第六章-第七章

1、第六章思考題1. 試畫出簡單蒸汽動力裝置的系統(tǒng)圖、簡單蒸汽動力循環(huán)的p-v圖與T-s圖。2. 既然利用抽氣回?zé)峥梢蕴岣哒羝麆恿ρb置循環(huán)的熱效率，能否將全部蒸汽抽出來用于回?zé)?？為什么回?zé)崮芴岣邿嵝剩看穑翰捎没責(zé)岽胧?，雖然對每kg蒸汽來說做功量減少，但抽汽在凝結(jié)時所放出的潛熱卻全部得到的利用，進入鍋爐給水溫度提高了，使每kg工質(zhì)在鍋爐中吸收的熱量大為減少，因此，提高了循環(huán)效率。但抽汽量不是越多越好，是根據(jù)質(zhì)量守恒和能量守恒的原則確定的。3. 蒸汽動力裝置循環(huán)熱效率不高的原因是冷凝器放熱損失太大，如取消冷凝器而用壓縮機將乏氣直接升壓送回鍋爐是否可以？答：乏氣如果是水汽混合的，則不能進行壓縮。如果全

2、部是氣體進行壓縮，則體積流量太大，需要采用大尺寸的機器設(shè)備，是不利的。4. 卡諾循環(huán)優(yōu)于相同溫度范圍的其它循環(huán)，為什么蒸汽動力循環(huán)不采用卡諾循環(huán)？答：與郎肯循環(huán)相同溫限的卡諾循環(huán)，吸熱過程將在氣態(tài)下進行，事實證明氣態(tài)物質(zhì)實現(xiàn)定溫過程是十分困難的，所以過熱蒸汽卡諾循環(huán)至今沒有被采用。那么，能否利用飽和區(qū)（氣液兩相區(qū)）定溫定壓的特性形成飽和區(qū)的卡諾循環(huán)，從原理上看是可能的，但是實施起來，有兩個關(guān)鍵問題，一是，汽輪機出口位于飽和區(qū)干度不高處，濕度太大使得高速運轉(zhuǎn)的汽輪機不能安全運行，同時不可逆損失增大，其二，這樣的卡諾循環(huán)，壓縮過程將在濕蒸汽區(qū)進行，氣液混和工質(zhì)的壓縮會給泵的設(shè)計和制造帶來難以克服的

3、困難，因此迄今蒸汽動力循環(huán)未采用卡諾循環(huán)。 5. 如果柴油機在使用過程中，噴油嘴保養(yǎng)不好，致使燃油霧化不良，燃燒延遲，問此時柴油機的經(jīng)濟性如何？答：燃燒延遲，沒有充分膨脹便開始排氣，這將使熱效率顯著降低，且排氣冒黑煙，這是很不好的。6. 今有兩個內(nèi)燃機的混合加熱循環(huán)，它們的壓縮比、初態(tài)、總的加熱量相同，但兩者的定容升壓比不同，（1）請在p-v圖與T-s圖上表示出這兩個循環(huán)的相對位置；（2）利用T-s圖定性地比較這兩個循環(huán)的熱效率。7. 燃氣輪機裝置循環(huán)與內(nèi)燃機循環(huán)相比有何優(yōu)點？為什么前者的熱效率低于后者？答：燃氣輪機與內(nèi)燃機相比，沒有往復(fù)運動機構(gòu)，可以采用很高的轉(zhuǎn)速，并且可以連續(xù)進氣，因而可以

4、制成大功率的動力裝置。但要保持燃氣輪機長期安全運行，必須限制燃氣進燃氣輪機時的最高溫度，目前為700800°C，所以效率比較低。8. 試述動力循環(huán)的共同特點。答：有工質(zhì)在高溫?zé)嵩次鼰?，在低溫?zé)嵩捶艧?，并對外輸出功。?xí)題6-1 解：1點：P1=4MPa, t1=400°C查表得：h1=3215.71kJ/kg, s1=6.773kJ/(kg.K) 2點：s2=s1=6.773kJ/(kg.K), P2=4KPa 查表得：h2=2040.13kJ/kg, x =0.7893(4)點：由P3=P2=4KPa 查表得：h3=121.29kJ/kg 吸熱量：q1=h1-h3=3215

5、.71121.29=3094.42kJ/kg 凈功量：wnet=h1-h2=3215.712040.13=1175.58kJ/kg熱效率：h=37.99% 干度：x=0.7891點：由P1=4MPa, t1=550°C 查表得：h1=3558.58kJ/kg, s1=7.233kJ/(kg.K) 2點：由s2=s1=7.233kJ/(kg.K), P2=4kPa 查表得：h2=2179.11kJ/kg, x=0.846 3(4)點：由P3=4kPa, 查表得: h3=121.29kJ/kg 吸熱量：q1=h1h3=3558.58121.29=3437.29kJ/kg 凈功量：wnet

6、=h1h2=3558.58-2179.11=1379.47kJ/kg 熱效率：h=40.13%干度：x=0.846 6-2 解： 1點：由P1=13MPa, t1=535°C 得：h1=3430.18kJ/kg, s1=6.559kJ/(kg.K)5點：由s5=s1=6.559kJ/(kg.K), 得：P5=1.082MPa ，h5=2779.07kJ/kg點：由 得：2點：由 ， P2=7KPa 得：h2=2430.67kJ/kg，x2=0.9413(4)點：由P3=P2 得：h3=163.38kJ/kg 吸熱量：凈功量：熱效率： 6-3 解： 1點：由P1=6MPa, t1=56

7、0°C 得：h1=3562.68kJ/kg, s1=7.057kJ/(kg.K)2點：由s2=s1, P2=6kPa 得：h2=2173.35kJ/kg, x=0.83693(4)點：由P3=P2 得：h3=151.5kJ/kg 吸熱量：q1=h1h3=3562.68151.5=3411.18kJ/kg凈功量：wnet=h1-h2=3562.68-2173.35=1389.33kJ/kg熱效率：6-4 解： 1點：由P1=10MPa, t1=400°C 得：h1=3099.93kJ/kg, s1=6.218kJ/(kg.K)a點：由sa=s1, Pa=2MPa 得：ha=2

8、739.62kJ/kg2點：由s2=sa,P2=0.05MPa 得：h2=2157.95kJ/kg, x=0.7883(4)點：由P3=P2 得：h3=340.58kJ/kg 5(6)點：由P5=Pa 得：h5=908.57kJ/kg 抽汽量： 熱效率： 軸功：ws=(h1-h5) h=(3099.93-908.57) 0.3671=804.45kJ/kg6-5 解：（1）循環(huán)熱效率為：（2）1到2為可逆絕熱過程，所以有：2到3為定容吸熱過程，所以有：3到5為可逆絕熱過程，又因為： 所以有：放熱過程為定壓過程，所以循環(huán)的放熱量為： 所以循環(huán)的熱效率為：之所以不采用此循環(huán)，是因為實現(xiàn)氣體定容放熱

9、過程較難。6-6 解: (1)k=1.4循環(huán)熱效率為：壓縮過程為可逆絕熱過程，所以有：(2)k=1.3 循環(huán)熱效率為：壓縮過程為可逆絕熱過程，所以有： 6-7 解: 循環(huán)熱效率為：每kg空氣對外所作的功為：所以輸出功率為：6-8 解:1到2為可逆絕熱過程，所以有：2到3為定容過程，所以有：所以定容增壓比為：3到4為定壓過程，所以有：所以預(yù)脹比為：所以循環(huán)熱效率為： 所以循環(huán)的凈功為： 6-9 解：首先求出壓縮比、定容增壓比和預(yù)脹比： 1到2為絕熱壓縮過程，所以有： 2到3為定容加熱過程，所以有： 5到1為定容過程，所以有： 3到4為定壓過程，所以有： 所以循環(huán)熱效率為：相同溫度范圍卡諾循環(huán)的熱

10、效率為： 6-10 解:(1) l=1.5由1到2的壓縮過程可看作可逆絕熱壓縮過程，所以有：由2到3的過程為定容加熱過程，所以：由于循環(huán)的加熱量已知，所以有：由3到4為定壓過程，所以有：所以預(yù)脹比為：所以熱效率為： (2) l=1.75由1到2的壓縮過程可看作可逆絕熱壓縮過程，所以有：由2到3的過程為定容加熱過程，所以：由于循環(huán)的加熱量已知，所以有：由3到4為定壓過程，所以有：所以預(yù)脹比為：所以熱效率為： (3) l=2.25由1到2的壓縮過程可看作可逆絕熱壓縮過程，所以有：由2到3的過程為定容加熱過程，所以：由于循環(huán)的加熱量已知，所以有：由3到4為定壓過程，所以有：所以預(yù)脹比為：所以熱效率為

11、：6-11 解:壓縮過程可看作可逆絕熱壓縮過程，所以有：6-12 解: 根據(jù)理想絕熱過程得過程方程，可得： 所以壓氣機所耗軸功： 燃氣輪機所作軸功： 輸出凈功： 熱效率：6-13 解: 根據(jù)理想絕熱過程得過程方程，可得： 所以有： 熱效率為： 第七章思考題1. 什么情況下必須采用多級壓縮？多級活塞式壓縮機為什么必須采用級間冷卻？答：為進一步提高終壓和限制終溫,必須采用多級壓縮。和絕熱壓縮及多變壓縮相比，定溫壓縮過程，壓氣機的耗功最小，壓縮終了的氣體溫度最低，所以趨近定溫壓縮是改善壓縮過程的主要方向，而采用分級壓縮、中間冷卻是其中一種有效的措施。采用此方法，同樣的壓縮比，耗功量比單級壓縮少，且壓

12、縮終溫低，溫度過高會使氣缸里面的潤滑油升溫過高而碳化變質(zhì)。理論上，分級越多，就越趨向于定溫壓縮，但是無限分級會使系統(tǒng)太復(fù)雜，實際上通常采用24級。同時至于使氣缸里面的潤滑油升溫過高而碳化變質(zhì),必須采用級間冷卻。2. 從示功圖上看，單純的定溫壓縮過程比多變或絕熱壓縮過程要多消耗功，為什么還說壓氣機采用定溫壓縮最省功？答：這里說的功是技術(shù)功，而不是體積功，因為壓縮過程是可看作穩(wěn)定流動過程，不是閉口系統(tǒng)，在p-v圖上要看吸氣、壓縮和排氣過程和p軸圍成的面積，不是和v軸圍成的面積。3. 既然余隙不增加壓氣機的耗功量，為什么還要設(shè)法減小它呢？答：有余隙容積時，雖然理論壓氣功不變，但是進氣量減少，氣缸容積

13、不能充分利用，當(dāng)壓縮同量的氣體時，必須采用氣缸較大的機器，而且這一有害的余隙影響還隨著增壓比的增大而增加，所以應(yīng)該盡量減小余隙容積。4. 空氣壓縮制冷循環(huán)能否用節(jié)流閥代替膨脹機，為什么？答：蒸汽制冷循環(huán)所以采用節(jié)流閥代替膨脹機，是因為液體的膨脹功很小，也就是說液體的節(jié)流損失是很小的，而采用節(jié)流閥代替膨脹機，成本節(jié)省很多，但是對于空氣來說，膨脹功比液體大的多，同時用節(jié)流閥使空氣的熵值增加很大，從T-s圖上可以看出，這樣使吸熱量減少，制冷系數(shù)減少。 5. 絕熱節(jié)流過程有什么特點？答：縮口附近流動情況復(fù)雜且不穩(wěn)定，但在縮口前后一定距離的截面處，流體的流態(tài)保持不變，兩個截面的焓相等。對于理想氣體，絕熱

14、節(jié)流前后溫度不變。6. 如圖7-15(b)所示，若蒸汽壓縮制冷循環(huán)按 運行，循環(huán)耗功量沒有變化，仍為h2-h1，而制冷量則由h1-h4增大為h1-h5,這顯然是有利的，但為什么沒有被采用？答：如果按運行，很難控制工質(zhì)狀態(tài)，因此采用節(jié)流閥，經(jīng)濟實用。7. 熱泵與制冷裝置有何區(qū)別？答：熱泵和制冷裝置都是從低溫?zé)嵩次鼰幔蚋邷責(zé)嵩捶艧?。但熱泵為供熱，而制冷裝置是為制冷。8. 使用制冷裝置可以獲得低溫，有人試圖以制冷裝置得到的低溫物質(zhì)作為熱機循環(huán)中的低溫?zé)嵩矗_到擴大溫差，提高熱機循環(huán)熱效率的目的，這種做法是否有利？答：沒有利處。這是因為在這種情況之下，總的循環(huán)熱效率是由熱機循環(huán)效率和制冷裝置效率相乘

15、得到的，雖然熱機效率增加，但總的循環(huán)效率是降低的。9. 在圖7-15(b)中，有人企圖不用冷凝器，而使?fàn)顟B(tài)2的工質(zhì)直接進行絕熱膨脹降溫，然后去冷庫吸熱制冷，這是否可行？為什么？答：不可行，直接進行絕熱膨脹降溫，如果是定熵過程，那么回到了初態(tài)，當(dāng)然不可能去冷庫吸熱制冷了。習(xí)題7-1 解：(1)絕熱壓縮： (2)定溫壓縮：(3)多變壓縮：7-2 解：(1) 絕熱壓縮：(2) 等溫壓縮： (3)多變壓縮： 7-3 解：首先求多變指數(shù) 每秒鐘帶走的熱量=7-4 解：如果采用一級壓縮，則壓氣機的排氣溫度為：所以必須采用多級壓縮，中間冷卻的方法。如果采用二級壓縮，最佳壓縮比為： 所以中間壓力為：各級排氣溫

16、度相同，等于：二級壓縮所需的技術(shù)功為：7-5 解：求多變指數(shù)n： 所以功率為：7-6 解：查表得到：h1=1670kJ/kg P1=0.29MPah2=1789kJ/kg P2=1.5MPah4=h3=489kJ/kg吸熱量：q2=h1-h4=1181kJ/kg流量： 耗功： 功率：7-7 解：(1) 可逆絕熱壓縮壓氣機所需的技術(shù)功為：功率：壓氣機出口溫度：(2) 壓氣機的絕熱效率為0.85功率： 7-8 解： 制冷系數(shù)：膨脹機出口溫度：制冷量： 放熱量：耗功：7-9 解：因為制冷系數(shù)為： 制冷量： 供熱系數(shù)：供熱量： 7-10 解：查表得到：h3=h4=536kJ/kgh1=1532kJ/kg h2=1703kJ/kg流量： 制冷量：7-11 解：查表得到：h1=1670kJ/kg h2=1