【正文】 可見，主要損耗在于壓縮、節(jié)流和換熱的不可逆性。h1 合計(jì) h1 1→2，5→6換熱器：m1(B1B2)+m5(B5B6)=1() +()= 0→1壓縮機(jī)：630m1B1=6301=h1 有效能效率 可見，熱力學(xué)效率很低。 液化空氣的有效能為 B4==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。kg10298101298201217420138614865866295062354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。kg1h1HkJ試計(jì)算各狀態(tài)點(diǎn)的有效能，并分析能量的消耗情況。設(shè)環(huán)境溫度為298K，壓縮機(jī)功耗為630kJkg1 換熱器熱端溫差造成熱交換損失Q溫?fù)p， Q溫?fù)p=CpΔT=10=10KJ 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(diǎn)的焓值狀態(tài)點(diǎn)性狀T／KP／MPa H／KJkg1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℃，空氣初溫為17℃，節(jié)流膨脹前壓力P2為10MPa，溫度為33℃。解：（1）絕熱節(jié)流膨脹過程是等焓過程，℃。放出熱量Q=（H3H2）G=(2701690)=48645KJkg1 制冷能力 q0=H1H4=1430270=1160KJ162。很接近，不會造成太大的偏差。和3162。用此點(diǎn)的焓值近似代替3162。的決定：假設(shè)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。kg1 H2=1680KJ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)。h1，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℃。kg1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。kg1 H2=1710KJ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。求：（1）所需的氨流率； （2）制冷系數(shù)。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)時為飽和蒸汽，而離開冷凝器時為飽和液體，105 kJ是等熵過程。因此，大多不采用膨脹機(jī)。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?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)備簡單，裝置緊湊。因此 當(dāng)冷卻水量無限大時，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，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。若供給冷凝器的冷卻水量無限大時，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，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。14． 某蒸汽壓縮制冷循環(huán)，制冷量Q0為3104kJ卡諾循環(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： (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)行絕熱可逆操作時效率最高。 (3) 若透平機(jī)是不可逆絕熱操作，其焓是可逆過程的80%。求：(1) 上述循環(huán)的最高效率。 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 =+()= 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。試判斷此熱機(jī)是否合理。h1，可以產(chǎn)生的輸出功率為170kW。10．某人稱其設(shè)計(jì)了一臺熱機(jī)，該熱機(jī)消耗熱值為42000kJ9．在25℃時，某氣體的PVT可表達(dá)為PV=RT+104P，在25℃，30MPa時將該氣體進(jìn)行節(jié)流膨脹，向膨脹后氣體的溫度上升還是下降？解；判斷節(jié)流膨脹的溫度變化，依據(jù)JouleThomson效應(yīng)系數(shù)μJ。多變指數(shù)k 可導(dǎo)出理想氣體絕熱可逆過程的軸功式壓縮時溫度變化關(guān)系式為： 即為224℃，可見出口溫度太高，需要在壓縮機(jī)的出口裝上冷卻器，通常在壓縮機(jī)出口有一緩沖罐，在此對空氣進(jìn)行冷卻降溫。h1，進(jìn)氣初態(tài)為25℃，假設(shè)壓縮過程可近似為絕熱可逆壓縮，試求壓縮機(jī)出口空氣溫度，以及消耗功率為多少？ 解：對絕熱過程 ΔH=Ws 初、終態(tài)的焓值可以查空氣的有關(guān)圖表得到，也可以從氣體的PVT關(guān)系式求得。100℃的飽和水蒸汽，若取298K，液態(tài)水為基準(zhǔn)態(tài)，其有效能 熱能的有效能為： ，顯然這一說法是不可行的，實(shí)際過程中熱損耗是不可避免的，二者之間的差距更大。請驗(yàn)證其可靠性。 解：若假設(shè)空氣為理想氣體，則壓力對焓變化無影響，壓力對熵變化為 則有效能變化 ℃的飽和水蒸汽，提供140℃的熱能，且每公斤水蒸汽可供熱量1800kJ實(shí)際使用中，當(dāng)然高壓蒸汽的使用價值高，相對稱為高品質(zhì)能量。K1B,kJkg1S,kJ 根據(jù)有效能計(jì)算式： 計(jì)算結(jié)果見下表所列。 ，160℃，過熱蒸汽； ， 160℃，過熱蒸汽； ，100℃，過冷蒸汽； 100℃，飽和蒸汽； ，100℃，飽和水； ，0℃，冰。5. 試比較如下幾種水蒸汽，水和冰的有效能大小。K1 穩(wěn)流系統(tǒng) ΔH=Q—WS 可逆過程 WS=Qrev—ΔH 其中可逆熱Qrev=TΔS=T（S2—S1）=300（87—126）=11700 kJkmol1 S2=87 kJkmol1解：由空氣的T—S圖可查得，在300K下，各壓力狀態(tài)下的焓值和熵值如下： ，H1=13577 kJK1 （1）等壓加熱熱量 有效能變化 （2）等壓冷卻熱量 有效能變化 4. 試求1kmol，300K的空氣。mol1 S3=77 Jmol1K1 30℃（303K），H2=13660 Jmol1 S1=104 J（1）等壓下由38℃加熱至30℃；（2）等壓下由30℃冷卻至170℃。2．用液體輸送泵，將溫度為25℃的水，進(jìn)入鍋爐去產(chǎn)生蒸汽，假設(shè)加壓過程是絕熱的，求需要的功為多少？ 解：按題意，穩(wěn)流過程中Q=0，忽略動能和勢能的影響，ΔH=Ws 由熱力學(xué)基本關(guān)系式可知，dH=TdS+VdP對絕熱可逆過程，即等熵過程，dS=0 ，水可近似為不可壓縮液體，實(shí)際功率 3. 試求將1kg，按如下條件變化時的熱量變化，以及有效能變化。 冷水管徑 按照管道規(guī)格尺寸，選取DN50的冷水管道。 熱水流量為 則 解得 查閱“化工工藝設(shè)計(jì)手冊”，可知：，低壓蒸汽流速為20m/s左右。kg1熱水的熱力學(xué)