工程热力学思考题答案

1、第十章 蒸汽动力装置循环1、干饱和蒸汽朗肯循环（图 10-1 中循环 6-7-3-4-5-6 ）与同样初 压力下的过热蒸汽朗肯循环（图 10-1 中循环 1-2-3-4-5-6-1 ）相比 较，前者更接近卡诺循环， 但热效率却比后者低，如何解释此结果？ 答：循环 6-7-3-4-5-6 局限于饱和区， 吸热温度受到水的临界温度的 制约，其平均吸热温度较低，故其热效率较循环低。2、本世纪二三十年代，金属材料的耐热性仅达400，为使蒸汽初压提高，用再热循环很有必要。其后，耐热合金材料有进展，加之其 他一些原因，在很长一段时期内不再设计制造按再热循环工作的设 备。但近年来随着初压提高再热循环再次受到

2、注意。请分析其原因。 答：朗肯循环中提高新蒸汽压力和温度都可以提高循环的热效率， 在 本世纪二三十年代， 材料的耐热性较差， 通过提高蒸汽的温度而提高 热机的效率比较困难， 因此采用再热循环来提高蒸汽初压。 随着耐热 材料的研究通过提高蒸汽的温度而提高热机的效率就可以满足工业 要求。因此很长一段时期不再设计制造再热循环工作设备。 近年来使 用的蒸汽初压大大提高， 由于初压的提高使得乏气干度迅速降低， 引 起气轮机内部效率降低，另外还会侵蚀汽轮机叶片缩短汽轮机寿命， 所以乏气干度不宜太低，必须提高乏气干度，就要使用再热循环。3、图 10-13 所示回热系统中采用的是混合式回热器，靠蒸气与水的 混

3、合达到换热的目的。另有一种表面式换热器，如图 10-26 所示， 蒸汽在管外冷凝， 将凝结热量传给管内的水， 这种布置可减少系统中 高压水泵的数量。 试分析这种系统在热力学分析上与混合式系统有否不同？图 10-26答：回热循环的计算最重要的是计算抽气量： 对于混合式回热加热器：其热平衡方程为：1 h01' h4 h01 h0'1 可得：h0'1 h4h01 h4对于表面式换热器：热平衡方程为：假设在理想换热情况下，没有热损失。 1 ' h01 'h4 1 ' h0'1 'h0'1可得：h0'1 h4h01 h4所以

4、在理想情况下，这两种回热器没有差别4、各种实际循环的热效率无论是内燃机循环，燃气轮机循环，或是蒸汽循环都肯定地与工质性质有关，这些事实是否与卡诺定理相矛盾？ 答：不矛盾。因为卡诺定理当中的可逆循环忽略了循环当中所有的不 可逆因素， 不存在任何不可逆损失， 所以这时热能向机械能转化只由 热源的条件所决定。 而实际循环中存在各种不可逆损失， 由于工质性 质不同，不可逆因素和不可逆程度是各不相同的， 因此其热效率与工 质性质有关。5、蒸汽动力循环中， 在动力机中膨胀作功后的乏汽被排入冷凝器中， 向冷却水放出大量的热量 q2，如果将乏汽直接送入汽锅中使其再吸热 变为新蒸汽， 不是可以避免在冷凝器中放走

5、大量热量， 从而减少对新 汽的加热量 q1 大大提高热效率吗？这样想法对不对 ?为什么？ 答：这样的想法是不对的。 因为根据热力学第二定律，工质要完成一 个循环必须要在一个热源和一个冷源间进行， 如果去掉冷却水， 那么 蒸汽动力循环就只有一个热源， 而没有冷源， 这样循环装置就变成了 第二类永动机了，这样循环是无法自发进行的。6、用蒸汽作为循环工质，其吸热和放热接近定温过程，而我们又常 说以定温吸热和定温放热最为有利， 可是为什么在大多数情况下蒸汽 循环反较柴油机循环的热效率低 ?答：热效率的高低最终是取决于平均放热温度和平均吸热温度的大小 的。：柴油机的汽缸壁因为有冷却水和进入气缸的空气冷却

6、，燃烧室 和活塞都可以冷却， 其材料可以承受较高燃气温度， 燃气温度通常可 高达 1800-2300K，而蒸汽循环蒸汽过热器外面是高温燃气里面是蒸 汽，所以过热器壁面温度必定高于蒸汽温度，这与柴油机是不同的， 蒸汽循环的最高蒸汽温度很少超过 600K.。这样比较柴油机的平均吸 热温度远远大于蒸汽循环的， 因此大多数情况下， 蒸汽循环反较柴油 机循环的热效率低。7、应用热泵来供给中等温度 （例如 100上下 ） 的热量是比直接利用 高温热源的热量来得济， 因此有人设想将乏汽在冷凝器中放出热量的 一部分用热泵提高温度，用以加热低温段 （100以下 ）的锅炉给水， 这样虽然需要增添热泵设备。 但却可

7、以取消低温段的抽汽回热， 使抽 汽回热设备得以简化， 而对循环热效率也能有所补益。 这样的想法在 理论上是否正确 ?答：这种想法是不正确的。 回热循环是是通过减少了温差传热不可逆 因素，从而使热效率提高， 使该循环向卡诺循环靠近了一步。而该题 中的想法恰恰是又增加了温差传热不可逆因素。 因此对效率提高是没 有好处的。8、蒸汽动力装置中水泵进出口的压力差远大于燃气轮机压气机的压 力差，为什么蒸汽动力循环中水泵消耗的功可以忽略？ 答：因为虽然蒸汽动力装置中水泵进出口的压力差大， 但是水泵功约 只占汽轮机作功的 2%左右，在粗略计算中可以把水泵功忽略，而在 燃气轮机装置中，压气机耗功占了燃气轮机输出功的很大部分（约 60%），因此不能忽略。10、热量利用系数 说明了全部热量的利用程度，为什么又说它不能 完善地衡量循环的经济性？答：热量利用系数说明了全部热量的利用程度，但是不能完全的衡 量循环的经济性。 能量分为可用能与不可用能， 能量的品位是不同的。 在实际工