化工熱力學答案-馮新 第六章 第七章

1、 第六章思考題：6-1 空氣被壓縮機絕熱壓縮后溫度是否上升，為什么？6-2 為什么節(jié)流裝置通常用于制冷和空調場合？6-3 請指出下列說法的不妥之處： 不可逆過程中系統(tǒng)的熵只能增大不能減少。 系統(tǒng)經歷一個不可逆循環(huán)后，系統(tǒng)的熵值必定增大。 在相同的始末態(tài)之間經歷不可逆過程的熵變必定大于可逆過程的熵變。 如果始末態(tài)的熵值相等，則必定是絕熱過程；如果熵值增加，則必定是吸熱過程。6-4 某封閉體系經歷一可逆過程。體系所做的功和排出的熱量分別為和。試問體系的熵變：（a）是正？（b）是負？（c）可正可負？6-5 某封閉體系經歷一不可逆過程。體系所做的功為，排出的熱量為。試問體系的熵變：（a）是正？（b）是

2、負？（c）可正可負？6-6 某流體在穩(wěn)流裝置內經歷一不可逆過程。加給裝置的功為，從裝置帶走的熱（即流體吸熱）是。試問流體的熵變：（a）是正？（b）是負？（c）可正可負？6-7 某流體在穩(wěn)流裝置內經歷一個不可逆絕熱過程，加給裝置的功是24kJ，從裝置帶走的熱量（即流體吸熱）是10kJ。試問流體的熵變：（a）是正？（b）是負？（c）可正可負？6-8 熱力學第二定律的各種表述都是等效的，試證明：違反了克勞休斯說法，則必定違反開爾文說法。 6-9 理想功和可逆功有什么區(qū)別？6-10 對沒有熵產生的過程，其有效能損失是否必定為零？6-11 總結典型化工過程熱力學分析。習題6-1 壓力為，溫度為的水蒸氣通

3、過一根內徑為75的管子，以的速度進入透平機。由透平機出來的乏氣用內徑為25的管子引出，其壓力為，溫度為。假定過程無熱損失，試問透平機輸出的功率為多少？ 【解】：查593K和353K過熱水蒸氣焓值， 由 進口截面積 、 忽略位能變化，則 6-2 有一水泵每小時從水井抽出的水并泵入儲水槽中，水井深，儲水槽的水位離地面，水泵用功率為的電機驅動，在泵送水過程中，只耗用該電機功率的45。儲水槽的進、出水位的質量流量完全相等，水槽內的水位維持不變，從而確保水作穩(wěn)態(tài)流動。在冬天，井水溫度為,為防止水槽輸出管路發(fā)生凍結現(xiàn)象，在水的輸入管路上安設一臺加熱器對水進行加熱，使水溫保持在，試計算此加熱器所需凈輸入的熱

4、量?！窘狻浚毫鲃芋w系由水井、管路、泵、加熱器和儲水槽組成。計算基準：以一小時操作記， 穩(wěn)流過程： 水熱容： 6-3 水蒸氣在透平機中等熵膨脹，其狀態(tài)由6MPa、600變?yōu)?0kPa。如果水蒸氣的質量流量為，試計算透平機的輸出功率?！窘狻浚核魵庠谕钙街袨榈褥嘏蛎?，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、位能變化，由能量平衡方程知： 6-4 某特定工藝過程每小時需要0.138MPa，品質（干度）不低于0.96、過熱度不大于

5、7的蒸汽450kg?，F(xiàn)有的蒸汽壓力為1.794MPa、溫度為260。（a）為充分利用現(xiàn)有蒸汽，先用現(xiàn)有蒸汽驅動一蒸汽透平，而后將其乏汽用于上述特定工藝工程。已知透平機的熱損失為5272 kJh-1，蒸汽流量為450 kJh-1，試求透平機輸出的最大功率為多少KW。（b）為了在透平機停工檢修時工藝過程蒸汽不至于中斷，有人建議將現(xiàn)有蒸汽經節(jié)流閥使其降至0.138MPa，然后再經冷卻就可得到工藝過程所要求的蒸汽。試計算節(jié)流后的蒸汽需要移去的最少熱量。6-5 某理想氣體（分子量為28）在0.7MPa、1089K下，以35.4kg.h-1的質量流量進入一透平機膨脹到0.1MPa。若透平機的輸出功率為3.

6、5KW，熱損失6710 kJ.h-1。透平機進、出口連接鋼管的內徑為0.016 m，氣體的熱容為1.005kJ/（kgK），試求透平機排汽的溫度和速度?！窘狻浚阂酝钙綑C為研究對象，1kg理想氣體為計算基準，忽略動、位能變化 由理想氣體狀態(tài)方程知 對于穩(wěn)流過程因此由熱力學第一定律表達式解得： 6-6 氣體在，時穩(wěn)流經過一個節(jié)流裝置后減壓至。試求：節(jié)流后的溫度及節(jié)流過程的熵變。 解：（1）等焓過程： 氣體可看成理想氣體、所以 查附表： ：、 、 所以： 、 由普遍化第二維里系數(shù)關聯(lián) 查附表：CO2熱容估算下的值: 所以 平均溫度: 求出 重算 : 與前面一致求T2286.5K下的熱容，平均熱容 (

7、2) 求 6-7 2.5 MPa、200的乙烷氣體在透平中絕熱膨脹到0.2 MPa。試求絕熱可逆膨脹（等熵）至中壓時乙烷的溫度與膨脹過程產生的軸功。乙烷的熱力學性質可分別用下述兩種方法計算： （a）理想氣體方程； (b) 合適的普遍化方法。解：(a) 用理想氣體方程: 查附表2 : 乙烷熱容 迭代計算： 絕熱過程 ,忽略動、位能變化 (b) 用普遍化關聯(lián)乙烷: 初態(tài): 為初步求, 先假定 過程為等熵過程，同（a） 用與（a）相同的方程迭代: 重新求出 與原始估計值相近故: 6-8某化工廠轉化爐出口高溫氣體的流率為,溫度為，因工藝需要欲將其降溫到?，F(xiàn)用廢熱鍋爐機組回收其余熱。已知廢熱鍋爐進水溫度

8、為，產生、的過熱蒸汽?？梢院雎藻仩t熱損失以及高溫氣體降溫過程壓力的變化，已知高溫氣體在有關溫度范圍的平均等壓熱容為，試求：（a）每小廢熱鍋爐的產氣量;（b）蒸汽經過透平對外產功，透平輸出的功率為多少？已知乏氣為飽和蒸汽，壓力為，可以忽略透平的熱損失。解：（a）, 查h-s圖: 水 （b）蒸汽經透平對外做功乏氣 : 飽和氣: 6-9 丙烷從、被壓縮至。假定壓縮過程為絕熱可逆（等熵）壓縮，試計算丙烷所需要的壓縮功（丙烷在此狀態(tài)下不能視為理想氣體）。 解：先求丙烷: 初態(tài): 查附表丙烷: 對于等熵過程: 因為未知. 為求先假定 可用故: 6-10 某理想氣體經一節(jié)流裝置（銳孔），壓力從1.96MPa

9、絕熱膨脹至0.09807MPa。 求此過程產生的熵。此過程是否可逆？解：理想氣體的節(jié)流過程 焓不變 溫度也不變6-11 設有一股溫度為90，流量為20kg/s的熱水與另一股溫度為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 或設水的熱容相等： 或 查附表 水 所以 6-12 140飽和水蒸氣以4 kg.s-1的流率進入換熱器，加熱20的空氣，水蒸氣與空氣逆向流動。如果飽和水蒸氣離開換熱器時冷凝為140的飽和水。求熱流體傳熱過程的熵產生量?！?/p>

10、解】：選擇水蒸汽未研究體系，因為是穩(wěn)流過程，作功為零，且忽略動、位能變化。則能量平衡方程：簡化為： 由穩(wěn)流系統(tǒng)的熵平衡式得熵產生得表達式由水蒸氣表查得：140下的飽和蒸汽 ，140下的飽和水 ，得： 6-13 設有10 kg水被下述熱流體從288K加熱到333K，水的平均恒壓熱容為4.1868kJ.kg-1.K-1,試計算熱流體與被加熱的水的熵變。（a）用0.344MPa的飽和水蒸氣加熱。冷凝溫度為411.46K；（b）用0.344MPa、450的過熱蒸汽加熱。已知0.344MPa飽和蒸汽的冷凝熱為-2149.1 kJ.kg-1.K-1，411K450K水蒸氣的平均恒壓熱容為1.918 kJ.

11、kg-1.K-1。（假設兩種情況下蒸汽冷凝但不過冷）【解】：將水從288K加熱到333K所需熱量 （a）用0.344MPa的飽和水蒸氣加熱，所需蒸汽量m為：（B）用0.344MPa、450的過熱蒸汽加熱。所需蒸汽量m為：6-14 1mol理想氣體在400K由0.1013MPa經等溫不可逆壓縮到1.013MPa，壓縮過程的熱被移到300K的貯熱器，實際壓縮功比同樣的可逆壓縮功多20，計算氣體與貯熱器的熵變及總熵變。【解】：理想氣體等溫過程的可逆軸功為： 不可逆軸功為可逆軸功的1.2倍 由熱力學第一定律知： 氣體熵變 設儲熱器溫度不變則：總熵變 6-15 某蒸汽動力裝置，進入蒸汽透平的蒸汽流量為

12、，溫度為,壓力為，蒸汽經透平絕熱膨脹對外做功。產功后的乏汽分別為:的飽和蒸汽；、的蒸汽。試求此兩種情況下, 蒸汽經透平的理想功與熱力學效率.已知大氣溫度。 ，飽和蒸汽【解】： 理想功： ， 實際功： 查h-s圖： 絕熱：， 6-16 12MPa、700的水蒸氣供給一個透平機，排出的水蒸氣的壓力為0.6MPa。 （a）在透平機中進行絕熱可逆膨脹，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、損失功和熱力學效率。 【解】：（a）入口水蒸氣性質可由水蒸氣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 由熱力學第一定律 理想功 絕

13、熱可逆膨脹的損失功 （b）等熵效率為0.88時對于該絕熱過程由h-s圖查得不可逆絕熱過程的出口熵值 設環(huán)境溫度為298K， 損失功熱力學效率 6-17 以煤、空氣和水為原料制取合成甲醇的反應按下式進行 此反應在標態(tài)下進行, 反應物與產物不相混合,試求此反應過程的理想功?！窘狻? 、 不參加反應,而且不混合,故無焓變和熵變. = 6-18 某廠有輸送的管道，由于保溫不良，到使用單位時水溫已降至。試求水溫降低過程的熱損失與損耗功。大氣溫度為?！窘狻? 水的熱容不變， ，過程不做功 6-19 為遠程輸送天然氣,采用壓縮液化法。若天然氣按甲烷計算，將天然氣自、27絕熱壓縮到,并經冷凝器冷卻至27。已知

14、壓縮機實際的功耗為,冷卻水溫為27。試求冷凝器應移走的熱量，壓縮、液化過程的理想功、損耗功與熱力學效率。已知甲烷的焓和熵值如下壓力溫度（）hs0.0980727953.17.0676.66727886.24.717甲烷:. 已知: 求： 壓縮.汽化過程 解：壓縮過程: 、(損耗功:或:)6-20 1水在的壓力下，從20恒壓加熱到沸點，然后在此壓力下全部汽化。環(huán)境溫度為10。問水吸收的熱量最多有百分之幾能轉化為功？水加熱汽化過程所需要的熱由的燃燒氣供給，假定加熱過程燃燒氣溫度不變，求加熱過程的損耗功。1水. 求:【解】:下的水的沸點為.水的熱容水:水汽化:,已知.正常沸點. . . . . 6-

15、21 有一理想氣體經一銳孔從絕熱膨脹到，動能和位能的變化可忽略不計。求絕熱膨脹過程的理想功與損耗功。大氣溫度為?！窘狻浚汗?jié)流過程，以一摩爾理想氣體為計算基準 . 6-22 設在用煙道氣預熱空氣的預熱器中，通過的煙道氣和空氣的壓力均為常壓，其流量分別為45000和。煙道氣進入時的溫度為,出口溫度為。設在此溫度范圍內?？諝膺M口溫度為,設在有關溫度范圍內，。試計算此預熱器的損耗功與熱力學效率。已知大氣溫度為，預熱器完全保溫。【解】：以1小時為基準,先求空氣出口溫度,常壓下兩種氣體，因為預熱器完全保溫,故：. . .6-23設空氣的組成為79%和21%。環(huán)境狀態(tài)為、。分別求由空氣制取下列兩種產品的最小

16、功。產品是純氧和純氮；產品是98和50 %富氧空氣?！窘狻? 以為基準. ,理想氣體在恒溫下分離及混合空氣分離時得氧氣需空氣量為. 則 產品為和富氧空氣生產氧氣需空氣,所得為 ,得.為.將空氣完全分離時由純氧和純氮混合形成和兩種產品時的 6-24 乙烯氣在、下和理論上完全燃燒所需空氣的400混合。進入燃燒爐內燃燒后的煙道氣經過冷卻也在、下排出，求燃燒過程的理想功。. 空氣過量 【解】：反應物,產物均為混合物,均小于,故要對反應物和產物進行壓力校正反應物: 產物: . 也要校正查表: 反應物: 產物: 6-25 在題6-24中，若燃燒過程在絕熱條件下進行，試求燃燒過程的損耗功。已知在絕熱條件下，

17、生成物的溫度為748.5。解：上題在絕熱下進行，產物需對T，P校正，6-26 10 kg水由15加熱到60。試求：（a）加熱過程需要的熱量和理想功；（b）上述過程中的有效能和無效能。（c）若此熱量分別由0.686 5MPa和0.3432 MPa的飽和蒸汽加熱（利用相變熱），求加熱過程的有效能損失。大氣溫度為25。 解：1）（1） 加熱工段所需熱量 （2） （取環(huán)境溫度為25） 若取環(huán)境溫度為水溫15 （3） 2）所需熱量Q由0.6865MPa飽和汽的相變熱提供，求有效能損失 有效能損失即為損耗功，作有效能衡算，得與環(huán)境無熱交換，直接混合熱 15水 25 則查 0.6865MPa飽和蒸汽的參數(shù)需

18、冷凝加熱水蒸汽量：15吸收的熱應該等于蒸汽放出的熱 求60水 則：用0.3432MPa的飽和汽直接混合加熱，需蒸汽量 0.3432MPa飽和汽 若采用飽和蒸汽間接加熱0.6865MPa飽和汽、 、0.3432MPa飽和蒸汽 6-27 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算混合過程的有效能損失。大氣溫度為。問此過程用哪個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 6-28 某廠因生產需要，設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：393.15K

19、時水的下標用a表示，573.15 K時過熱蒸汽的下標用b表示，混合后的性質用下標m表示由飽和水、飽和水蒸汽表及過熱蒸汽表查得:Ha=503.71kJ·kg-1 Sa=7.2965 kJ·kg-1k-1 Hb=3059kJ·kg-1 Sb=7.2965kJ·kg-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由飽和水和飽和水蒸氣查得水和蒸汽的焓、熵分別為：Hf=697.21kJ·kg-1 Sf=1.9922 kJ·kg-1k-1 H

20、g=2763.5kJ·kg-1 Sg=6.7080kJ·kg-1k-1在水和蒸汽的混合物中，水的摩爾分數(shù)為：習 題 七 及 答 案一、問答題7-1. Rankine循環(huán)與卡諾循環(huán)有何區(qū)別與聯(lián)系? 實際動力循環(huán)為什么不采用卡諾循環(huán)?答：兩種循環(huán)都是由四步組成，二個等壓過程和二個等熵（可逆絕熱）過程完成一個循環(huán)。但卡諾循環(huán)的二個等壓過程是等溫的，全過程完全可逆；Rankine循環(huán)的二個等壓過程變溫，全過程只有二個等熵過程可逆?？ㄖZ循環(huán)中壓縮機壓縮的是濕蒸汽，因氣蝕損壞壓縮機；且絕熱可逆過程難于實現(xiàn)。因此，實際動力循環(huán)不采用卡諾循環(huán)。7-2. Rankine循環(huán)的缺點是什么? 如

21、何對其進行改進?答：Rankine循環(huán)的吸熱溫度比高溫燃氣溫度低很多，熱效率低下，傳熱損失極大?？赏ㄟ^：提高蒸汽的平均吸熱溫度、提高蒸汽的平均壓力及降低乏汽的壓力等方法進行改進。7-3.影響循環(huán)熱效率的因素有哪些?如何分析?答：影響循環(huán)熱效率的因素有工質的溫度、壓力等。具體可利用下式分析確定哪些因素會改變，從而得到進一步工作的方案。7-4蒸汽動力循環(huán)中，若將膨脹做功后的乏氣直接送人鍋爐中使之吸熱變?yōu)樾抡羝?，從而避免在冷凝器中放熱，不是可大大提高熱效率? 這種想法對否? 為什么?答：不合理。蒸汽動力循環(huán)以水為工質，只有在高壓下才能提高水溫；乏汽的壓力過低，不能直接變成高壓蒸汽。與壓縮水相比較，

22、壓縮蒸汽消耗的工太大，不僅不會提高熱效率，反而會大大降低熱效率。7-5蒸氣壓縮制冷循環(huán)與逆向卡諾循環(huán)有何區(qū)別與聯(lián)系? 實際制冷循環(huán)為什么不采用逆向卡諾循環(huán)?答：兩種循環(huán)都是由四步組成，二個等壓過程和二個等熵（可逆絕熱）過程完成一次循環(huán)。但逆向卡諾循環(huán)的二個等壓過程是等溫的，全過程完全可逆；蒸氣壓縮制冷循環(huán)的二個等壓過程變溫，全過程只有二個等熵過程可逆。Carnot制冷循環(huán)在實際應用中是有困難的，因為在濕蒸汽區(qū)域壓縮和膨脹會在壓縮機和膨脹機汽缸中形成液滴，造成“汽蝕”現(xiàn)象，容易損壞機器；同時壓縮機汽缸里液滴的迅速蒸發(fā)會使壓縮機的容積效率降低。7-6影響制冷循環(huán)熱效率的因素有哪些?答：主要有制冷裝

23、置的制冷能力、壓縮機的功率、高溫物體及低溫物體的溫度等。7-7如果物質沒有相變的性質，能否實現(xiàn)制冷循環(huán)？動力循環(huán)又如何?答：不能實現(xiàn)。動力循環(huán)也無法實現(xiàn)。7-8制冷循環(huán)可產生低溫，同時是否可以產生高溫呢?為什么？答：可以。制冷循環(huán)與熱泵循環(huán)在熱力學上并無區(qū)別，其工作循環(huán)都是逆向循環(huán)，區(qū)別僅在于使用目的。逆向循環(huán)具有從低溫熱源吸熱、向高溫熱源放熱的特點。當使用目的是從低溫熱源吸收熱量時，為制冷循環(huán)；當使用目的是向高溫熱源釋放熱量時，即為熱泵循環(huán)。7-9實際循環(huán)的熱效率與工質有關，這是否違反熱力學第二定律?答：不違反。7-10對動力循環(huán)來說，熱效率越高，做功越大；對制冷循環(huán)來說，制冷系統(tǒng)越大，耗功

24、越少。這種說法對嗎?答：不正確。就動力循環(huán)來說，熱效率越高，說明熱轉化為功得比例越大，而不是做功越大；對制冷循環(huán)來說，制冷系統(tǒng)越大，表明低溫下吸收的熱量與所耗功相比，所占的比例越高。7-11. 夏天可利用火熱的太陽來造就涼爽的工作環(huán)境嗎?答：可以。7-12. 有人說：熱泵循環(huán)與制冷循環(huán)的原理實質上是相同的，你以為如何?答：正確。制冷循環(huán)與熱泵循環(huán)的工作循環(huán)都是逆向循環(huán)，區(qū)別僅在于使用目的。當使用目的是從低溫熱源吸收熱量時，為制冷循環(huán)；當使用目的是向高溫熱源釋放熱量時，即為熱泵循環(huán)。7-13蒸汽壓縮制冷循環(huán)過程中，制冷劑蒸發(fā)吸收的熱量一定等于制冷劑冷卻和冷凝放出的熱量嗎?答：不對。蒸汽壓縮制冷循

25、環(huán)過程中，制冷劑蒸發(fā)吸收的熱量一般不等于制冷劑冷卻和冷凝放出的熱量。7-14.供熱系數(shù)與致冷效能系數(shù)的關系是：制冷系數(shù)愈大，供熱系數(shù)也愈大。是這樣嗎？能否推導？答：致冷效能系數(shù) 熱力學第一定律 供熱系數(shù) 所以制冷系數(shù)愈大，供熱系數(shù)也愈大。7-15. 有人認為，熱泵實質上是一種能源采掘機。為什么？答：由于熱泵以消耗一部分高質能(機械能、電能或高溫熱能等)為補償，通過熱力循環(huán)，把環(huán)境介質(水、空氣、土地)中貯存的低質能量加以發(fā)掘進行利用。因此，熱泵實質上是一種能源采掘機。7-16. 有人說，物質發(fā)生相變時溫度不升高就降低。你的看法？ 答：不一定。如果外壓不變，純物質發(fā)生相變時溫度不變，如1atm、

26、100的水，從液態(tài)轉為氣態(tài)或從氣態(tài)轉為液態(tài)時，溫度始終為 100。二、計算題7-17在25時，某氣體的P-V-T可表達為PV=RT+6.4×104P，在25，30MPa時將該氣體進行節(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)Joule-Thomson效應系數(shù)J，即公式（7-6）。 由熱力學基本關系式可得到： （7-6） 由P-V-T關系式可得求偏導得 ，故有可見，節(jié)流膨脹后，溫度升高。7-18 由氨的圖求1kg氨從0.828MPa(8.17atm)的飽和液體節(jié)流膨脹至0.0689 MPa（0.68atm）時，(a) 膨脹后有多少氨汽化？ (b) 膨脹后

27、溫度為多少？(c) 分離出氨蒸氣在壓縮至 =0.552 MPa =5.45 atm時， （絕熱可逆壓縮）解：由附錄8氨的T-S圖知：時 等焓膨脹至 時 （飽和液體） （飽和蒸汽） （a）求干度： 即汽化的液氨為0.211kg。（b）由附錄8得 （C）氨氣等熵壓縮至5.45atm，由附錄8得7-19.某郎肯循環(huán)以水為工質，運行于14MPa和0.007MPa之間，循環(huán)最高溫度為540，試求：（a）循環(huán)的熱效率； (b) 水泵功與透平功之比； (c) 提供1kW電的蒸汽循環(huán)量。 解：作出此動力循環(huán)的圖，見7-19題圖1。根據(jù)給定的條件，查附錄5確定1、2狀態(tài)點的參數(shù)。（a）狀態(tài)點1： ， 工質在透平

28、中等熵膨脹： 狀態(tài)點2： 7-19題圖1 。 膨脹終點： 得 透平等熵產生功：冷凝過程傳熱: 水泵的可逆軸功 ：由熱力學第一定律：鍋爐吸熱：郎肯循環(huán)凈功為透平產功與泵軸功的代數(shù)和：熱效率：（b）水泵功與透平功之比：（c）提供1kw電的循環(huán)蒸汽量：7-20.用熱效率為30%的熱機來拖動制冷系數(shù)為4的制冷機，試問制冷劑從被冷物料沒帶走1KJ熱量需要向熱機提供多少熱量？解：制冷機： 此凈功來自熱機： 7- 21.某蒸汽壓縮制冷循環(huán)用氨做工質，工作于冷凝器壓力1.2MPa和蒸發(fā)器壓力0.14MPa之間。工質進入壓縮機時為飽和蒸汽，進入節(jié)流閥時為飽和液體，壓縮機等熵效率為80%，制冷量為kJ/h。試求：

29、（a）制冷效能系數(shù)； (b) 氨的循環(huán)速率；(c) 壓縮機功率；(d) 冷凝器的放熱量；(e) 逆卡諾循環(huán)的制冷效能系數(shù)。解：此循環(huán)的圖見7-21圖1 ，工質為氨，由附錄79查出各狀態(tài)點的焓值。狀態(tài)點1：由附錄7查得蒸發(fā)壓力為0.14 MPa時，制冷劑為飽和蒸汽的焓值。 狀態(tài)點2：由冷凝壓力為1.2MPa，在附錄9氨的圖上，找出1點位置，沿等熵線與1.2MPa的等壓線的交點3，圖上直接查得 7-21題圖1 。狀態(tài)點4：從附錄7氨的飽和蒸汽壓表查得30.89時飽和液體的焓值狀態(tài)點5：45過程是等焓的節(jié)流膨脹過程，故（a）制冷系數(shù)： 求得： （b） （c） （d） （e）以冷凝器壓力1.2Mpa時

30、， 蒸發(fā)器壓力0.14Mpa時， 7-22.為使冷庫保持-20,需將419000kJ/h的熱量排向環(huán)境，若環(huán)境溫度=27，試求理想情況下每小時所消耗的最小功和排向大氣的熱量。解： 7-23. 利用熱泵從90的地熱水中把熱量傳到160的熱源中，每消耗1kW電功，熱源最多能得到多少熱量？解：依題意，供熱系數(shù) 7-24壓縮機出口氨的壓力為1.0MPa，溫度為50，若按下述不同的過程膨脹到0.1MPa，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，從P-H圖上沿著等焓線可找到終態(tài)2為0.1MPa溫度為30。 （2）可逆絕熱膨脹過

31、程是等熵過程，同樣沿著等熵線可找到終態(tài)2¢為0.1MPa時，溫度為-33。7-25. 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，冷凝器內的壓力為1180kPa，假定氨進入壓氣機時為飽和蒸氣，而離開冷凝器時是飽和液體，如果每小時的制冷量為167000kJ，求（1） 所需的氨流率；（2） 制冷系數(shù)。解：通過NH3的lnP-H圖（附錄9）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41 h1=1430KJ·kg-1 h2=1710KJ·kg-1 氨在冷凝器中的過程即23，h3=h4=320KJ

32、83;kg-1（1）氨流率 （2）制冷系數(shù) 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P-H圖或TS圖上查到相應的焓（或溫度、壓力）值，進行計算。7-26 有一制冷能力為=41800kJ/h的氨壓縮機，在下列條件下工作：蒸發(fā)溫度=15,冷凝溫度 =25，過冷溫度=20，壓縮機吸入的是干飽和蒸氣，試計算（1） 單位質量的制冷能力；（2） 每小時制冷劑循環(huán)量；（3） 在冷凝器中制冷劑放出的熱量；（4） 壓縮機的理論功率；（5） 理論制冷系數(shù)。解：狀態(tài)點1為15的干飽和蒸氣，由氨的溫熵查得h1=1664kJ/kg。由t1=15飽和汽線上該狀態(tài)點（沿等熵線垂直向上）與t=30對應的飽

33、和壓力p3=10×105Pa線相交，查得h2=1866kJ/kg。狀態(tài)點5為20的過冷液體，查20的飽和液體得h5=514.6kJ/kg。因節(jié)流前后焓值不變，則h4= h5=514.6kJ/kg7-26題圖1 。（1） 單位質量的制冷能力為q0=h1h4=1664514.6=1149.4（kJ/kg）(2) 每小時制冷劑循環(huán)量為 （3） 在冷凝器中制冷劑放出的熱量為QH = m（h5h2）= 36.37×（514.61866）=49150.42（kJ/h）（4） 壓縮機的理論功率為PT=m（h2h1）=36.37×（18661664） =7346.74（kJ/h）

34、=2.04kJ/s=2.04kW（5） 理論制冷系數(shù) 7-27.有人設計了一套裝置用來降低室溫。所用工質為水，工質噴入蒸發(fā)器內部分汽化，其余變?yōu)?的冷水，被送到使用地點，吸熱升溫后以13的溫度回到蒸發(fā)器，蒸發(fā)器中所形成的干度為98%的蒸氣被離心式壓氣機送往冷凝器中，在32的溫度下凝結為水。為使此設備每分鐘制成750kg的冷水，求（1） 蒸發(fā)器和冷凝器中的壓力；（2） 制冷量（kJ/h）；（3） 冷水循環(huán)所需的補充量；（4） 每分鐘進入壓氣機的蒸氣體積。解：（1） 從飽和水和飽和蒸氣表(附錄5)查得：蒸發(fā)器內5水的飽和蒸氣壓p1=0.00872×105Pa，冷凝器的溫度為32水的飽和壓

35、力p2=0.0468×105Pa （2） 本裝置依靠5的冷水從室內吸熱，從而升溫至13來降低室溫，故本裝置的制冷量為 Q0=m2（h5h6）=m2CP（T5T6） =750×4.184×（135） =25104（kJ/min）=1506240kJ/h（3） 對蒸發(fā)器作質量衡算m1=m3m2 （1）對蒸發(fā)器再作能量衡算m1h5=m3h1m2h6 （2）聯(lián)立方程（1）和（2）求得m3，即為冷水循環(huán)所需的補充量從飽和水和飽和蒸氣表查得h1（t=5，x=0.98）=2460kJ/kg，h5（t=13的飽和水）=54.（kJ/kg）因此m3=10.48（kg/min）（4）

36、 從飽和水和飽和蒸氣表查得：5時的飽和蒸氣比容g=147.12m3/kg；5時飽和水的比容f=0.001m3/kg，則干度為0.98的蒸氣比容 =gxf（1x）=147.12×0.980.001×（10.98）=144.18（m3/kg）最后得到每分鐘進入壓氣機的蒸氣體積為 V=m3=10.48×144.18=1511（m3/min）7-28.熱泵是一個逆向運轉的熱機，可用來作為空氣調節(jié)器，進行制冷或制熱。設冬季運行時的室外溫度（平均）為4，冷凝器（用于制熱）平均溫度為50。設夏季運行時的室外溫度（平均）為35，蒸發(fā)器（用于制冷）平均溫度為4，若要求制熱（制冷）量

37、為105kJ·h-1，試求空調運行時最小理論功率各為多少？ 解：最小理論功率即為卡諾循環(huán)（或逆卡諾循環(huán)）的功率。 冬季空調運行時，產生的熱量即工質從冷凝器放出的熱量，理想的放熱溫度即為50。依公式（7-37），有夏季空調運行時，產生的冷量即工質從蒸發(fā)器吸收的熱量，理想的吸熱溫度即為4。依公式（7-28），有7-29冬天室內取暖用熱泵。將R-134a蒸汽壓縮制冷機改為熱泵，此時蒸發(fā)器在室外，冷凝器在室內。制冷機工作時可從室外大氣環(huán)境中吸收熱量，R -134a蒸汽經壓縮后在冷凝器中凝結為液體放出熱量，供室內取暖。設蒸發(fā)器中R-134a的溫度為-10，冷凝器中R-134a蒸氣的冷凝溫度為30，試求：（1）熱泵的供熱系數(shù)；（2）室內供熱100 000 kJ&#