工程熱力學思考題答案

1、第十章 蒸汽動力裝置循環(huán)1、干飽和蒸汽朗肯循環(huán)（圖10-1 中循環(huán) 6-7-3-4-5-6 ）與同樣初壓力下的過熱蒸汽朗肯循環(huán)（圖10-1 中循環(huán) 1-2-3-4-5-6-1 ）相比較，前者更接近卡諾循環(huán)，但熱效率卻比后者低，如何解釋此結果答： 循環(huán) 6-7-3-4-5-6 局限于飽和區(qū)，吸熱溫度受到水的臨界溫度的制約，其平均吸熱溫度較低，故其熱效率較循環(huán)低。2、本世紀二三十年代，金屬材料的耐熱性僅達400，為使蒸汽初壓提高，用再熱循環(huán)很有必要。其后，耐熱合金材料有進展，加之其他一些原因，在很長一段時期內不再設計制造按再熱循環(huán)工作的設備。但近年來隨著初壓提高再熱循環(huán)再次受到注意。請分析其原因。

2、答： 朗肯循環(huán)中提高新蒸汽壓力和溫度都可以提高循環(huán)的熱效率，在本世紀二三十年代，材料的耐熱性較差，通過提高蒸汽的溫度而提高熱機的效率比較困難，因此采用再熱循環(huán)來提高蒸汽初壓。隨著耐熱材料的研究通過提高蒸汽的溫度而提高熱機的效率就可以滿足工業(yè)要求。 因此很長一段時期不再設計制造再熱循環(huán)工作設備。近年來使用的蒸汽初壓大大提高，由于初壓的提高使得乏氣干度迅速降低，引起氣輪機內部效率降低，另外還會侵蝕汽輪機葉片縮短汽輪機壽命，所以乏氣干度不宜太低，必須提高乏氣干度，就要使用再熱循環(huán)。3、圖10-13 所示回熱系統(tǒng)中采用的是混合式回熱器，靠蒸氣與水的混合達到換熱的目的。另有一種表面式換熱器，如圖10-2

3、6 所示，蒸汽在管外冷凝，將凝結熱量傳給管內的水，這種布置可減少系統(tǒng)中高壓水泵的數(shù)量。試分析這種系統(tǒng)在熱力學分析上與混合式系統(tǒng)有否不同抽汽加熱器圖 10-26答：回熱循環(huán)的計算最重要的是計算抽氣量: 對于混合式回熱加熱器：其熱平衡方程為:1h0' h4h0 h 01O101hn' h4可得：上h01 h4對于表面式換熱器：熱平衡方程為:假設在理想換熱情況下，沒有熱損失。1h0h41'h0h。,10101可得:h0,1h4h01h4所以在理想情況下，這兩種回熱器沒有差別。4、各種實際循環(huán)的熱效率無論是內燃機循環(huán)，燃氣輪機循環(huán)，或是蒸汽循環(huán)都肯定地與工質性質有關，這些事實是

4、否與卡諾定理相矛盾 答：不矛盾。因為卡諾定理當中的可逆循環(huán)忽略了循環(huán)當中所有的不 可逆因素，不存在任何不可逆損失，所以這時熱能向機械能轉化只由熱源的條件所決定。而實際循環(huán)中存在各種不可逆損失，由于工質性質不同，不可逆因素和不可逆程度是各不相同的， 因此其熱效率與工質性質有關。5、 蒸汽動力循環(huán)中，在動力機中膨脹作功后的乏汽被排入冷凝器中，向冷卻水放出大量的熱量q2， 如果將乏汽直接送入汽鍋中使其再吸熱變?yōu)樾抡羝?，不是可以避免在冷凝器中放走大量熱量，從而減少對新汽的加熱量q1 大大提高熱效率嗎這樣想法對不對為什么答：這樣的想法是不對的。因為根據(jù)熱力學第二定律，工質要完成一個循環(huán)必須要在一個熱源和

5、一個冷源間進行，如果去掉冷卻水，那么蒸汽動力循環(huán)就只有一個熱源，而沒有冷源，這樣循環(huán)裝置就變成了第二類永動機了，這樣循環(huán)是無法自發(fā)進行的。6、用蒸汽作為循環(huán)工質，其吸熱和放熱接近定溫過程，而我們又常說以定溫吸熱和定溫放熱最為有利，可是為什么在大多數(shù)情況下蒸汽循環(huán)反較柴油機循環(huán)的熱效率低答： 熱效率的高低最終是取決于平均放熱溫度和平均吸熱溫度的大小的。 ：柴油機的汽缸壁因為有冷卻水和進入氣缸的空氣冷卻，燃燒室和活塞都可以冷卻，其材料可以承受較高燃氣溫度，燃氣溫度通?？筛哌_1800-2300K,而蒸汽循環(huán)蒸汽過熱器外面是高溫燃氣里面是蒸汽，所以過熱器壁面溫度必定高于蒸汽溫度，這與柴油機是不同的，蒸

6、汽循環(huán)的最高蒸汽溫度很少超過 600K.O這樣比較柴油機的平均吸熱溫度遠遠大于蒸汽循環(huán)的，因此大多數(shù)情況下，蒸汽循環(huán)反較柴油機循環(huán)的熱效率低。7、應用熱泵來供給中等溫度（例如100上下）的熱量是比直接利用高溫熱源的熱量來得濟，因此有人設想將乏汽在冷凝器中放出熱量的（100 以下）的鍋爐給水，這樣雖然需要增添熱泵設備。但卻可以取消低溫段的抽汽回熱，使抽汽回熱設備得以簡化，而對循環(huán)熱效率也能有所補益。這樣的想法在理論上是否正確答： 這種想法是不正確的?；責嵫h(huán)是是通過減少了溫差傳熱不可逆因素，從而使熱效率提高，使該循環(huán)向卡諾循環(huán)靠近了一步。而該題中的想法恰恰是又增加了溫差傳熱不可逆因素。因此對效率提高是沒有好處的。8、蒸汽動力裝置中水泵進出口的壓力差遠大于燃氣輪機壓氣機的壓力差，為什么蒸汽動力循環(huán)中水泵消耗的功可以忽略答： 因為雖然蒸汽動力裝置中水泵進出口的壓力差大，但是水泵功約只占汽輪機作功的2%左右，在粗略計算中可以把水泵功忽略，而在燃氣輪機裝置中，壓氣機耗功占了燃氣輪機輸出功的很大部分（約60%） ，因此不能忽略。10、熱量利用系數(shù)說明了全部熱量的利用程度，為什么又說它不能完善地衡量循環(huán)的經濟性答： ：熱量利用系數(shù)說明了全部熱量的利用程度，但是不能完全的衡量循環(huán)的經濟性。能量分為可用能與不可用能，能量的品位是不同的。在實際工程應用中用的