第五章能量衡算習(xí)題解答

1、5-1 壓力為，溫度為的水蒸氣通過一根內(nèi)徑為75的管子，以的速度進(jìn)入透平機(jī)。由透平機(jī)出來的乏氣用內(nèi)徑為25的管子引出，其壓力為，溫度為。假定過程無熱損失，試問透平機(jī)輸出的功率為多少？ 【解】：查593K和353K過熱水蒸氣焓值， 由 進(jìn)口截面積 、 忽略位能變化，則 5-2 有一水泵每小時(shí)從水井抽出的水并泵入儲(chǔ)水槽中，水井深，儲(chǔ)水槽的水位離地面，水泵用功率為的電機(jī)驅(qū)動(dòng)，在泵送水過程中，只耗用該電機(jī)功率的45。儲(chǔ)水槽的進(jìn)、出水位的質(zhì)量流量完全相等，水槽內(nèi)的水位維持不變，從而確保水作穩(wěn)態(tài)流動(dòng)。在冬天，井水溫度為,為防止水槽輸出管路發(fā)生凍結(jié)現(xiàn)象，在水的輸入管路上安設(shè)一臺(tái)加熱器對(duì)水進(jìn)行加熱，使水溫保持

2、在，試計(jì)算此加熱器所需凈輸入的熱量?！窘狻浚毫鲃?dòng)體系由水井、管路、泵、加熱器和儲(chǔ)水槽組成。計(jì)算基準(zhǔn)：以一小時(shí)操作記， 穩(wěn)流過程： 水熱容： 5-3 水蒸氣在透平機(jī)中等熵膨脹，其狀態(tài)由6MPa、600變?yōu)?0kPa。如果水蒸氣的質(zhì)量流量為，試計(jì)算透平機(jī)的輸出功率。【解】：水蒸氣在透平中為等熵膨脹，查水蒸氣表知6MPa、600過熱水蒸氣熵和焓值分別為： ,出口處為濕蒸汽，查10kPa的飽和水蒸氣和飽和水的熵和焓值為： ，由以上數(shù)據(jù)可確定出口處水蒸氣的干度 出口處水蒸氣的焓值為： 等熵膨脹為絕熱可逆過程，忽略動(dòng)、位能變化，由能量平衡方程知： 5-11 設(shè)有一股溫度為90，流量為20kg/s的熱水與另

3、一股溫度為50，流量為30kg.s-1的溫水絕熱混合。試求此過程產(chǎn)生的熵。此絕熱混合過程是否可逆？解：90 20kg.s-1 和 50 30 kg.s-1在絕熱條件下混合成溫度為T3的水，求： 混合過程：焓換算 或設(shè)水的熱容相等： 或 查附表 水 所以 5-12 140飽和水蒸氣以4 kg.s-1的流率進(jìn)入換熱器，加熱20的空氣，水蒸氣與空氣逆向流動(dòng)。如果飽和水蒸氣離開換熱器時(shí)冷凝為140的飽和水。求熱流體傳熱過程的熵產(chǎn)生量?！窘狻浚哼x擇水蒸汽未研究體系，因?yàn)槭欠€(wěn)流過程，作功為零，且忽略動(dòng)、位能變化。則能量平衡方程：簡化為： 由穩(wěn)流系統(tǒng)的熵平衡式得熵產(chǎn)生得表達(dá)式由水蒸氣表查得：140下的飽和蒸

4、汽 ，140下的飽和水 ，得：5-14 1mol理想氣體在400K由0.1013MPa經(jīng)等溫不可逆壓縮到1.013MPa，壓縮過程的熱被移到300K的貯熱器，實(shí)際壓縮功比同樣的可逆壓縮功多20，計(jì)算氣體與貯熱器的熵變及總熵變?！窘狻浚豪硐霘怏w等溫過程的可逆軸功為： 不可逆軸功為可逆軸功的1.2倍 由熱力學(xué)第一定律知： 氣體熵變 設(shè)儲(chǔ)熱器溫度不變則：總熵變 5-16 12MPa、700的水蒸氣供給一個(gè)透平機(jī)，排出的水蒸氣的壓力為0.6MPa。 （a）在透平機(jī)中進(jìn)行絕熱可逆膨脹，求過程理想功和損失功。 （b）如果等熵效率為0.88，求過程的理想功、損失功和熱力學(xué)效率。 【解】：（a）入口水蒸氣性質(zhì)

5、可由水蒸氣h-s圖查得： ， 絕熱可逆膨脹為等熵過程 出口為過熱蒸汽，由壓力和熵值由h-s圖查得出口焓值 由熱力學(xué)第一定律 理想功 絕熱可逆膨脹的損失功 （b）等熵效率為0.88時(shí)對(duì)于該絕熱過程由h-s圖查得不可逆絕熱過程的出口熵值 設(shè)環(huán)境溫度為298K， 損失功熱力學(xué)效率 5-23有一溫度為、流量為的熱水和另一股溫度為、流量為的水絕熱混合。試分別用熵分析和有效能分析計(jì)算混合過程的有效能損失。大氣溫度為。問此過程用哪個(gè)分析方法求有效能損失較簡便？為什么？解： 求得Q0 W30 H0熵分析法有效能分析法 5-24 某廠因生產(chǎn)需要，設(shè)有過熱蒸汽降溫裝置，將的熱水和、的蒸汽等壓絕熱混合。大氣溫度為。求絕熱混合過程有效能損失。 解：設(shè)：393.15K時(shí)水的下標(biāo)用a表示，573.15 K時(shí)過熱蒸汽的下標(biāo)用b表示，混合后的性質(zhì)用下標(biāo)m表示由飽和水、飽和水蒸汽表及過熱蒸汽表查得:Ha=503.71kJkg-1 Sa=7.2965 kJkg-1k-1 Hb=3059kJkg-1 Sb=7.2965kJkg-1k-1 混合過程為絕熱：則 （先判斷混合后所處狀態(tài)） （a+b）Hm=aHa+bHb由Hm的數(shù)據(jù)可知混合器中為壓力700kPa的液體水和蒸汽的混合物此時(shí)由飽和水和飽和水蒸氣查得水和蒸汽的焓、熵分