华北电力大学工程热力学考研必做题6

1、欲求W分级最小值，8w分级=0dp2W分级最小值，可证明若m级PP2 = 4P1P2分级=士 RTp 一（%）：一（匕）:乃PP 2最佳增压比分级压缩的目的：省功，降低出口温度。多级压缩可达到无穷多级，但是一方面不可能实现，另一方面结构复杂（成本高）不经济，所以，一般采用24级压缩。例：压气机若已实现等温压缩，是否还有必要进行分级压缩，中间冷却，为什么？答：需要，虽然实现等温压缩后耗功最小，但若压比过 大，门v仍很小，分级后有助于提高门v，如图。若以 p1=0.1MPa，p2=2.5MPa，b=0.04 计算V单级压缩r 1 )门=1 一。兀 n - 1I Jr )=1 - 0.04 x 25

2、1 -1 = 0.04I J兀=兀=! P = 5i h V p七=七M广1 - 0.04 x5： -1I J=0.706二级压缩例：活塞式压气机把0.1MPa，298k的空气加压到2.5MP。试分别按单级压缩和二级压缩，中间冷却，计算压气机容积效率及各缸终温。已知解：单级压缩V 。= = 0.04 n = 1.25V_ir 2 5、25=T兀 n = 298 x L25 = 567.3K = 294.3 c110.1 J门=1 一。兀 n -1 = 1 - 0.04 xi j1.25 一 1=0.525二级压缩，中间冷却若P = 0.2MPa 艮口兀=-Pa = = 2 兀= = 12.5

3、al P 0.1 h 0.2思考题11。如果多级压缩的分级越多，且每两级之间均设置中间冷却措施，则压气机消耗的轴功将 减少的越多，试问压气机消耗的轴功是否存在最小的极限值？2。如果通过各种冷却方法而使压气机的压缩过程实现为定温过程，则采用多级压缩的意 义是什么？3。试分析，在增压比相同时，采用定温压缩和采用绝热压缩的压气机的容积效率何者高?4。试说明余隙容积对实际压气机消耗的轴功是否有影响？第十章气体的动力循环思考题1总结由热机工作循环抽象为理想的热力循环的基本方法。2提高热机循环热效率的基本途径是什么？为此可采取什么基本措施？3燃气轮机装置实际循环的、n t及n c一定时，随着增压比的提高，

4、循环热效率有 一个极大值，试利用T-s图分析出现极大值的原因。4回热循环的燃气轮机装置的r及一定时，随着增压比的提高，回热循环的热效率有 一个极大值，试利用T-s图分析出现极大值的原因。5当燃气轮机装置循环采用多级压缩中间冷却及多级膨胀中间再热时，如不同时采用回热措施会出现什么情况？对热效率有什么影响？例：某燃气轮机装置定压加热循环，循环增压比n =7,增温比T =4,压气机吸入空气压力 p1=0.8MPa，t1=17 c。压气机绝热效率n cs=0.90，燃机轮机相对内效率n T=0.92，若空气 取定比热，其 cp=1.03kJ/kgK，Rg=0.287 kJ/kg-K，K =1.3863

5、。试求： 1）装置内部热效率n i，循环吸热量q1和放热量q2, 2）压气机及燃气轮机中的不可逆损失；3）装置每一循环的可用能损失。(1)p =np = 7x0.8 = 5.6MPa/ 、JK=仃T = T p七1.3868-1=290 X 7 1.3868 =498.76Kf f T TT = T + 1cs498.76 290T =t -二=290 x4 = 1160KK1KK-1K =1160 x1.386811.3868 = 674.48Kp3/、 / T = T 门 T T )= 1160 0.92xG160 674.48)= 713.32K43 T 34q = c T - T )=

6、 1.03 x(713.32 - 290)=436.02q1 = c(T T，)= 1.03xG160-521.95)=657.191 q 436.02 ” 门.=1 - = 1 657 19 = 33.65%.顶 =门.-q1 = 0.3365 x 657.19 = 221.14灯2)压气机内空气s2，-si=七+sg sf=0Tp521.95=c lnt RIn矣=1.03xIn 0.287xln7 = 0.04685 Tp1290orT s = As= As + As= c lng 121222 p T2燃气轮机内 s4 - s3 = sf +sg Sf=0=290 + 二 一 =521

7、.95K 0.903)A A T=As+ As= c In 44二 I压气机=夺 压=290 x 0.04685 = 13.58 K=1.03 x In 713.32 = 0.05767674.48I燃气机=“s 燃=290 x 0.05767 = 16.72T =41 As23c Inp657.19 T2-R In 乌P21,aT )1 - t qTI T1 /x 657.19 = 418.65=798.96K亍qT =22 As41%1 Tc In*p T1=470.33K(T :1-fq =T J2q22,a1 * 470.33 )x 436.02 = 167.18I = q - W -

8、 q = 418.65 - 221.14 -167.18 = 30.33 or I = I；+I燃=13.58 +16.72 = 30.3例：一燃气轮机装置实际循环，压气机入口空气参数为100 kPa, 22 c,出口参数为600kPa, 燃气轮机入口温度为800 c。压气机绝热效率n cs=0.85。气体绝热流经燃气轮机过程中熵 产为0.098kJ/kg.k。工质可视为理想气体，且燃气性质近似空气，K =1.4，cp=1.03kJ/kg.k，Rg=0.287 kJ/kg-k求1）循环热效率，2）若采用极限回热，解：1）=1KP21P1)=(273 + 22)x 迎10。)=492.2K求循环

9、热效率n = 土 =七T : w c T T /1-2p 21cs1.4-11.4f f T - T492.2 - 295:.T = T + _1 = 295 +21 n0.85=527.0KT4= T K-1KK-1K =(273 + 8001.4-11.4 = 641.3KAAAC A、TAs= As+ As= 0 + As= c In 40mam443-43-44-44-4p T :T = T e 1.03 = 643.1 e 1.03 = 707.29K=s = 0.098灯 / kg.K g极限回热后1 q 1 c T - T)527.0 - 295 乂心n = 1 亳=1 -p 2

10、1 = 1 = 36.6%t q1 c KT -T)1073 707.29所以，循环效率n =黑=Cp T3-勺)-。 T) 侦-T)上才=3/4尧 1侦-T )32_1073 - 707.29 - 527.0 + 2951073 - 527=24.5%第十一章蒸汽动力装置循环思考题1。若以饱和状态下的湿饱和蒸汽为工质进行一个卡诺循环，试分析对比具有相同的蒸汽初 压及乏汽压力时，卡诺循环和朗肯循环在理论热效率及实际可用性方面何者优越？2。蒸汽动力装置中，乏汽在冷凝器中向冷却水放出的热量很多。如设想直接利用压缩机把 乏汽加压后送回锅炉，这样做岂不是可节省许多燃料而提高装置的热效率了吗？试分析这种

11、 想法错在哪里？3。蒸汽动力装置再热循环选择适当的再热压力后具有比朗肯循环高的热效率，试说明其实 质所在。4。蒸汽动力装置回热循环具有比朗肯循环高的热效率，试说明其实质所在。5。蒸汽动力装置的蒸汽初温及再热终了温度两者相同且固定时，是否再热过程的压力越 高，再热循环的热效率也越高？6。试分析，回热循环中汽轮机的轴功小于朗肯循环而热效率却高于朗肯循环的原因。 朗肯循环a)流程图b)T-s及h-s图例：某朗肯循环，其新汽参数为p1=10MPa、t1=300C，h1=3430kJ/kg，乏汽压力为p2=6kPa， 乏汽焓为h2=2226kJ/kg，乏汽凝结成水后其焓为h3=150.7kJ/kg，不计

12、水泵耗功。蒸汽流量 为500t/h,煤的发热量为25000kJ/kg,锅炉效率为80%，求1。画出朗肯循环的设备简图2。在T-s图上画出此朗肯循环3。循环热效率4。机组功 率5。每天耗煤量第十二章制冷循环例：导出以空气为工质的斯特林制冷机的工作系数。广七2+ w V VW3-4 = R T In T - R T In t2g o V g2=R In之(T -T)2q = T As = TR ln 1Cc :c 34 c g v28 = -q =c = 8九To-T C第十三章湿空气分析问题：某电厂为了获得高压空气来驱动气动设备，采用如下图所示两级压缩、级间冷却方式。已知 低压缸入口空气是未饱和

13、湿空气，但是低压缸的排气经过中间冷却器后，却有液态水析出，需要加以去除，否则会影响下一级的压缩，或者影响气动机构的执行情况。试分析，经中间 冷却器后为什么会有液态水析出？中间拎却部分析问题：火电厂发电机采用氢气冷却，当氢气中含有水分时会威胁发电机的安全性。试用h-d图说明 用冷冻法去除氢气中所含水分的原理对于加热段：Q = m(h- h )或q= m(h- h)+ d(h- h) =1.005)H a 32H a a 3 a 22 v 3 v 2a kJ / kgb j g = 2501 + 1.86壮也例：图示是现今广泛使用的逆流式冷却塔示意图，高温水自 上而下，为饱和湿空气自下而上在塔内与水进行热质交换， 各截面参数如图示，求：1）列出塔的质、能守恒式；2）若t =30。,=40%/ =38。,112=98% =40。213t = 25-c.p 101325Pa/4b计算质量守怛m = m = mal a2 aG)m -m =m (d -d1314 a 21G)解：1）因为稳流，所以台匕旦女后m h +m h -m h -m h =0 TOC