華北電力大學工程熱力學考研必做題6

1、欲求W分級最小值，8w分級=0dp2W分級最小值，可證明若m級PP2 = 4P1P2分級=士 RTp 一（%）：一（匕）:乃PP 2最佳增壓比分級壓縮的目的：省功，降低出口溫度。多級壓縮可達到無窮多級，但是一方面不可能實現(xiàn)，另一方面結構復雜（成本高）不經濟，所以，一般采用24級壓縮。例：壓氣機若已實現(xiàn)等溫壓縮，是否還有必要進行分級壓縮，中間冷卻，為什么？答：需要，雖然實現(xiàn)等溫壓縮后耗功最小，但若壓比過 大，門v仍很小，分級后有助于提高門v，如圖。若以 p1=0.1MPa，p2=2.5MPa，b=0.04 計算V單級壓縮r 1 )門=1 一。兀 n - 1I Jr )=1 - 0.04 x 25

2、1 -1 = 0.04I J兀=兀=! P = 5i h V p七=七M廣1 - 0.04 x5： -1I J=0.706二級壓縮例：活塞式壓氣機把0.1MPa，298k的空氣加壓到2.5MP。試分別按單級壓縮和二級壓縮，中間冷卻，計算壓氣機容積效率及各缸終溫。已知解：單級壓縮V 。= = 0.04 n = 1.25V_ir 2 5、25=T兀 n = 298 x L25 = 567.3K = 294.3 c110.1 J門=1 一。兀 n -1 = 1 - 0.04 xi j1.25 一 1=0.525二級壓縮，中間冷卻若P = 0.2MPa 艮口兀=-Pa = = 2 兀= = 12.5

3、al P 0.1 h 0.2思考題11。如果多級壓縮的分級越多，且每兩級之間均設置中間冷卻措施，則壓氣機消耗的軸功將 減少的越多，試問壓氣機消耗的軸功是否存在最小的極限值？2。如果通過各種冷卻方法而使壓氣機的壓縮過程實現(xiàn)為定溫過程，則采用多級壓縮的意 義是什么？3。試分析，在增壓比相同時，采用定溫壓縮和采用絕熱壓縮的壓氣機的容積效率何者高?4。試說明余隙容積對實際壓氣機消耗的軸功是否有影響？第十章氣體的動力循環(huán)思考題1總結由熱機工作循環(huán)抽象為理想的熱力循環(huán)的基本方法。2提高熱機循環(huán)熱效率的基本途徑是什么？為此可采取什么基本措施？3燃氣輪機裝置實際循環(huán)的、n t及n c一定時，隨著增壓比的提高，

4、循環(huán)熱效率有 一個極大值，試利用T-s圖分析出現(xiàn)極大值的原因。4回熱循環(huán)的燃氣輪機裝置的r及一定時，隨著增壓比的提高，回熱循環(huán)的熱效率有 一個極大值，試利用T-s圖分析出現(xiàn)極大值的原因。5當燃氣輪機裝置循環(huán)采用多級壓縮中間冷卻及多級膨脹中間再熱時，如不同時采用回熱措施會出現(xiàn)什么情況？對熱效率有什么影響？例：某燃氣輪機裝置定壓加熱循環(huán)，循環(huán)增壓比n =7,增溫比T =4,壓氣機吸入空氣壓力 p1=0.8MPa，t1=17 c。壓氣機絕熱效率n cs=0.90，燃機輪機相對內效率n T=0.92，若空氣 取定比熱，其 cp=1.03kJ/kgK，Rg=0.287 kJ/kg-K，K =1.3863

5、。試求： 1）裝置內部熱效率n i，循環(huán)吸熱量q1和放熱量q2, 2）壓氣機及燃氣輪機中的不可逆損失；3）裝置每一循環(huán)的可用能損失。(1)p =np = 7x0.8 = 5.6MPa/ 、JK=仃T = T p七1.3868-1=290 X 7 1.3868 =498.76Kf f T TT = T + 1cs498.76 290T =t -二=290 x4 = 1160KK1KK-1K =1160 x1.386811.3868 = 674.48Kp3/、 / T = T 門 T T )= 1160 0.92xG160 674.48)= 713.32K43 T 34q = c T - T )=

6、 1.03 x(713.32 - 290)=436.02q1 = c(T T，)= 1.03xG160-521.95)=657.191 q 436.02 ” 門.=1 - = 1 657 19 = 33.65%.頂 =門.-q1 = 0.3365 x 657.19 = 221.14燈2)壓氣機內空氣s2，-si=七+sg sf=0Tp521.95=c lnt RIn矣=1.03xIn 0.287xln7 = 0.04685 Tp1290orT s = As= As + As= c lng 121222 p T2燃氣輪機內 s4 - s3 = sf +sg Sf=0=290 + 二 一 =521

7、.95K 0.903)A A T=As+ As= c In 44二 I壓氣機=奪 壓=290 x 0.04685 = 13.58 K=1.03 x In 713.32 = 0.05767674.48I燃氣機=“s 燃=290 x 0.05767 = 16.72T =41 As23c Inp657.19 T2-R In 烏P21,aT )1 - t qTI T1 /x 657.19 = 418.65=798.96K亍qT =22 As41%1 Tc In*p T1=470.33K(T :1-fq =T J2q22,a1 * 470.33 )x 436.02 = 167.18I = q - W -

8、 q = 418.65 - 221.14 -167.18 = 30.33 or I = I；+I燃=13.58 +16.72 = 30.3例：一燃氣輪機裝置實際循環(huán)，壓氣機入口空氣參數為100 kPa, 22 c,出口參數為600kPa, 燃氣輪機入口溫度為800 c。壓氣機絕熱效率n cs=0.85。氣體絕熱流經燃氣輪機過程中熵 產為0.098kJ/kg.k。工質可視為理想氣體，且燃氣性質近似空氣，K =1.4，cp=1.03kJ/kg.k，Rg=0.287 kJ/kg-k求1）循環(huán)熱效率，2）若采用極限回熱，解：1）=1KP21P1)=(273 + 22)x 迎10。)=492.2K求循環(huán)

9、熱效率n = 土 =七T : w c T T /1-2p 21cs1.4-11.4f f T - T492.2 - 295:.T = T + _1 = 295 +21 n0.85=527.0KT4= T K-1KK-1K =(273 + 8001.4-11.4 = 641.3KAAAC A、TAs= As+ As= 0 + As= c In 40mam443-43-44-44-4p T :T = T e 1.03 = 643.1 e 1.03 = 707.29K=s = 0.098燈 / kg.K g極限回熱后1 q 1 c T - T)527.0 - 295 乂心n = 1 亳=1 -p 2

10、1 = 1 = 36.6%t q1 c KT -T)1073 707.29所以，循環(huán)效率n =黑=Cp T3-勺)-。 T) 偵-T)上才=3/4堯 1偵-T )32_1073 - 707.29 - 527.0 + 2951073 - 527=24.5%第十一章蒸汽動力裝置循環(huán)思考題1。若以飽和狀態(tài)下的濕飽和蒸汽為工質進行一個卡諾循環(huán)，試分析對比具有相同的蒸汽初 壓及乏汽壓力時，卡諾循環(huán)和朗肯循環(huán)在理論熱效率及實際可用性方面何者優(yōu)越？2。蒸汽動力裝置中，乏汽在冷凝器中向冷卻水放出的熱量很多。如設想直接利用壓縮機把 乏汽加壓后送回鍋爐，這樣做豈不是可節(jié)省許多燃料而提高裝置的熱效率了嗎？試分析這種

11、 想法錯在哪里？3。蒸汽動力裝置再熱循環(huán)選擇適當的再熱壓力后具有比朗肯循環(huán)高的熱效率，試說明其實 質所在。4。蒸汽動力裝置回熱循環(huán)具有比朗肯循環(huán)高的熱效率，試說明其實質所在。5。蒸汽動力裝置的蒸汽初溫及再熱終了溫度兩者相同且固定時，是否再熱過程的壓力越 高，再熱循環(huán)的熱效率也越高？6。試分析，回熱循環(huán)中汽輪機的軸功小于朗肯循環(huán)而熱效率卻高于朗肯循環(huán)的原因。 朗肯循環(huán)a)流程圖b)T-s及h-s圖例：某朗肯循環(huán)，其新汽參數為p1=10MPa、t1=300C，h1=3430kJ/kg，乏汽壓力為p2=6kPa， 乏汽焓為h2=2226kJ/kg，乏汽凝結成水后其焓為h3=150.7kJ/kg，不計

12、水泵耗功。蒸汽流量 為500t/h,煤的發(fā)熱量為25000kJ/kg,鍋爐效率為80%，求1。畫出朗肯循環(huán)的設備簡圖2。在T-s圖上畫出此朗肯循環(huán)3。循環(huán)熱效率4。機組功 率5。每天耗煤量第十二章制冷循環(huán)例：導出以空氣為工質的斯特林制冷機的工作系數。廣七2+ w V VW3-4 = R T In T - R T In t2g o V g2=R In之(T -T)2q = T As = TR ln 1Cc :c 34 c g v28 = -q =c = 8九To-T C第十三章濕空氣分析問題：某電廠為了獲得高壓空氣來驅動氣動設備，采用如下圖所示兩級壓縮、級間冷卻方式。已知 低壓缸入口空氣是未飽和

13、濕空氣，但是低壓缸的排氣經過中間冷卻器后，卻有液態(tài)水析出，需要加以去除，否則會影響下一級的壓縮，或者影響氣動機構的執(zhí)行情況。試分析，經中間 冷卻器后為什么會有液態(tài)水析出？中間拎卻部分析問題：火電廠發(fā)電機采用氫氣冷卻，當氫氣中含有水分時會威脅發(fā)電機的安全性。試用h-d圖說明 用冷凍法去除氫氣中所含水分的原理對于加熱段：Q = m(h- h )或q= m(h- h)+ d(h- h) =1.005)H a 32H a a 3 a 22 v 3 v 2a kJ / kgb j g = 2501 + 1.86壯也例：圖示是現(xiàn)今廣泛使用的逆流式冷卻塔示意圖，高溫水自 上而下，為飽和濕空氣自下而上在塔內與水進行熱質交換， 各截面參數如圖示，求：1）列出塔的質、能守恒式；2）若t =30。,=40%/ =38。,112=98% =40。213t = 25-c.p 101325Pa/4b計算質量守怛m = m = mal a2 aG)m -m =m (d -d1314 a 21G)解：1）因為穩(wěn)流，所以臺匕旦女后m h +m h -m h -m h =0 TOC