工程熱力學課后題答案 及工程熱力學課后答案

-第四章熱力學第二定律例題例4-1先用電熱器使20kg、溫度t0=20℃的涼水加熱到t1=80℃，然后再與40kg、溫度為20℃的涼水混合。求混合后的水溫以及電加熱和混合這兩個過程各自造成的熵產。水的比定壓熱容為4.187kJ/（kg·K）；水的膨脹性可忽略。[編題意圖]實際過程中熵產的計算是本章的重點和難點之一，本題的目的在于檢測和練習電熱器加熱造成的熵產和不等溫水混合過程中的熵產的分析計算。[解題思路]電加熱水過程引起熵產是由于電功轉變?yōu)闊岙a，水吸收這個熱后其自身溫度逐漸上升，這是一個不斷積累過程，需通過微元熱產量與水變化的水溫T之比這個微元熵產的積分求得。要求涼水與熱水混合造成的熵產，必須先求出20kg80℃的水放熱的熵減與20℃的涼水吸熱的熵增，這種內熱流造成的熵產也是個逐漸積累的過程，也需積分求得。整個加熱混合造成的總熵產由二者相加得到。[求解步驟]設混合后的溫度為t，則可寫出下列能量方程：即從而解得t=40℃（T=313.15K）電加熱過程引起的熵產為=15.593kJ/K混合過程造成的熵產為總的熵產由于本例中無熵流（將使用電熱器加熱水看作水內部摩擦生熱），根據(jù)式（4-12）可知，熵產應等于熱力系的熵增。熵是狀態(tài)參數(shù)，它的變化只和過程始末狀態(tài)有關，而和具體過程無關。因此，根據(jù)總共60kg水由最初的20℃變?yōu)樽詈蟮?0℃所引起的熵增，也可計算出總的熵產：[討論]本例題中還給出了一種更為簡便的計算總熵產的方法。由于整個系統(tǒng)沒有與外界熱交換而引起的熵流，像這種絕熱閉口系的熵產生等于它的熵增。熵是狀態(tài)參數(shù)，它的變化只與始末狀態(tài)有關，而與經(jīng)歷的先電加熱再混合的具體過程無關。從總的效果來看，可以看成總共有60kg20℃水變?yōu)樽詈?0℃所引起的熵增，也就是最后要求的總熵產。例4-2某換熱設備由熱空氣加熱涼水（圖4-5），已知空氣流參數(shù)為：圖4-5，圖4-5，水流的參數(shù)為，，每小時需供應2t熱水。試求：(1)熱空氣的流量；(2)由于不等溫傳熱和流動阻力造成的熵產。不考慮散熱損失；空氣和水都按定比熱容計算?？諝獾谋榷▔簾崛輈p=1.005kJ/（kg·K）；水的比定壓熱容cp=4.187kJ/（kg·K）。[編題意圖]這是典型的在沒有散熱損失條件下，熱平衡和熵產計算問題。重點是檢測和練習冷熱流體間壁式（非混合）不等溫傳熱和流動阻力造成的熵產的分析計算能力。[解題思路]首先根據(jù)熱空氣與涼水間換熱的熱平衡方法求出熱空氣的質量流量，然后再求出由于熱空氣與涼水之間不等溫傳熱和熱空氣與涼水的流動阻力造成的熵產。[求解步驟](1)換熱設備中進行的是不作技術功的穩(wěn)定流動過程。根據(jù)式（3-132），單位時間內熱空氣放出的熱量水吸收的熱量沒有散熱損失，因此二者應該相等：所以熱空氣的流量為(2)該換熱設備為一穩(wěn)定流動的開口系。該開口系與外界無熱量交換（熱交換發(fā)生在開口系內部），其內部傳熱和流動阻力造成的熵產可根據(jù)式（4-18）計算：[討論]從略例4-3將500kg溫度為20℃的水用電熱器加熱到60℃。求這一不可逆過程造成的功損和可用能的損失。不考慮散熱損失。周圍大氣溫度為20℃,水的比定壓熱容為4.187kJ/(kg·K)。[編題意圖]主要是為了檢測功損和可用能的損失（即火用損）兩個概念之間的區(qū)別與計算方法。[解題思路]功損是摩擦造成的，它轉化為熱產，可由溫差乘以比熱求得，而可用能的損失是由孤立系的熵增亦即熵產造成的，它可以環(huán)境溫度乘以孤立系熵增（熵產）求得。圖4-18[求解步驟]圖4-18在這里，功損即消耗的電能，它等于水吸收的熱量，如圖4-18中面積12451所示。整個系統(tǒng)（孤立系）的熵增為可用能損失如圖中面積13451所示，即，可用能的損失小于功損。圖中面積1231即表示這二者之差。這一差值也就是500kg、60℃的水（對20℃的環(huán)境而言）的可用能。[討論]功損和可用能的不可逆損失是不同的概念。功損來自摩擦生成的熱產，可用能的不可逆損失來自物體的內摩擦和物體間的不等溫傳熱，即便它們都是來自摩擦，二者的數(shù)值也不完全相等。如本例題結果所示。功損可以表示為，而可用能不可逆損失可以表示為。即使相同，WL也不一定等于EL，這取決于Tm，當時，；當時，；當時，，本例題就屬于后面這種情況?？捎媚懿豢赡鎿p失是真正的損失，而在本例中的功損不完全是最終的損失，其中還有部分可用能。例4-4壓力為1.2MPa、溫度為320K的壓縮空氣從壓氣機站輸出。由于管道、閥門的阻力和散熱，到車間時壓力降為0.8MPa，溫度降為298K。壓縮空氣的流量為0.5kg/s。求每小時損失的可用能（按定比熱容理想氣體計算，大氣溫度為20℃，壓力為0.1MPa）。[編題意圖]檢測和練習流動工質可用能損失的概念和計算方法。[解題思路]可用能的不可逆損失或稱為火用損，一般可以用公式計算，而對不做技術功的流動過程而言，。也可以用孤立系熵增與大氣溫度乘積求出，即用來計算，本例題中給出兩種計算方法。[求解步驟]對于管道、閥門，技術功Wt=0。根據(jù)式（4-36）可知輸送過程中的不可逆損失等于管道兩端的火用差（火用降）：也可以根據(jù)式（4-37）由孤立系的熵增與大氣溫度的乘積來計算此不可逆火用損。每小時由壓縮空氣放出的熱量等于大氣吸收的熱量：所以[討論]從略例4-5同例4-2。求該換熱設備損失的可用能（已知大氣溫度為20℃）。若不用熱空氣而用電爐加熱水，則損失的可用能為若干?[編題意圖]通過具體算例來驗證用電加熱水造成的可用能損失是用熱空氣加熱水的數(shù)倍（3倍多），告誡讀者用電加熱器獲得熱量會造成很大的能質損失，雖然方便但是不符合節(jié)能原則，因該盡可能避免采用這種獲得熱量的方式，這也是為了熱力學第二定律后應該掌握的節(jié)能原則。[求解步驟]可以將該換熱設備取作一孤立系，如圖4-19所示。該孤立系的熵增等于熵產[式（4-16）]，它與例4-2中按開口系計算所得的熵產相同。所以，根據(jù)式（4-37）可知該換熱設備的可用能損失為若不用熱空氣而用電爐加熱水，則該孤立系的熵增即為水的熵增。這時的可用能損失為用電加熱水造成的可用能損失是用空氣加熱水時的3倍多?？梢娪呻姛崞鳙@得熱量是不符合節(jié)能原則的。[討論]從略思考題1.自發(fā)過程是不可逆過程，非自發(fā)過程是可逆過程，這樣說對嗎？答：這樣說不對，誠然自發(fā)過程是不可逆過程，但非自發(fā)過程卻并非是可逆過程，而是不可能自發(fā)進行的過程。2.熱力學第二定律能不能說成“機械能可以全部轉變?yōu)闊崮?，而熱能不能全部轉變?yōu)闄C械能”？為什么？答：不能這樣說。機械能固然能無條件地變成熱能，而熱能也能在一定條件下全部變成機械能。如理想氣體進行的等溫膨脹過程，就是把所吸收的熱全部變成膨脹功了。但這時氣體狀態(tài)發(fā)生了變化，比容變大了——這就是條件。3.與大氣溫度相同的壓縮氣體可以從大氣中吸熱而膨脹作功（依靠單一熱源作功）。這是否違背熱力學第二定律？答：這并不違背熱力學第二定律，開爾文－普朗克的說法是：不能制造出從單一熱源吸熱而使它全部轉變?yōu)楣Φ难h(huán)發(fā)動機。而壓縮氣體膨脹做功并非是循環(huán)發(fā)動機，氣體工質膨脹后，并不回到原狀態(tài)而完成閉合循環(huán)。在這里熱能轉變?yōu)闄C械能是以氣體膨脹為必要的補充條件。4.閉口系進行一個過程后，如果熵增加了，是否能肯定它從外界吸收了熱量？如果熵減少了，是否能肯定它向外界放出了熱量？答：從閉口系的熵方程可知，如果,那也不能斷定，因而不能肯定閉合系從外界吸收了熱量。當，甚至（放熱）但只要負熵流的絕對值小于熵產，閉口系的熵還是增加了的。如氣體的不可逆絕熱壓縮就屬于既增熵又絕熱的過程。反過來，當閉口系的熵減小時，能肯定它向外放出了熱量。因為那，而，所以必須，才能保證，故此時可以肯定閉系外向散熱。5.指出循環(huán)熱效率公式和各自適用的范圍(和是指冷源和熱源的溫度)答：第一個公式適用于任何工質進行的任意循環(huán)；第二個公式適用于任何工質進行的可逆卡諾循環(huán)或可逆的回熱卡諾循環(huán)6.下列說法有無錯誤？如有錯誤，指出錯在哪里：(1)工質進行不可逆循環(huán)后其熵必定增加；(2)使熱力系熵增加的過程必為不可逆過程；(3)工質從狀態(tài)1到狀態(tài)2進行了一個可逆吸熱過程和一個不可逆吸熱過程。后者的熵增必定大于前者的熵增。答：(1)這種說法有錯誤。因為熵是狀態(tài)函數(shù)，工質在實完成了一個循環(huán)后回到原狀態(tài)其熵不變，不管循環(huán)是否可逆。(2)這種說法有錯誤。因為閉口系增熵的原因有兩個，即吸熱和不可逆損失（對開口系則還應該增加流入質量這個因素）。所以使熱力系熵增的過程未必都是不可逆過程，如等溫吸熱過程是增熵過程，同時又可能是可逆過程?？梢娫鲮匚幢夭豢赡妫豢赡嬉参幢卦鲮亍?3)這種說法有錯誤。熵只是狀態(tài)參數(shù)，只取決于狀態(tài)，而與如何達到這一狀態(tài)無關。當工質的初始和終結態(tài)1和2指定以后，不管中間進行的過程特性如何，熵的變化（）也就完全確定了。因此，在這種條件下不能說不可逆過程的熵增大于可逆過程的熵增。7.既然能量是守恒的，那還有什么能量損失呢？答：熱力學第一定律告訴我們能量在轉移和轉換過程中，能量數(shù)量是守恒不變的，但是由于在能量轉移和轉換的實際過程中不可避免地存在各種不可逆因素，如相對運動的物體之間的摩擦以及傳熱過程中的溫差，等等，這些不可逆因素總會造成能量轉移和轉換后能量品位的降低和做功能力的減少，而這種降低或減少不是能量數(shù)量上的而是能量質量上的，即由可用能變成廢熱的不可逆損失，這就是熱力學第二定律所揭示的另外一種意義上的能量損失。習題4-1設有一卡諾熱機，工作在溫度為1200K和300K的兩個恒溫熱源之間。試問熱機每作出1kW·h功需從熱源吸取多少熱量？向冷源放出多少熱量？熱機的熱效率為若干？[編題意圖]通過習題4-1，習題4-2和習題4-3三個題具體算例驗證卡諾定理看出，無論采用什么工質（4-1采用任意介質，4-2采用空氣介質，4-3采用氬氣介質）、無論采用怎樣的循環(huán)（4-1和4-2種是無回熱卡諾循環(huán)，4-3中是有回熱卡諾循環(huán)），當熱源溫度(T1=1200K)和冷源溫度（T2=300K）取定不變時，三個卡諾循環(huán)有相同的確定不變的循環(huán)熱效率（75%）。這樣編選這三個習題的目的之一；目的之二是通過習題4-3證明，如果不采用回熱方式，過程41所吸收的熱量由熱源供給，過程23所放出的熱量由冷源放出，由于這種不等溫供熱過程必然引起整個孤立系的熵增，從而導致循環(huán)熱效率的下降。[求解步驟]卡諾熱機的熱效率可由(4-20)式求得：再由式(4-21)式得熱機從熱源吸收熱量向冷源放出熱量【討論】從略4-2以空氣為工質，在習題4-1所給的溫度范圍內進行卡諾循環(huán)。已知空氣在定溫吸熱過程中壓力由8MPa降為2MPa。試計算各過程的功和熱量及循環(huán)的熱效率（按定比熱容理想氣體計算）。解：空氣按理想氣體處理。所進行的卡諾循環(huán)如右圖所示（以為1kg工質空氣）12定溫吸熱過程由(3-83)式可得23等熵膨脹過程34定溫壓縮過程所以1定熵壓縮過程因而卡諾循環(huán)熱效率可見卡諾循環(huán)熱效率與(4-1)題結果一樣4-3以氬氣為工質，在溫度為1200K和300K的兩個恒溫熱源之間進行回熱卡諾循環(huán)(圖4-20)。已知p1=p4=1.5MPa；p2=p3=0.1MPa，試計算各過程的功、熱量及循環(huán)的熱效率。圖4-20如果不采用回熱器，過程4→1由熱源供熱，過程2→3向冷源排熱。這時循環(huán)的熱效率為若干?由于不等溫傳熱而引起的整個孤立系（包括熱源、冷源和熱機）的熵增為若干（按定比熱容理想氣體計算）?圖4-20解：查附表1，得Ar，，12定溫吸熱膨脹過程：23定壓放熱過程34等溫放熱壓縮過程41定壓吸熱過程回熱卡諾循環(huán)熱效率【討論】從略4-4兩臺卡諾熱機串聯(lián)工作。A熱機工作在700℃和t之間；B熱機吸收A熱機的排熱，工作在t和20℃之間。試計算在下述情況下的t值：(1)兩熱機輸出的功相同；(2)兩熱機的熱效率相同。[解題思路提示]先寫出兩熱機(1)如圖中所示，已知又因為即，因為所以經(jīng)整理可得(2)又因為所以即所以答案：(1)360(2)260.974-5以T1、T2為變量，導出圖4-21a、b所示二循環(huán)的熱效率的比值，并求T1無限趨大時此值的極限。若熱源溫度T1=1000K，冷源溫度T2=300K，則循環(huán)熱效率各為若干?熱源每供應100kJ熱量，圖b所示循環(huán)比卡諾循環(huán)少作多少功？冷源的熵多增加若干？整個孤立系（包括熱源、冷源和熱機）的熵增加多少？圖4-21[解](1)令，(2)4-6試證明：在壓容圖中任何兩條定熵線（可逆絕熱過程曲線）不能相交；若相交，則違反熱力學第二定律。采用反證法來證明，如右圖所示若兩條定熵線ab、cb交于b點，再做一定溫線ca，則abca構成一循環(huán)。為從熱源吸收的熱量，為向冷源放出的熱量。因為cb為絕熱過程，所以，則循環(huán)熱效率由于這樣就違反了熱力學第二定律，變成從單一熱源吸收全部變成功了。引出這個錯誤結論的原因是定熵線相交了，因而可證明在壓容圖中，兩條定熵線是不能相交了。4-73kg空氣，溫度為20℃，壓力為1MPa，向真空作絕熱自由膨脹，容積增加了4倍（增為原來的5倍）。求膨脹后的溫度、壓力及熵增（按定比熱容理想氣體計算）。[解]由熱力學第一定律可知，因為是絕熱自由膨脹所以（絕熱）（自由膨脹不作功）所以得到，空氣可當理想氣體處理，所以，可見向真空自由膨脹后空氣的溫度未變，，則有所以，膨脹后的壓力為膨脹后的溫度為膨脹后的熵增量1.3862(代替上數(shù))4-8空氣在活塞氣缸中作絕熱膨脹（有內摩擦），體積增加了2倍，溫度由400K降為280K。求每千克空氣比無摩擦而體積同樣增加2倍的情況少作的膨脹功以及由于摩擦引起的熵增，并將這兩個過程（有摩擦和無摩擦的絕熱膨脹過程）定性地表示在壓容圖和溫熵圖中（按空氣熱力性質表計算）。[解]由附表5查時，時，所以，有內摩擦時的絕熱膨脹功為而無內摩擦時絕熱膨脹功即為等熵膨脹功（按定比理想氣體計算）每kg空氣有內摩擦得絕熱膨脹功比等熵膨脹功少作功為：由內摩擦引起的熵增在計算等熵膨脹功時，如果不采用定比熱理想氣體時，則亦可利用空氣性質表計算如下：對等熵（膨脹）過程，則有反查附表5得，由此查表所以，因而：在這里可以認為按空氣熱力性質表計算的比按定比理想氣體計算得要準確些。有內摩擦得絕熱膨脹過程與內摩擦得絕熱膨脹過程（等熵過程）在P-V和T-S圖中的定性表示如下：4-9將3kg溫度為0℃的冰，投入盛有20kg溫度為50℃的水的絕熱容器中。求最后達到熱平衡時的溫度及整個絕熱系的熵增。已知水的比熱容為4.187kJ/（kg·K），冰的融解熱為333.5kJ/kg（不考慮體積變化）。[解]由題已知條件為冰的質量；冰的溫度；冰的熔解熱水的質量；水的溫度水的比熱第一步：需要求出3kg溫度為的溶解為的水所需要的溶解熱因為是絕熱閉口系，所以所需的溶解熱由20kg,的水供給，所以這時熱水由于傳給冰熱量使它融化而本身溫度下降為由熱量平衡可得：所以第二步：3kg的涼水和20kg,的熱水混合時，達到熱平衡時設溫度為，則電熱量平衡方程可得：所以第三步：求整個絕熱系的熵增：1）冰融化時由于不等溫傳熱引起的熵增2)3kg的水與20kg的水混合時由不等溫傳熱引起的熵增所以，4-10有二物體質量相同，均為m；比熱容相同，均為cp（比熱容為定值，不隨溫度變化）。A物體初溫為TA，B物體初溫為TB（TA>TB）。用它們作為熱源和冷源，使可逆熱機工作于其間，直至二物體溫度相等為止。試證明：(1)二物體最后達到的平衡溫度為(2)可逆熱機作出的總功為(3)如果抽掉可逆熱機，使二物體直接接觸，直至溫度相等。這時二物體的熵增為[證明](1)可由計算熵增辦法證明。將熱源、冷源和熱機考慮為一個孤立系，因整個過程是可逆的，因此即所以(2)可逆熱機作出的的總功即(3)抽掉A,B間的熱機后，則即所以熱源熵增冷源熵增整個孤立系熵增：若采用定比熱理想氣體為工質，可逆熱機的循環(huán)定性表示如下：4-11求質量為2kg、溫度為300℃的鉛塊具有的可用能。如果讓它在空氣中冷卻到100℃，則其可用能損失了多少？如果將這300℃的鉛塊投入5kg溫度為50℃的水中，則可用能的損失又是多少？鉛的比熱容cp=0.13kJ/(kg·K)；空氣（環(huán)境）溫度為20℃。[解]可用能就是在給定條件下變化到環(huán)境溫度時的最大有功，考慮鉛塊放熱時溫度下降，屬于變溫有限熱源的做功問題，于是有可用能計算公式為所以則將300℃的2kg鉛塊投入5kg溫度為50℃的水中后，依熱平衡方程可求出平衡溫度為于是則4-12壓力為0.4MPa、溫度為20℃的壓縮空氣，在膨脹機中絕熱膨脹到0.1MPa，溫度降為56℃，然后通往冷庫。已知空氣流量為1200kg/h，環(huán)境溫度為20℃，壓力為0.1MPa，試求：(1)流進和流出膨脹機的空氣的比；(2)膨脹機的功率；(3)膨脹機中的不可逆損失。氣體的流動和壓縮思考題1.既然對有摩擦和無摩擦的絕熱流動都適用，那么摩擦損失表現(xiàn)在哪里呢?答：對相同的壓降（）來說，有摩擦時有一部分動能變成熱能，又被工質吸收了，使h增大，從而使焓降()減少了，流速C也降低了（動能損失）。對相同的焓降()而言，有摩擦時，由于動能損失（變成熱能），要達到相同的焓降或相同的流速C，就需要進步膨脹降壓，因此，最后的壓力必然降低（壓力損失）。2.為什么漸放形管道也能使氣流加速?漸放形管道也能使液流加速嗎?答：漸放形管道能使氣流加速—是對于流速較高的超音速氣流而言的，由可知，當時，若，則必，即氣體必為超音速氣流。超音速氣流膨脹時由于（V--A）而液體，故有，對于漸放形管有，則必，這就是說，漸放形管道不能使液體加速。3.在亞音速和超音速氣流中，圖5-15所示的三種形狀的管道適宜作噴管還是適宜作擴壓管?(c)(c)(b)(a)圖5-15答：可用方程來分析判斷a)時當時，必，適宜作噴管當時，必，適宜作擴壓管b)時當時，必，適宜作擴壓管當時，必，適宜作噴管c)當入口處時，在段；在喉部達到音速，繼而在段成為超音速氣流，故宜作噴管（拉伐爾噴管）當入口處時，在段，；在喉部降到音速，繼而在成為亞音速氣流，故宜作擴壓管（縮放形擴壓管）。4.有一漸縮噴管，進口前的滯止參數(shù)不變，背壓（即噴管出口外面的壓力）由等于滯止壓力逐漸下降到極低壓力。問該噴管的出口壓力、出口流速和噴管的流量將如何變化?答：如右圖所示分三種情況來分析1)當背壓時，隨流速，流量，2)當背壓時，，流速，流量3)當背壓時，，，5.有一漸縮噴管和一縮放噴管，最小截面積相同，一同工作在相同的滯止參數(shù)和極低的背壓之間（圖5-16）。試問它們的出口壓力、出口流速、流量是否相同?如果將它們截去一段（圖中虛線所示的右邊一段），那么它們的出口壓力、出口流速和流量將如何變化?(a(a)((b)圖5-16答：1）（a)、（b)兩噴管在截去一段之前有如下結果：（a)是漸縮噴管，出口只能達到臨界狀態(tài)，其出口處于臨界狀況即有，，（b)是縮放噴管，可以得到超音速流動，其出口必處于超音速狀態(tài)，有，，（∵相同的喉部面積和參數(shù)）2）（a)、（b)兩噴管在圖中所示位置各截去一段后：（a)截后仍是漸縮噴管，，，（因為出口面積增大了）（b)截后仍是縮放噴管，，（因為喉部面積和參數(shù)未變）習題5-1用管道輸送天然氣（甲烷）。已知管道內天然氣的壓力為4.5MPa，溫度為295K、流速為30m/s，管道直徑為0.5m。問每小時能輸送天然氣多少標準立方米?[解]：或5-2溫度為750℃、流速為550m/s的空氣流，以及溫度為20℃、流速為380m/s的空氣流，是亞音速氣流還是超音速氣流?它們的馬赫數(shù)各為若干?已知空氣在750℃時0=1.335；在20℃時0=1.400。[解]：依音速公式(5-9)可得：因而是亞音速氣流因而是超音速氣流5-3已測得噴管某一截面空氣的壓力為0.3MPa、溫度為700K、流速為600m/s。視空氣為定比熱容理想氣體，試按定比熱容和變比熱容（查表）兩種方法求滯止溫度和滯止壓力。能否推知該測量截面在噴管的什么部位?[解]：1)按定比熱容計算，空氣可認為是理想氣體,由(5-24)式和(5-25)式可得：2)按變比熱容查表計算a)按平均比熱計算，由700K查附表3b)按比熱經(jīng)驗公式計算，由附表2查得空氣經(jīng)驗公式為要判斷所測截面位置必先判斷其流速是否超音速所以屬于超音速流動，所用噴管必為縮放形噴管，可以為所測截面一定是喉部截面之后。(∵在喉部截面之前不能超音速)5-4壓縮空氣在輸氣管中的壓力為0.6MPa、溫度為25℃，流速很小。經(jīng)一出口截面積為300mm2的漸縮噴管后壓力降為0.45MPa。求噴管出口流速及噴管流量(按定比熱容理想氣體計算，不考慮摩擦,以下各題均如此)。[解]：噴管流速可由(5-17)式求得：由連續(xù)方程可知，要求，必先求對理想氣體：等熵流動：所以也可以如下求得：對等熵流動：所以同樣可得：5-5同習題5-4。若漸縮噴管的背壓為0.1MPa，則噴管流量及出口流速為若干?[解]：因為此時已達臨界狀態(tài)所以此時的流量為臨界流量可由(5-22)式求得：【（去掉1）】或由計算所以5-6空氣進入漸縮噴管時的初速為200m/s，初壓為1MPa，初溫為400℃。求該噴管達到最大流量時出口截面的流速、壓力和溫度。[解]：噴管為漸縮形，故達到最大流量是應為臨界狀態(tài)，故有5-7試設計一噴管，工質是空氣。已知流量為3kg/s，進口截面上的壓力為1MPa、溫度為500K、流速為250m/s，出口壓力為0.1MPa。[解]:，,故應選縮放形噴管。為此先求進口滯止參數(shù)。因為進口流速臨界流速出口流速喉部截面出口截面噴管截面設計成圓形，因此喉部直徑為，出口截面直徑為取漸放段銳角，則漸放段長度為漸縮段較短，從較大的進口直徑光滑地過渡到喉部直徑即可。 5-8一漸縮噴管，出口流速為350m/s，工質為空氣。已知滯止溫度為300℃（滯止參數(shù)不變）。試問這時是否達到最大流量?如果沒有達到，它目前的流量是最大流量的百分之幾?[解]：空氣按定比熱容理想氣體處理：最大流量由得，沒達到此時流量所以5-9欲使壓力為0.1MPa、溫度為300K的空氣流經(jīng)擴壓管后壓力提高到0.2MPa，空氣的初速至少應為若干?[解]：如右圖所示，需先求出出口溫度（認為無摩擦，絕熱流動）假若認為C2=0(滯止)，則得：所以5-10有兩臺單級活塞式壓氣機，每臺每小時均能生產壓力為0.6MPa的壓縮空氣2500kg。進氣參數(shù)都是0.1MPa、20℃。其中一臺用水套冷卻氣缸，壓縮過程的多變指數(shù)n=1.3；另一臺沒有水套冷卻，壓縮過程的指數(shù)。試求兩臺壓氣機理論上消耗的功率各為若干?如果能做到定溫壓縮，則理論上消耗的功率將是多少?[解]：三種情況壓縮1kg空氣所需理論耗功為：三者理論上消耗的功率分別為：由計算結果可見，等溫壓縮耗功最少，多變壓縮耗功次之，定熵壓縮耗功最多。5-11單級活塞式壓氣機，余隙比為0.06，空氣進入氣缸時的溫度為32℃，壓力為0.1MPa，壓縮過程的多變指數(shù)為1.25。試求壓縮氣體能達到的極限壓力（圖5-10中p2）及達到該壓力時的溫度。當壓氣機的出口壓力分別為0.5MPa和1MPa時，其容積效率及壓縮終了時氣體的溫度各為若干?如果將余隙比降為0.03，則上面所要求計算的各項將是多少?將計算結果列成表格，以便對照比較。[解]：1)余隙比為0.06時，由式(5-37)式，當，，代入上式，解出，時，時，時，時，2）余隙比為0.03時時，時，計算結果列簡表如下：項目極限極限0.0636.22625.610.84260.6814421.02483.630.0383.11738.660.92130.8407421.02483.63可見：(1)當n不變時，極限和極限隨而(2)當n不變時，時，(3)當n不變時，時，(4)當n不變時，時，5-12離心式空氣壓縮機，流量為3.5kg/s，進口壓力為0.1MPa、溫度為20℃，出口壓力為0.3MPa。試求壓氣機消耗的理論功率和實際功率。已知壓氣機的絕熱效率[解]：理論耗功率實際耗功率第六章氣體動力循環(huán)例題例6-1試計算活塞式內燃機定壓加熱循環(huán)各特性點（圖6-10中狀態(tài)1、2、4、5）的溫度、壓力、比體積以及循環(huán)的功、放出的熱量和循環(huán)熱效率。已知p1=0.1MPa、t1=50℃、e=16、q1解對空氣，查附表1得，，狀態(tài)1：狀態(tài)2：狀態(tài)4：狀態(tài)5：放出的熱量：循環(huán)的功：循環(huán)熱效率：或例6-2已知某燃氣輪機裝置中壓氣機的絕熱效率和燃氣輪機的相對內效率均為0.85，升溫比為3.8。試求增壓比為4、6、8、10、12、14、16時燃氣輪機裝置的絕對內效率，并畫出它隨增壓比變化的曲線（按定比熱容理想氣體計算，取k0=1.4）。解根據(jù)題中所給條件，壓氣機的絕熱效率為（參看圖6-24）：燃氣輪機的相對內效率為燃氣輪機裝置的絕對內效率為式中所以令，則可計算出燃氣輪機裝置在不同增壓比下的絕對內效率如下表所示：468101214160.2170.2520.2670.2710.2690.2620.251燃氣輪機裝置絕對內效率隨增壓比變化的曲線如圖6-25所示。當e?10時，i有最大值。所以，在本題所給的條件下，最佳增壓比Eopt?10，最高絕對內效率Ji,max?0.271。思考題1.內燃機循環(huán)從狀態(tài)f到狀態(tài)g（參看圖6-1）實際上是排氣過程而不是定容冷卻過程。試在p-v圖和T-s圖中將這一過程進行時氣缸中氣體的實際狀態(tài)變化情況表示出來。答：f到g是一排氣過程，這是排氣閥門打開，氣缸中的氣體由于壓力高于大氣壓力而迅速膨脹，大部分氣體很快排出氣缸。氣體的這一快速膨脹過程接近于絕熱膨脹過程，如不考慮摩擦則為定熵過程（下圖中過程1-2），如考慮膨脹時的內部摩擦，則氣缸中氣體的比熵略有增加（下圖中過程1-2’）。2.活塞式內燃機循環(huán)中，如果絕熱膨脹過程不是在狀態(tài)5結束(圖6-26)，而是繼續(xù)膨脹到狀態(tài)6(p6=p1),那么循環(huán)的熱效率是否會提高？試用溫熵圖加以分析。答：按圖2-26’可見，如果繼續(xù)膨脹到狀態(tài)b時，循環(huán)的熱效率比原來膨脹5要高一些。圖圖6-26’3.試證明：對于燃氣輪機裝置的定壓加熱循環(huán)和活塞式內燃機的定容加熱循環(huán)，如果燃燒前氣體被壓縮的程度相同，那么它們將具有相同的理論熱效率。[證明]燃氣輪機裝置的定壓加熱循環(huán)表示在T-S圖中如圖a)所示活塞式內燃機的定容加熱循環(huán)表示在T-S圖b)(a)(b)(a)(b)燃氣輪機定壓加熱循環(huán)理論熱效率可由(6-13)式求得a)內燃機定容加熱循環(huán)理論熱效率可由(6-5)式求得b)因為，而對空氣等熵壓縮過程來說，將它代入(b),因而4.在燃氣輪機裝置的循環(huán)中，如果空氣的壓縮過程采用定溫壓縮（而不是定熵壓縮），那么壓氣過程消耗的功就可以減少，因而能增加循環(huán)的凈功（w0）。在不采用回熱的情況下，這種定溫壓縮的循環(huán)比起定熵壓縮的循環(huán)來，熱效率是提高了還是降低了？為什么？答：采用定溫壓縮是可以增加循環(huán)的凈功（w0）（因為壓氣機耗功少了）但是如果不同時采用回熱的話，將會使循環(huán)吸熱量增加（），這是因為定溫壓縮終了的空氣溫度低，因而要把壓縮終了的空氣的溫度加熱到指定的溫度話，定溫壓縮后的吸熱量要比定熵壓縮后的吸熱量多。由T-S圖可以看出，采用定溫壓縮后，相當于在原定壓縮循環(huán)的基礎上增加了一個循環(huán)，而該附加的循環(huán)的熱效率低于原循環(huán)的熱效率，所以采用定溫壓縮后，如無回熱反而會降低燃氣輪機裝置循環(huán)的理論熱效率。習題6-1已知活塞式內燃機定容加熱循環(huán)的進氣參數(shù)為p1=0.1MPa、t1=50℃，壓縮比，加入的熱量q1=750kJ/kg。試求循環(huán)的最高溫度、最高壓力、壓升比、循環(huán)的凈功和理論熱效率。認為工質是空氣并按定比熱容理想氣體計算。[解]活塞式內燃機定容加熱循環(huán)的圖示見a)、b)圖示(b)(a)(b)(a)，理論熱效率由(6-5)式得：循環(huán)凈功最高溫度須先求出，因過程是等熵過程，由(3-89)式得因為所以最高壓力須先求出和過程是定容過程，因此即所以則6-2同習題6-1，但將壓縮比提高到8。試計算循環(huán)的平均吸熱溫度、平均放熱溫度和理論熱效率。[解]如右圖所示因過程是等熵過程，是定容過程平均吸熱溫度平均吸熱溫度所以先將兩結果進行比較可知當由提高了33%則，則。可見提高空氣壓縮比可以提高循環(huán)的平均吸熱溫度，降低循環(huán)的平均放熱溫度，因而可以提高循環(huán)的熱效率。6-3活塞式內燃機的混合加熱循環(huán)，已知其進氣壓力為0.1MPa，進氣溫度為300K，壓縮比為16，最高壓力為6.8MPa，最高溫度為1980K。求加入每千克工質的熱量、壓升比、預脹比、循環(huán)的凈功和理論熱效率。認為工質是空氣并按定比熱容理想氣體計算。[解]如右兩圖，已知，1)壓升比：因過程是等熵過程，因是定容過程所以2)預漲比因是定壓過程3)4)由(6-4)式可循環(huán)熱效率5)6-4按定壓加熱循環(huán)工作的柴油機，已知其壓縮比，預脹比，工質的定熵指數(shù)。求理論循環(huán)的熱效率。如果預脹比變?yōu)?.4（其它條件不變），這時循環(huán)的熱效率將是多少？功率比原來增加了百分之幾？[解]如右圖所示，時，由(6-6)式可得：，時，由(6-6)式可得：可見在其它條件不變的條件下，欲漲比ρ↑20%而循環(huán)熱效率ηtp↓3.5%同樣可見，提高予漲比（其它條件不變）雖然會循環(huán)熱效率降低，但卻能（提高）增加循環(huán)凈功。6-5某燃氣輪機裝置，已知其流量qm=8kg/s、增壓比、升溫比，大氣溫度為295K。試求理論上輸出的凈功率及循環(huán)的理論熱效率。認為工質是空氣并按定比熱容理想氣體計算。[解]，燃氣輪機膨脹功壓氣機壓縮耗功理論循環(huán)凈功率理論循環(huán)熱效率（按題解72頁修改）*6-6同習題6-6。若壓氣機的絕熱效率=0.86，燃氣輪機的相對內效率ri=0.88（參看例6-2及圖6-24），則實際輸出的凈功率及循環(huán)的絕對內效率為多少？按空氣熱力性質表計算。[解]由(6-6)可知；；所以：實際輸出凈功率循環(huán)的絕對內效率6-7已知某燃氣輪機裝置的增壓比為9、升溫比為4，大氣溫度為295K。如果采用回熱循環(huán)，則其理論熱效率比不回熱循環(huán)增加多少？認為工質是空氣并按定比熱容理想氣體計算。[解]如右圖所示a)不回熱循環(huán)，熱效率由(6-13)式得：b)回熱循環(huán)，熱效率由(6-14)式得：回熱比不回熱循環(huán)熱效率提高為：第七章水蒸氣性質和蒸汽動力循環(huán)思考題1.理想氣體的熱力學能只是溫度的函數(shù)，而實際氣體的熱力學能則和溫度及壓力都有關。試根據(jù)水蒸氣圖表中的數(shù)據(jù)，舉例計算過熱水蒸氣的熱力學能以驗證上述結論。[答]：以500℃的過熱水蒸汽為例，當壓力分別為1bar、30bar、100bar及300bar時，從表中可查得它們的焓值及比容，然后可根據(jù)計算它們的熱力學能，計算結果列于表中：t[oC]P[bar]v[m3/kg]h[kJ/kg]u[(kJ/kg)]50013.5653487.93131.4300.11613456.43108.41000.032773374.13046.43000.0086793083.92823.5由表中所列熱力學能值可見：雖然溫度相同，但由于是實際氣體比容不同，熱力學能值也不同。2.根據(jù)式(3-31)可知：在定壓過程中dh=cpdT。這對任何物質都適用，只要過程是定壓的。如果將此式應用于水的定壓汽化過程，則得dh=cpdT=0（因為水定壓汽化時溫度不變，dT=0）。然而眾所周知,水在汽化時焓是增加的(dh>0)。問題到底出在哪里?[答]：的確，dh=cpdT可用于任何物質，只要過程是定壓過程。水在汽化時，壓力不變，溫度也不變，但仍然吸收熱量（汽化潛熱）吸熱而不改變溫度，其比熱應為無窮大，即此處的亦即為，而。此時＝不定值，因此這時的焓差或熱量（潛熱）不同通過比熱和溫差的乘積來計算。3.物質的臨界狀態(tài)究竟是怎樣一種狀態(tài)？[答]：在較低壓力下，飽和液體和飽和蒸汽雖具有相同的溫度和壓力，但它們的密度卻有很大的差別，因此在重力場中有明顯的界面（液面）將氣液兩相分開，隨著壓力升高，兩飽和相的密度相互接近，而在逼近臨界壓力（相應地溫度也逼近臨界溫度）時，兩飽和相的密度差逐漸消失。流體的這種汽液兩相無法區(qū)分的狀態(tài)就是臨界狀態(tài)。由于在臨界狀態(tài)下，各微小局部的密度起伏較大，引起光線的散射形成所謂臨界乳光。4.各種氣體動力循環(huán)和蒸汽動力循環(huán)，經(jīng)過理想化以后可按可逆循環(huán)進行計算，但所得理論熱效率即使在溫度范圍相同的條件下也并不相等。這和卡諾定理有矛盾嗎？[答]：并不矛盾，雖然經(jīng)過理想化的各種循環(huán)都可以按可逆循環(huán)計算，但甚至在相同的溫度范圍內（指循環(huán)最高溫度和最低溫度之間）也不一定具有相同的熱效率。原因是吸熱過程和防熱過程并不都是在最高溫度和最低溫度下進行的，因而可能具有不同的平均吸熱溫度和平均放熱溫度。所以循環(huán)熱效率也可以不同?？ㄖZ定理則是專對在最高溫度下吸熱和在最低溫度下放熱的可逆循環(huán)（包括卡諾循環(huán)和回熱卡諾循環(huán)）而言的。5.能否在蒸汽動力循環(huán)中將全部蒸汽抽出來用于回熱（這樣就可以取消凝汽器，Q2=0），從而提高熱效率？能否不讓乏汽凝結放出熱量Q2，而用壓縮機將乏汽直接壓入鍋爐，從而減少熱能損失，提高熱效率？[答]：不能在蒸汽動力裝置中將全部蒸汽抽出來，用于回熱。因為鍋爐給水吸收不了這么大的回熱量，回熱的抽氣量是由熱平衡方程確定的，通常只占汽輪機中蒸汽流量的小部分，也不能將乏汽直接壓入鍋爐，由于不可逆性的存在，如果這樣做，所需的壓縮功將超過蒸汽在汽輪機中膨脹作出功，整個裝置不僅無動力輸出，反而消耗動力，因而不可能起到節(jié)能和提高熱效率的作用。習題7-1利用水蒸氣的焓熵圖填充下列空白：狀態(tài)p/MPat/oCh/(kJ/kg)s/[kJ/(kgK)]干度x/%過熱度D/oC1550034346.975——23520.3133.525506.56591.9——31.018025246.086.7——40.014723457.40590——5440032126.77——1507-2已知下列各狀態(tài)：（1）p=3MPa，t=300℃；（2）p=5MPa，t=155℃；（3）p=0.3MPa，x=0.92。試利用水和水蒸氣熱力性質表查出或計算出各狀態(tài)的比體積、焓、熵和熱力學能。[解](1)；；(2)；；(3)由，查飽和水蒸氣表（附表7）得：，；；；所以7-3試利用計算機，通過對式（7-2）的計算，列出一個從三相點到臨界點飽和蒸汽壓隨溫度變化的關系表（從0℃開始，溫度間隔取10℃），并與附表6中的數(shù)據(jù)對照。[答案]:從略7-4某鍋爐每小時生產10t水蒸氣，其壓力為1MPa，溫度為350℃。鍋爐給水溫度為40℃，壓力為1.6MPa。已知鍋爐效率為煤的發(fā)熱量Hv=29000kJ/kg。求每小時的耗煤量。[解]：由，，查未飽和水（附表8），得由，，查過熱蒸氣（附表8），得所以煤發(fā)熱由熱量平衡，可得7-5過熱水蒸氣的參數(shù)為：p1=13MPa、t1=550℃。在蒸汽輪機中定熵膨脹到p2=0.005MPa。蒸汽流量為每小時130t。求蒸汽輪機的理論功率和出口處乏汽的濕度。若蒸汽輪機的相對內效率，求蒸汽輪機的功率和出口處乏汽的濕度，并計算因不可逆膨脹造成蒸汽比熵的增加。[解]：查水蒸氣的h-s表計算如下：由，，查附表（附表8），得；由，查飽和蒸氣表（附表7）得2s點各參數(shù)為：；；；；；則所以理論功率實際功率為求2狀態(tài)點的干度必先求出，可由相對內效率定義求得不可逆損失造成的蒸汽比熵增加為：所以7-6一臺功率為200MW的蒸汽輪機，其耗汽率d=3.1kg/(kWh)。乏汽壓力為0.004MPa，干度為0.9，在凝汽器中全部凝結為飽和水（圖7-27）。已知冷卻水進入凝汽器時的溫度為10℃，離開時的溫度為18℃；水的比定壓熱容為4.187kJ/（kgK），求冷卻水流量。[解]先求每小時的蒸汽流量由，x=0.9附表7,得根據(jù)熱量平衡方程即所以圖7－277-7已知朗肯循環(huán)的蒸汽初壓p1=10MPa，終壓p2=0.005MPa；初溫為：（1）500℃、（2）550℃。試求循環(huán)的平均吸熱溫度、理論熱效率和耗汽率[kg/（kW·h）]。[答案]（1）528.45K，42.09%，2.651kg/(kW.h)（2）542.75K，43.62%，2.483kg/(kW.h)7-8已知朗肯循環(huán)的初溫t1=500℃，終壓p2=0.005MPa。初壓為：（1）10MPa、（2）15MPa。試求循環(huán)的平均吸熱溫度、理論熱效率和乏汽濕度。[答案]（1）528.45K，42.09%，22.8%(2)538.35K，43.15%，25.9%*7-9某蒸汽動力裝置采用再熱循環(huán)。已知新汽參數(shù)為p1=14MPa、t1=550℃，再熱蒸汽的壓力為3MPa，再熱后溫度為550℃，乏汽壓力為0.004MPa。試求它的理論熱效率比不再熱的朗肯循環(huán)高多少，并將再熱循環(huán)表示在壓容圖和焓熵圖中。[答案]2.17%4.68%*7-10某蒸汽動力裝置采用二次抽汽回熱。已知新汽參數(shù)為p1=14MPa、t1=550℃，第一次抽汽壓力為2MPa，第二次抽汽壓力為0.16MPa，乏汽壓力為0.005MPa。試問：（1）它的理論熱效率比不回熱的朗肯循環(huán)高多少？（2）耗汽率比朗肯循環(huán)增加了多少？（3）為什么熱效率提高了而耗汽率反而增加呢？[答案]（1）4.47％10.97％（2）0.43kg/(kW.h)17.27%(3)因為抽氣凝結放出的熱量加熱給鍋爐給水，使水在鍋爐里吸熱減少（低溫吸熱段沒有了）從而提高了循環(huán)的平均吸熱溫度即，而不變所以熱效率由兩次抽汽使最后在汽輪機里膨脹做功的蒸汽量由原來1kg減少為，所以還要做出原來那么多功的話，雖然消耗的熱量比原來少了，但是其蒸汽耗量卻必然要增加。第八章制冷循環(huán)思考題1.利用制冷機產生低溫，再利用低溫物體做冷源以提高熱機循環(huán)的熱效率。這樣做是否有利？[答]：這樣做必定不利，因為雖然低溫物體作冷源可以提高熱及循環(huán)的熱效率，多獲得功，但是要造成這樣的低溫冷源，需要制冷機，需要耗功，由于不可逆性的存在，制冷機消耗的功必然大于熱機多獲得的功，因此，這樣做是得不償失的。2.如何理解空氣壓縮制冷循環(huán)采取回熱措施后，不能提高理論制冷系數(shù)，卻能提高實際制冷系數(shù)？[答]：參見圖a，沒有回熱的循環(huán)為12341,有回熱的循環(huán)為1r2r53r41r。采用回熱循環(huán)后，在理論上制冷能力為q2（過程4→1的吸熱量）以及循環(huán)消耗的凈功和向外界派出的熱與沒有回熱的循環(huán)相比，顯然都沒有變（Wor=Wo,q1r=q）所以理論制冷系數(shù)也沒有變（εr=ε）。但是采用回熱后，循環(huán)的增壓比降低了，從而使壓氣機耗功和膨脹機做功減少了同一數(shù)量，這也減輕了壓氣機和膨脹機的工作負擔，使它們在較小的壓力范圍內工作，因而機器可以設計得比較簡單而輕小，另外，如果考慮到壓氣機和膨脹機的不可逆性（圖b）那么采用回熱壓氣機少消耗的功將不是等于而是大于膨脹機少作出功。因而制冷機實際消耗的凈功將會減少。同時，每kg空氣的制冷量也相應地有所增加（如b圖中面積a所示）所以采用回熱措施能提高空氣壓縮制冷循環(huán)的實際制冷系數(shù)，因而這種循環(huán)在深度制冷，液化氣體等方面獲得了實際應用。圖a圖b圖a圖b3.參看圖8-13。如果蒸氣壓縮制冷裝置按1'2'351'運行，就可以在不增加壓氣機耗功的情況下增加制冷劑在冷庫中的吸熱量(由原來的h1h4增加為h1h5)，從而可以提高制冷系數(shù)。這樣考慮對嗎？[答]：不對。因為要實現(xiàn)定壓冷卻過程3→5，就需要一定的制冷量(h3—h5)，這冷量只能來自冷庫，因而冷庫的制冷量將減少，這減少量恰好等于由定壓冷卻過程取代節(jié)流過程帶來的制冷量的增加：所以，這樣做在理論上并無得益，而實際上不僅增加了設備的復雜性（由簡單的節(jié)流閥變成較復雜的換熱器）。還會由于換熱器存在的損失而導致實際制冷系數(shù)的降低。習題8-1（1）設大氣溫度為30℃，冷庫溫度分別為0℃、-10℃、-20℃，求逆向卡諾循環(huán)的制冷系數(shù)。（2）設大氣溫度為－10℃，供熱溫度分別為40℃、50℃、60℃，求逆向卡諾循環(huán)的供熱系數(shù)。[解]：（1）逆向卡諾循環(huán)的制冷系數(shù)由(8-2)式得：可見，當T0一定時，TR愈低，愈小。(2)逆向卡諾循環(huán)的供熱系數(shù)由(8-4)式得：可見，當T0一定時，TH愈高，愈小，且。8-2已知大氣溫度為25℃，冷庫溫度為-10℃，壓氣機增壓比分別為2、3、4、5、6。試求空氣壓縮制冷循環(huán)的理論制冷系數(shù)。在所給的條件下，理論制冷系數(shù)最大可達多少（按定比熱容理想氣體計算）？[解]：空氣壓縮制冷循環(huán)的理論制冷系數(shù)可由(8-5)式求得：時，時，時，時，時，可見，當，8-3大氣溫度和冷庫溫度同習題8-2。壓氣機增壓比為3，壓氣機絕熱效率為82%，膨脹機相對內效率為84%，制冷量為。求壓氣機所需功率、整個制冷裝置消耗的功率和制冷系數(shù)（按定比熱容理想氣體計算）。[解]：由例8-1可知，考慮了壓氣機和膨脹機不可逆損失的空氣壓縮制冷循環(huán)的實際制冷系數(shù)可由下式求得：每kg空氣吸熱量空氣流量壓氣機所需功率膨脹機所做功率制冷循環(huán)消耗的功率8-4某氨蒸氣壓縮制冷裝置（參看圖8-10），已知冷凝器中氨的壓力為1MPa，節(jié)流后壓力降為0.2MPa，制冷量為，壓氣機絕熱效率為80%。試求：（1）氨的流量；（2）壓氣機出口溫度及所耗功率；（3）制冷系數(shù)；（4）冷卻水流量[已知冷卻水經(jīng)過氨冷凝器后溫度升高8K，水的比定壓熱容為4.187kJ/(kgk)]。[解]：參考圖8-10、8-11及8-12，由，查圖得由沿等熵線向上與線交于點查得因為：則（查lgP-h圖）(1)氨的流量：(2)壓氣機出口溫度及耗功率：：由等焓線與等壓線交點，查lgP-h圖可得：(3)制冷系數(shù)理論：實際：(4)冷卻水流量冷卻水帶走的熱量應等于氨氣放出的熱量，即由熱平衡方程得：可見所需冷卻水量是相當大的。8-5習題8-4中的制冷裝置在冬季改作熱泵用。將氨在冷卻器中的壓力提高到1.6MPa，氨凝結時放出的熱量用于取暖，節(jié)流后氨的壓力為0.3MPa，壓氣機功率和效率同上題。試求：（1）氨的流量；（2）供熱量（kJ/h）；（3）供熱系數(shù)；（4）若用電爐直接取暖，則所需電功率為若干？[解]：由查附錄圖Ⅰ得：；；(1)氨的流量：可由壓氣機功率及效率反求出氨的流量(2)供熱量(3)供熱系數(shù)理論：實際：(4)若用電爐直接取暖，則需耗電為34.70kW，而用熱泵只需使用壓氣機功率為8.94Kw,比較可見，采用熱泵所耗電能僅為電爐直接取暖所耗電能的四分之一，顯然用熱泵取暖是經(jīng)濟可行的。8-6以R134a為制冷劑的冰箱（蒸氣壓縮制冷），已知蒸發(fā)溫度為250K，冷凝溫度為300K，壓縮機絕熱效率為80%，每晝夜耗電1.5kWh。試利用壓焓圖計算：（1）制冷系數(shù)；（2）每晝夜制冷量；（3）壓縮機的增壓比及出口溫度。[解題思路提示]在壓焓圖上，查出冷凝溫度和蒸發(fā)溫度所對應的冷凝壓力和蒸發(fā)壓力，二者相比即為壓縮機的增壓比；在壓焓圖