【正文】 別為670K和330K。試判斷此熱機是否合理。解：從已知的條件，我們可以計算出該熱機的效率，以及卡諾熱機的效率，然后比較兩者的大小。 熱機的效率 卡諾熱機效率 卡諾熱機是效率最高的熱機，顯然該人設計的熱機不合理。11．某動力循環(huán)的蒸汽透平機，400℃，若要求透平機產生3000kW功率，問每小時通過透平機的蒸汽流量是多少？其熱力學效率是等熵膨脹效率的多少？假設透平機的熱損失相當于軸功的5%。 解：進出透平機的蒸汽狀態(tài)見下圖所示，焓、熵值從附錄水蒸汽表中查到，按穩(wěn)流系統(tǒng)熱力學第一定律對透平機進行能量衡算，ΔH=QWs 則 蒸汽流量 按本題意，等熵膨脹的空氣應該是濕蒸汽，即為飽和蒸汽和飽和水的混合物，此時熵值，即為飽和蒸汽和飽和水的熵按比例混合，從附錄查得飽和蒸汽的熵，從飽和水性質表查得飽和液體的熵， 設空氣中氣相重量百分含量為x,則 =x+(1x)解得 x=空氣的焓值 H=xHg+（1x）Hl =+()=kg1定熵效率 12．某蒸汽動力循環(huán)操作條件如下：冷凝器出來的飽和水，蒸汽離開鍋爐時被過熱器加熱至280℃。求：(1) 上述循環(huán)的最高效率。 (2) 在鍋爐和冷凝器的壓力的飽和溫度之間運行的卡諾循環(huán)的效率，以及離開鍋爐的過熱蒸汽溫度和冷凝器飽和溫度之間運行的卡諾循環(huán)的效率。 (3) 若透平機是不可逆絕熱操作，其焓是可逆過程的80%。求此時的循環(huán)效率。解： (1) 各狀態(tài)點的熱力學性質，可由附錄水蒸汽表查得 （由于液體壓力增加其焓增加很少，可以近似） 該循環(huán)透平機進行絕熱可逆操作，增壓泵也進行絕熱可逆操作時效率最高。，查得氣相，（查飽和蒸汽性質表）液相，（查飽和水性質表內插） 氣相含量為x ，℃；，℃。卡諾循環(huán)運行在此兩溫度之間，卡諾循環(huán)效率 若卡諾循環(huán)運行在實際的二個溫度之間，其效率為(3)(H2H3)，而吸收的熱仍為，因此效率13．將典型的蒸汽壓縮制冷循環(huán)的TS圖分別在PH圖和HS圖上表示出來。解：壓縮機的可逆絕熱過程是等熵過程，節(jié)流過程?？煽醋鳛榈褥蔬^程，則循環(huán)可用如下PH和HS圖表示。14． 某蒸汽壓縮制冷循環(huán)，制冷量Q0為3104kJh1，蒸發(fā)室溫度為15℃，冷凝器用水冷卻，進口為8℃。若供給冷凝器的冷卻水量無限大時，計算制冷循環(huán)消耗的最小功為多少？如果冷凝器用室溫（25℃）空氣冷卻時，其消耗的最小功又是多少？ 解：首先需要明確的是：在所有的制冷循環(huán)中，逆卡諾循環(huán)的制冷效率最高，即功耗最小。循環(huán)效率有如下的關聯(lián)式： 按照傳熱原理，如果進出冷卻器的冷卻水量無限大，則不僅冷卻水進出口溫度接近相同，而且被冷介質的溫度也相同。因此 當冷卻水量無限大時，冷凝溫度T2=(8+273)K， 所以最少凈功 當冷凝器用空氣冷卻時，冷凝溫度近似等于室溫25℃ 最小凈功 由計算結果可見，冷卻溫度越低，消耗功越小。但是空氣冷卻所用設備簡單，如家用空調器，冰箱采用散熱片空氣冷卻，不過它們的能耗要比水冷卻高許多。15． 實際蒸汽壓縮制冷裝置中的膨脹過程，為何采用節(jié)流閥而不用膨脹機？如果用膨脹機，請在T—S圖上標出哪些面積代表膨脹機回收的功？ 解：制冷裝置的膨脹過程，采用節(jié)流元件（如閥、孔板等）主要考慮到節(jié)流設備簡單，裝置緊湊。對于中小型設備而言，這個膨脹功是不值得回收的，功量不大，但是設備投資要增加許多。因此，大多不采用膨脹機。 在下面的T—S圖上，節(jié)流元件膨脹過程如3→4，是等焓過程，而膨脹機膨脹過程如3→4162。，是等熵過程。膨脹機回收的功量如陰影部分積分。16．某壓縮制冷裝置，用氨作為制冷劑，氨在蒸發(fā)器中的溫度為25℃，假定氨進入壓縮機時為飽和蒸汽，而離開冷凝器時為飽和液體，105 kJh1。求：（1）所需的氨流率； （2）制冷系數。解：通過NH3的PH圖可查到各狀態(tài)點焓值。按照題意，氨進入壓縮機為飽和狀態(tài)1，離開冷凝器為飽和狀態(tài)3。氨在蒸發(fā)器中的過程即4→1 H1=1430KJkg1 H2=1710KJkg1 氨在冷凝器中的過程即2→3，H3=H4=320KJkg1氨流率 制冷系數 注：求解此類題目：關鍵在于首先確定各過程狀態(tài)點的位置，然后在PH圖或T—S圖上查到相應的焓（或溫度、壓力）值，進行計算。17．有一氨壓縮制冷機組，104KJh1，在下列條件工作：蒸發(fā)溫度為25℃，進入壓縮機的是干飽和蒸汽，冷凝溫度為20℃，冷凝過冷5℃。試計算： （1）單位重量制冷劑的制冷能力； （2）每小時制冷劑循環(huán)量； （3）冷凝器中制冷劑放出熱量； （4）壓縮機的理論功率； （5）理論制冷系數。解：首先在P—H圖（或T—S圖）上按照已知條件定出各狀態(tài)點。查得 H1=1430KJkg1 H2=1680KJkg1 冷凝出來的過冷液體（過冷度為5℃）狀態(tài)3162。的決定：假設壓力對液體的焓值幾乎沒有影響，從狀態(tài)3沿著飽和液體線向下過冷5℃，找到3162。162。，用此點的焓值近似代替3162。的焓值，由于過冷度是有限的，實際上3162。和3162。162。很接近，不會造成太大的偏差。3162。162?！?仍為等焓膨脹過程， H3`=H4=270kJkg1 制冷能力 q0=H1H4=1430270=1160KJkg1 制冷劑循環(huán)量 冷凝過程即2→3162。，放出熱量Q=（H3H2）G=(2701690)=48645KJh1壓縮機功率 制冷系數 18．，溫度為50℃，試求經膨脹后氨的溫度為多少？ （1）絕熱節(jié)流膨脹； （2）可逆絕熱膨脹。解：（1）絕熱節(jié)流膨脹過程是等焓過程，℃。 （2）可逆絕熱膨脹過程是等熵過程，同樣沿著等熵線可找到終態(tài)2162。，溫度為33℃?？諝獬鯗貫?7℃，節(jié)流膨脹前壓力P2為10MPa，h1（按標準狀態(tài)計）。求： （1）理想操作條件下空氣液化率和每小時液化量； （2）若換熱器熱端溫差為10℃，kg1，向對液化量的影響如何？ kJkg1K1。 解： 簡單的林德循環(huán)T—S圖如上表示：對于空氣從T—S圖上可查得各狀態(tài)點的焓值狀態(tài)點性狀T／KP／MPa H／KJkg11過熱蒸汽2904602過熱蒸汽290104350飽和液體42（1） 理論液化量 （kg液體／kg空氣）空氣流量液化量：（2）外界熱量傳入造成冷量損失Q冷損， Q冷損=kg1 換熱器熱端溫差造成熱交換損失Q溫損， Q溫損=CpΔT=10=10KJkg1 實際液化量 實際液化量：。設環(huán)境溫度為298K，壓縮機功耗為630kJh1。試計算各狀態(tài)點的有效能，并分析能量的消耗情況。序號TKPMPamkgh1HkJkg1SkJkg1K1BkJkg10298101298201217420138614865866295062354解：由各狀態(tài)點的溫度和壓力在空氣的T—S圖上可查得焓和熵值。質量變化m可由焓平衡計算出來。有效能根據如下方程計算，這里設環(huán)境溫度為298K，空氣的有效能為另。 計算結果列于上表中右欄。 液化空氣的有效能為 B4==h1 損耗功 WL==h1 有效能效率 可見，熱力學效率很低。 各單元設備的損耗功可由有效能衡算得到。 0→1壓縮機：630m1B1=6301=h1 2→3節(jié)流閥：m2(B2B3)=1()=h1 1→2，5→6換熱器：m1(B1B2)+m5(B5B6)=1() +()=h1 未液化空氣帶走：m6B6==h1 合計 h1 注：計算略有誤差。 可見，主要損耗在于壓縮、節(jié)流和換熱的不可逆性。45