 八、P20.004MPa , S2S17.0901kJ kg1 K 1Hi121.46kJ kg 1Si0.4226kJ kg1500 C，乏气压力为(1)汽轮机的作功量;5-16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0.004MPa，试计算进入汽轮机的蒸汽压力分别为4MPa和14MPa时,Hg 2554.4kJ kg 1 Sl 8.4746kJ kg 1Vl1.004cm3 g 11-2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，1 1S2 S17.0901kJ kg K2点干度为x,由汽液混合物的性质计算可知：xSg (1 x)SS2S2

7、SlxSgSl7.0901 0.42268.4746 0.42260.8281H2xHg (1 x)Hl2554.4 0.8281 (1 0.8281) 121.462136.18kJ kg(1)2点乏汽干度为0.8281(2)汽轮机作功量：WsH2 H13445.3 2136.181309.12kJkg 1循环的气耗率：36003600(3)SSC0/UA/h) 12. 7 5kg ( kVVWs1309.12(4)循环热效率水泵消耗的功率4 1062点汽液混合物熵值:661104.012kJ kgWp Vldp 1.004 (40.004 1060.004) 10H4 H3 Wp Hl W

8、p 121.46 4.012125.47kJ kg 1巴亠 1309.12 40120.3931Q3445.3 125.47同理可得p 14MPa1H13321.15kJ kg ，316.3877kJ kg K2 点：P20.004MPa , S2S11 16.3877kJ kg KHl121.46kJ kg 1Si0.4226kJ kg 1Hg2554.4kJ kg 1Sl 8.4746 kJ kg 1Vl 1.004cm3 g 11 点：p1 14MPa, t1 500 C1-2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 S16.3877kJ kg 1 K 12点干度

9、为X,由汽液混合物的性质计算可知：xSg (1 x)SlS2（1） 2点乏汽干度为0.7408(2 )汽轮机作功量：WS H2 H1 1923.78 3321.151397.37kJkg 1(3)循环的气耗率：SSC 360036002.58kg (kW h) 1WS1397.37（4）循环热效率水泵消耗的功率4 106S2xSi6.38770.4226vSgSi8.47460.42262点汽液混合物熵值:H2 XHg (1x)Hi2554.40.74080.7408(1 0.7408) 121.461923.78kJ kg6 6WpVidp 1.004 (14 0.004) 101014.0

10、52kJ kg60.004 10H4 H3 Wp Hl Wp 121.46 14.052 135.51 kJ kg(Ws Wp)1397.37 14.0520.4342Q3321.15 135.21(5)结果分析pMPaWs/kJ - kg-1XSSC/kg - kW1 h-1n41309.120.82812.750.3931141397.370.74082.580.4342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

11、的制冷系数计算公式（P149）:q。TlCWsTh Tl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Carnot循环的制冷系数：c Tl _Ws Th TlTlThTl253303 2535.06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 qoQ0mq35kJ1 sqmqQ0CWsmWsmWsPtmWsQ03516.92kJ s6.92kWC 5.065-27某制冷装置采用氨作制冷剂，蒸发

12、室温度为-10 C,冷凝室温度为38C，制冷量为10X105kJ 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P309氨的压焓图，由-10 C的饱和蒸汽线点 1 (0.29085MPa)查得： 比 1562kJ 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S120,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：H21840kJ kg由38C饱和蒸汽压线和饱和液相线交点确定4点，查得：H4 510kJ kg 1(1) 单位制冷量：q0比 H 4 1562 51

13、0 1052kJ kg 1Q 1106(2) 制冷剂每小时循环量：m 0950.57kg h 1q。1052(3) 单位质量制冷剂耗功量：Ws H2 H1 1840 1562 278kJ kg 173.41kW3600(4)压缩机功率：PT mWs 950.572783600（5） 制冷系数:q10523.78Ws278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:1 1H1339.4cal kg 1420.73kJ kg由过1点的等熵线与38 C饱和蒸汽压线交点确定点2，得2点（湿蒸汽）性质:H1404cal kg 1

14、 1694.4 kJkg由38 C饱和蒸汽压线与饱和液相线交点确定点4,查得:(1)1H1 87cal kg 874.186kJkg1694.4kJ kg 1单位制冷量：q0 H1H 41420.77364.181056.59kJ kg 1(2)制冷剂每小时循环量:6Q01 10 c“ jijii u 1m946.44kg hq1056.59(3)单位质量制冷剂耗功量:Ws H2 H11694.4 1420.73273.67kJ kg 1压缩机功率：Pt器汽严7195kW制冷系数：q01056.59 3.86Ws273.675 31蒸汽压缩制冷装置采用氟里昂（R 12）作制冷剂，冷凝温度 30C，蒸发温度-20 C,节流膨胀前液体制冷剂的温度为25C,蒸发器出口处蒸汽的过热温度为5C,制冷剂循环量为100kg h-1。试求：（1 ）该制冷装置的制冷能力和制冷系数；（2）在相同温度条件下逆向卡诺循环的制冷系数。解：该过程在P H图上表示如下由-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，1Hi 346.8kJ kg1-2的过程为等熵过程，由过1点的等熵线与30C的等压线