【正文】 別為670K和330K。試判斷此熱機(jī)是否合理。解：從已知的條件，我們可以計(jì)算出該熱機(jī)的效率，以及卡諾熱機(jī)的效率，然后比較兩者的大小。 熱機(jī)的效率 卡諾熱機(jī)效率 卡諾熱機(jī)是效率最高的熱機(jī)，顯然該人設(shè)計(jì)的熱機(jī)不合理。11．某動(dòng)力循環(huán)的蒸汽透平機(jī)，400℃，若要求透平機(jī)產(chǎn)生3000kW功率，問每小時(shí)通過透平機(jī)的蒸汽流量是多少？其熱力學(xué)效率是等熵膨脹效率的多少？假設(shè)透平機(jī)的熱損失相當(dāng)于軸功的5%。 解：進(jìn)出透平機(jī)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(xué)第一定律對(duì)透平機(jī)進(jìn)行能量衡算，ΔH=QWs 則 蒸汽流量 按本題意，等熵膨脹的空氣應(yīng)該是濕蒸汽，即為飽和蒸汽和飽和水的混合物，此時(shí)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(zhì)表查得飽和液體的熵， 設(shè)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(dòng)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(shí)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(yùn)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(yùn)行的卡諾循環(huán)的效率。 (3) 若透平機(jī)是不可逆絕熱操作，其焓是可逆過程的80%。求此時(shí)的循環(huán)效率。解： (1) 各狀態(tài)點(diǎn)的熱力學(xué)性質(zhì)，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(jī)進(jìn)行絕熱可逆操作，增壓泵也進(jìn)行絕熱可逆操作時(shí)效率最高。，查得氣相，（查飽和蒸汽性質(zhì)表）液相，（查飽和水性質(zhì)表內(nèi)插） 氣相含量為x ，℃；，℃?？ㄖZ循環(huán)運(yùn)行在此兩溫度之間，卡諾循環(huán)效率 若卡諾循環(huán)運(yùn)行在實(shí)際的二個(gè)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(jī)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(jìn)口為8℃。若供給冷凝器的冷卻水量無限大時(shí)，計(jì)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(shí)，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(guān)聯(lián)式： 按照傳熱原理，如果進(jìn)出冷卻器的冷卻水量無限大，則不僅冷卻水進(jìn)出口溫度接近相同，而且被冷介質(zhì)的溫度也相同。因此 當(dāng)冷卻水量無限大時(shí)，冷凝溫度T2=(8+273)K， 所以最少凈功 當(dāng)冷凝器用空氣冷卻時(shí)，冷凝溫度近似等于室溫25℃ 最小凈功 由計(jì)算結(jié)果可見，冷卻溫度越低，消耗功越小。但是空氣冷卻所用設(shè)備簡(jiǎn)單，如家用空調(diào)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(shí)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(jī)？如果用膨脹機(jī)，請(qǐng)?jiān)赥—S圖上標(biāo)出哪些面積代表膨脹機(jī)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(shè)備簡(jiǎn)單，裝置緊湊。對(duì)于中小型設(shè)備而言，這個(gè)膨脹功是不值得回收的，功量不大，但是設(shè)備投資要增加許多。因此，大多不采用膨脹機(jī)。 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(jī)膨脹過程如3→4162。，是等熵過程。膨脹機(jī)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(jìn)入壓縮機(jī)時(shí)為飽和蒸汽，而離開冷凝器時(shí)為飽和液體，105 kJh1。求：（1）所需的氨流率； （2）制冷系數(shù)。解：通過NH3的PH圖可查到各狀態(tài)點(diǎn)焓值。按照題意，氨進(jìn)入壓縮機(jī)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(shù) 注：求解此類題目：關(guān)鍵在于首先確定各過程狀態(tài)點(diǎn)的位置，然后在PH圖或T—S圖上查到相應(yīng)的焓（或溫度、壓力）值，進(jìn)行計(jì)算。17．有一氨壓縮制冷機(jī)組，104KJh1，在下列條件工作：蒸發(fā)溫度為25℃，進(jìn)入壓縮機(jī)的是干飽和蒸汽，冷凝溫度為20℃，冷凝過冷5℃。試計(jì)算： （1）單位重量制冷劑的制冷能力； （2）每小時(shí)制冷劑循環(huán)量； （3）冷凝器中制冷劑放出熱量； （4）壓縮機(jī)的理論功率； （5）理論制冷系數(shù)。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(diǎn)。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(shè)壓力對(duì)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(diǎn)的焓值近似代替3162。的焓值，由于過冷度是有限的，實(shí)際上3162。和3162。162。很接近，不會(huì)造成太大的偏差。3162。162。→4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(jī)功率 制冷系數(shù) 18．，溫度為50℃，試求經(jīng)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℃。空氣初溫為17℃，節(jié)流膨脹前壓力P2為10MPa，h1（按標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)計(jì)）。求： （1）理想操作條件下空氣液化率和每小時(shí)液化量； （2）若換熱器熱端溫差為10℃，kg1，向?qū)σ夯康挠绊懭绾危?kJkg1K1。 解： 簡(jiǎn)單的林德循環(huán)T—S圖如上表示：對(duì)于空氣從T—S圖上可查得各狀態(tài)點(diǎn)的焓值狀態(tài)點(diǎn)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?fù)p， Q溫?fù)p=CpΔT=10=10KJkg1 實(shí)際液化量 實(shí)際液化量：。設(shè)環(huán)境溫度為298K，壓縮機(jī)功耗為630kJh1。試計(jì)算各狀態(tài)點(diǎn)的有效能，并分析能量的消耗情況。序號(hào)TKPMPamkgh1HkJkg1SkJkg1K1BkJkg10298101298201217420138614865866295062354解：由各狀態(tài)點(diǎn)的溫度和壓力在空氣的T—S圖上可查得焓和熵值。質(zhì)量變化m可由焓平衡計(jì)算出來。有效能根據(jù)如下方程計(jì)算，這里設(shè)環(huán)境溫度為298K，空氣的有效能為另。 計(jì)算結(jié)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(xué)效率很低。 各單元設(shè)備的損耗功可由有效能衡算得到。 0→1壓縮機(jī)：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(jì) h1 注：計(jì)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。47