第五章 習題(蒸汽動力循環(huán)和制冷循環(huán))

1、第五章 蒸汽動力循環(huán)和制冷循環(huán)5-3 設有一臺鍋爐,每小時產生壓力為 2.5MPa ,溫度為 350的水蒸汽 4.5噸,鍋爐的給水溫度為 30, 給水壓力 2.5MPa 。 已知鍋爐效率為 70%, 鍋爐效率:染料可提供的熱量蒸汽吸收的熱量 =B 。如果該鍋爐耗用的燃料為煤,每公斤煤的發(fā)熱量為 29260kJ ·kg -1,求該鍋爐每小時的耗煤 量。解:查水蒸汽表 2.5MPa 20 H 2O 13. 86-=kg kJ H 2.5MPa 40 H 2O 177. 169-=kg kJ H 內插得到 2.5MPa 30 H 2O 104. 12823. 8677. 169-=+=kg

2、kJ H查水蒸汽表 2.0MPa 320 H 2O 15. 3069-=kg kJ H 2.0MPa 360 H 2O 13. 3159-=kg kJ H 內插得到 2.0MPa 350 H 2O 185. 31365. 306930405. 30693. 3159-=+-=kgkJ H查水蒸汽表 3.0MPa 320 H 2O 14. 3043-=kg kJ H 3.0MPa 360 H 2O 17. 3138-=kg kJ H 內插得到 3.0MPa 350 H 2O 188. 31144. 304330404. 30437. 3138-=+-=kg kJ H內插得到 2.5MPa 350

3、 H 2O 187. 3125285. 313688. 3114-=+=kgkJ H鍋爐在等壓情況下每小時從鍋爐吸收的熱量:131231490235 04. 12887. 3125(105. 4 (2-=-=-=hkJ H H H m Q O H鍋爐每小時耗煤量: 16. 658292607. 013490235-=hkg mcoal5-4 某朗肯循環(huán)的蒸汽參數為:進汽輪機的壓力 MPa p 61=,溫度 C t =5401,汽輪機 出口壓力 MPa p 008. 01=。如果忽略所有過程的不可逆損失,試求:(1汽輪機出口乏氣 的干度與汽輪機的作功量; (2 水泵消耗的功量; (3 循環(huán)所作出

4、的凈功; (4 循環(huán)熱效率。 解:朗肯循環(huán)在 T -S 圖上表示如下:1點(過熱蒸汽性質: MPa p 61=, C t =5401,110. 3517-=kgkJ H 119999. 6-=kgkJ S2點(濕蒸汽性質:MPa p 008. 02=, 1129999. 6-=Kkg kJ S S l188. 173-=kg kJ H l 15026. 0-=kg kJ S l12577-=kgkJ H g 12287. 8-=kgkJ S g 130084. 1-=g cm V l1-2過程在膨脹機內完成,忽略過程的不可逆性,則該過程為等熵過程,11129999. 6-=KkgkJ S S(

5、1 設 2點干度為 x ,由汽液混合物的性質計算可知:2 1(S S x xSl g=-+839. 05926. 02287. 85926. 09999. 62=-=-=lg l S S S S x2點汽液混合物熵值:1210. 219088. 173 839. 01(839. 02577 1(-=-+=-+=kgkJ H x xHH l g汽輪機向外作功:1129. 13261. 21900. 3117-=+-=-=kJkg H H W S(2 水泵消耗的功率:16610610008. 0042. 61010 008. 06(0084. 166-=-=kgkJ dp VW lp(3 循環(huán)所做

6、凈功:186. 1320 042. 69. 1326( (-=+-=+-=kJkg W W W p S 凈(4 循環(huán)熱效率134922. 179042. 688. 173-=+=+=+=kgkJ W H W H H p l p3958. 0922. 1790. 3517042. 69. 1326(4121=-=-+-=H H H H QW W p S 5-16 某蒸汽廠采用朗肯循環(huán)操作,已知進入汽輪機的蒸汽溫度為 500,乏氣壓力為 0.004MPa , 試計算進入汽輪機的蒸汽壓力分別為 4MPa 和 14MPa 時, (1 汽輪機的作功量; (2乏氣的干度; (3循環(huán)的氣耗率; (4循環(huán)的熱

7、效率; (5分析以上計算的結果。 解:1點:, 41MPa p = C t =5001 113. 3445-=kg kJ H , 1110901. 7-=Kkg kJ S2點:MPa p 004. 02=, 11120901. 7-=KkgkJ S S146. 121-=kgkJ H l 14226. 0-=kg kJ S l14. 2554-=kgkJ H g 14746. 8-=kg kJ S l 13004. 1-=g cm V l 1-2過程在膨脹機內完成,忽略過程的不可逆性,則該過程為等熵過程,11120901. 7-=KkgkJ S S2點干度為 x ,由汽液混合物的性質計算可知:

8、2 1(S S x xSl g=-+8281. 04226. 04746. 84226. 00901. 72=-=-=lg l S S S S x2點汽液混合物熵值: 1218. 213646. 121 8281. 01(8281. 04. 2554 1(-=-+=-+=kgkJ H x xHH l g(1 2點乏汽干度為 0.8281(2 汽輪機作功量: 11212. 130918. 21363. 3445-=+-=-=kJkg H H W S(3 循環(huán)的氣耗率:1(75. 212. 130936003600-=-=h kW kg W SSC S(4 循環(huán)熱效率水泵消耗的功率16610410

9、004. 0012. 41010 004. 04(004. 166-=-=kgkJ dp V W l p13447. 125012. 446. 121-=+=+=+=kgkJ W H W H H p l p3931. 047. 1253. 3445012. 412. 1309(=-=+-=QW W p S 同理可得 MPa p 14=1點:, 141MPa p = C t =5001 1115. 3321-=kg kJ H , 1113877. 6-=KkgkJ S2點:MPa p 004. 02=, 11123877. 6-=KkgkJ S S146. 121-=kgkJ H l 14226

10、. 0-=kg kJ S l14. 2554-=kgkJ H g 14746. 8-=kg kJ S l 13004. 1-=g cm V l 1-2過程在膨脹機內完成,忽略過程的不可逆性,則該過程為等熵過程,11123877. 6-=KkgkJ S S2點干度為 x ,由汽液混合物的性質計算可知:2 1(S S x xSl g=-+7408. 04226. 04746. 84226. 03877. 62=-=-=lg l S S S S x2點汽液混合物熵值: 1278. 192346. 121 7408. 01(7408. 04. 2554 1(-=-+=-+=kgkJ H x xHH l

11、 g(1 2點乏汽干度為 0.7408(2汽輪機作功量: 11237. 139715. 332178. 1923-=-=-=kJkg H H W S(3循環(huán)的氣耗率:1(58. 237. 139736003600-=-=h kW kg W SSC S(4循環(huán)熱效率水泵消耗的功率16610410004. 0052. 141010 004. 014(004. 166-=-=kgkJ dp V W l p13451. 135052. 1446. 121-=+=+=+=kg kJ W H W H H p l p4342. 021. 13515. 3321052. 1437. 1397(=-=+-=QW

12、 W p S (5 結果分析 量減少,循環(huán)的熱效率升高。5-18 逆卡諾(Carnot 循環(huán)中,冷、熱源溫差越大,制冷系數是越大還是越小,為什么? 解:逆向 Carnot 循環(huán)的制冷系數計算公式(P149 : LH L SC T T T W q -=0由上式可以看出,逆卡諾循環(huán)冷熱源溫差越大,制冷系數 C 越小5-20 逆卡諾(Carnot 循環(huán)供應 35kJ ·s-1的制冷量,冷凝器的溫度為 30,而制冷溫度 為 -20,計算此制冷循環(huán)所消耗的功率以及循環(huán)的制冷系數。 解:逆向 Carnot 循環(huán)的制冷系數: LH L SC T T T W q -=006. 5253303253=

13、-=-=LH L C T T T 單位制冷劑耗功量:設制冷劑循環(huán)量為 m kg·s -1,單位制冷劑提供的冷量為 q 01035-=skJ mqQssC mW Q mWs mq W q 000=kW skJ Q mWP CsT 92. 692. 606. 5351=-5-27 某制冷裝置采用氨作制冷劑,蒸發(fā)室溫度為 -10,冷凝室溫度為 38,制冷量為 10×105kJ ·h -1,試求:(1壓縮機消耗的功率; (2制冷劑的流量; (3制冷系數。解:制冷循環(huán)在 p-H 圖上表示如下: 由 P309氨的壓焓圖,由 -10的飽和蒸汽線點 1(0.29085MPa 查得

14、:111562-=kg kJ H 1-2壓縮過程速度很快,可按絕熱過程處理,如果過程可逆,則為絕熱可逆過程,所以 012=S ,即為等熵過程。由 38飽和蒸汽壓線與過 1點的等熵線交點確定 2點,查得:121840-=kg kJ H由 38飽和蒸汽壓線和飽和液相線交點確定 4點,查得:14510-=kgkJ H(1 單位制冷量:141010525101562-=-=-=kg kJ H H q(2 制冷劑每小時循環(huán)量:16057. 9501052101-=hkg q Q m(3 單位質量制冷劑耗功量:11227815621840-=-=-=kg kJ H H W s(4 壓縮機功率:kW mW

15、P s T 41. 73360027857. 9503600=(5 制冷系數:78. 327810520=sW q 方法二 由 TS 圖求解 朗肯循環(huán)在 TS 圖上表示如下： 由-10等壓線和飽和汽相線交點確定 1 點，查得其（過熱蒸汽）性質： H 1 = 339.4cal kg 1 = 1420.73kJ kg 1 由過 1 點的等熵線與 38飽和蒸汽壓線交點確定點 2，得 2 點（濕蒸汽）性質： H 1 = 404cal kg 1 = 1694.4kJ kg 1 由 38飽和蒸汽壓線與飽和液相線交點確定點 4，查得： H 1 = 87cal kg 1 = 87 × 4.186kJ

16、 kg 1 = 1694.4kJ kg 1 （1） 單位制冷量： q 0 = H 1 H 4 = 1420.77 364.18 = 1056.59kJ kg （2） 制冷劑每小時循環(huán)量： m = 1 Q0 1 × 10 6 = = 946.44kg h 1 q 0 1056.59 1 （3） 單位質量制冷劑耗功量： Ws = H 2 H 1 = 1694.4 1420.73 = 273.67 kJ kg （4） 壓縮機功率： PT = mWs 273.67 × 946.44 = = 71.95kW 3600 3600 制冷系數： = q0 1056.59 = = 3.86

17、Ws 273.67 531 蒸汽壓縮制冷裝置采用氟里昂（R12）作制冷劑，冷凝溫度 30，蒸發(fā)溫度-20， 節(jié)流膨脹前液體制冷劑的溫度為 25， 蒸發(fā)器出口處蒸汽的過熱溫度為 5， 制冷劑循環(huán)量 -1 （1）該制冷裝置的制冷能力和制冷系數； （2）在相同溫度條件下逆向 為 100kg·h 。試求： 卡諾循環(huán)的制冷系數。 解：該過程在 PH 圖上表示如下 由-20的飽和蒸汽壓線與-15的等溫線交叉點確定 1 點的焓熵值， H 1 = 346.8kJ kg 1 12 的過程為等熵過程，由過 1 點的等熵線與 30的等壓線的交點確定 2 點 H 2 = 376.8kJ kg 1 由 30等壓線與 25的等溫線確定點 4，查得焓值： H