第六章-第七章.doc

第六章
思考题
1. 试画出简单蒸汽动力装置的系统图、简单蒸汽动力循环的p-v图与T-s图。
2. 既然利用抽气回热可以提高蒸汽动力装置循环的热效率，能否将全部蒸汽抽出来用于回热？为什么回热能提高热效率？
答：采用回热措施，虽然对每kg蒸汽来说做功量减少，但抽汽在凝结时所放出的潜热却全部得到的利用，进入锅炉给水温度提高了，使每kg工质在锅炉中吸收的热量大为减少，因此，提高了循环效率。但抽汽量不是越多越好，是根据质量守恒和能量守恒的原则确定的。
3. 蒸汽动力装置循环热效率不高的原因是冷凝器放热损失太大，如取消冷凝器而用压缩机将乏气直接升压送回锅炉是否可以？
答：乏气如果是水汽混合的，则不能进行压缩。如果全部是气体进行压缩，则体积流量太大，需要采用大尺寸的机器设备，是不利的。
4. 卡诺循环优于相同温度范围的其它循环，为什么蒸汽动力循环不采用卡诺循环？
答：与郎肯循环相同温限的卡诺循环，吸热过程将在气态下进行，事实证明气态物质实现定温过程是十分困难的，所以过热蒸汽卡诺循环至今没有被采用。那么，能否利用饱和区（气液两相区）定温定压的特性形成饱和区的卡诺循环，从原理上看是可能的，但是实施起来，有两个关键问题，一是，汽轮机出口位于饱和区干度不高处，湿度太大使得高速运转的汽轮机不能安全运行，同时不可逆损失增大，其二，这样的卡诺循环，压缩过程将在湿蒸汽区进行，气液混和工质的压缩会给泵的设计和制造带来难以克服的困难，因此迄今蒸汽动力循环未采用卡诺循环。
5. 如果柴油机在使用过程中，喷油嘴保养不好，致使燃油雾化不良，燃烧延迟，问此时柴油机的经济性如何？
答：燃烧延迟，没有充分膨胀便开始排气，这将使热效率显著降低，且排气冒黑烟，这是很不好的。
6. 今有两个内燃机的混合加热循环，它们的压缩比、初态、总的加热量相同，但两者的定容升压比λ不同，（1）请在p-v图与T-s图上表示出这两个循环的相对位置；（2）利用T-s图定性地比较这两个循环的热效率。
7. 燃气轮机装置循环与内燃机循环相比有何优点？为什么前者的热效率低于后者？
答：燃气轮机与内燃机相比，没有往复运动机构，可以采用很高的转速，并且可以连续进气，因而可以制成大功率的动力装置。但要保持燃气轮机长期安全运行，必须限制燃气进燃气轮机时的最高温度，目前为700—800°C，所以效率比较低。
8. 试述动力循环的共同特点。
答：有工质在高温热源吸热，在低温热源放热，并对外输出功。
习题
6-1 解：①1点：P1=4MPa, t1=400°C
查表得：h1=3215.71kJ/kg, s1=6.773kJ/(kg.K)
2点：s2=s1=6.773kJ/(kg.K), P2=4KPa
查表得：h2=2040.13kJ/kg, x =0.789
3(4)点：由P3=P2=4KPa
查表得：h3=121.29kJ/kg
吸热量：q1=h1-h3=3215.71－121.29=3094.42kJ/kg
净功量：wnet=h1-h2=3215.71－2040.13=1175.58kJ/kg
热效率：h===37.99%
干度：x=0.789
②1点：由P1=4MPa, t1=550°C
查表得：h1=3558.58kJ/kg, s1=7.233kJ/(kg.K)
2点：由s2=s1=7.233kJ/(kg.K), P2=4kPa
查表得：h2=2179.11kJ/kg, x=0.846
3(4)点：由P3=4kPa,
查表得: h3=121.29kJ/kg
吸热量：q1=h1－h3=3558.58－121.29=3437.29kJ/kg
净功量：wnet=h1－h2=3558.58-2179.11=1379.47kJ/kg
热效率：h===40.13%
干度：x=0.846
6-2 解： 1点：由P1=13MPa, t1=535°C 得：
h1=3430.18kJ/kg, s1=6.559kJ/(kg.K)
5点：由s5=s1=6.559kJ/(kg.K), 得：
P5=1.082MPa ，h5=2779.07kJ/kg
点：由 得：

2点：由 ， P2=7KPa 得：
h2=2430.67kJ/kg，x2=0.941
3(4)点：由P3=P2 得：
h3=163.38kJ/kg
吸热量：

净功量：

热效率：

6-3 解： 1点：由P1=6MPa, t1=560°C 得：
h1=3562.68kJ/kg, s1=7.057kJ/(kg.K)
2点：由s2=s1, P2=6kPa 得：
h2=2173.35kJ/kg, x=0.8369
3(4)点：由P3=P2 得：
h3=151.5kJ/kg
吸热量 ：
q1=h1－h3=3562.68－151.5=3411.18kJ/kg
净功量：
wnet=h1-h2=3562.68-2173.35=1389.33kJ/kg
热效率：

6-4 解： 1点：由P1=10MPa, t1=400°C 得：
h1=3099.93kJ/kg, s1=6.218kJ/(kg.K)
a点：由sa=s1, Pa=2MPa 得：
ha=2739.62kJ/kg
2点：由s2=sa,P2=0.05MPa 得：
h2=2157.95kJ/kg, x=0.788
3(4)点：由P3=P2 得：
h3=340.58kJ/kg
5(6)点：由P5=Pa 得：
h5=908.57kJ/kg
抽汽量：

热效率：

轴功：
ws=(h1-h5) h=(3099.93-908.57) 0.3671=804.45kJ/kg
6-5 解：（1）循环热效率为：

（2）1到2为可逆绝热过程，所以有：

2到3为定容吸热过程，所以有：

3到5为可逆绝热过程，又因为：

所以有：

放热过程为定压过程，所以循环的放热量为：

所以循环的热效率为：

之所以不采用此循环，是因为实现气体定容放热过程较难。
6-6 解: (1)k=1.4
循环热效率为：

压缩过程为可逆绝热过程，所以有：

(2)k=1.3
循环热效率为：

压缩过程为可逆绝热过程，所以有：

6-7 解: 循环热效率为：

每kg空气对外所作的功为：

所以输出功率为：

6-8 解:1到2为可逆绝热过程，所以有：

2到3为定容过程，所以有：

所以定容增压比为：

3到4为定压过程，所以有：

所以预胀比为：

所以循环热效率为：

所以循环的净功为：

6-9 解：首先求出压缩比、定容增压比和预胀比：
1到2为绝热压缩过程，所以有：

2到3为定容加热过程，所以有：

5到1为定容过程，所以有：

3到4为定压过程，所以有：

所以循环热效率为：

相同温度范围卡诺循环的热效率为：

6-10 解:(1) l=1.5
由1到2的压缩过程可看作可逆绝热压缩过程，所以有：

由2到3的过程为定容加热过程，所以：

由于循环的加热量已知，所以有：

由3到4为定压过程，所以有：

所以预胀比为：

所以热效率为：
(2) l=1.75
由1到2的压缩过程可看作可逆绝热压缩过程，所以有：

由2到3的过程为定容加热过程，所以：

由于循环的加热量已知，所以有：

由3到4为定压过程，所以有：

所以预胀比为：

所以热效率为：
(3) l=2.25
由1到2的压缩过程可看作可逆绝热压缩过程，所以有：

由2到3的过程为定容加热过程，所以：

由于循环的加热量已知，所以有：

由3到4为定压过程，所以有：

所以预胀比为：

所以热效率为：
6-11 解:压缩过程可看作可逆绝热压缩过程，所以有：

6-12 解: 根据理想绝热过程得过程方程，可得：

所以压气机所耗轴功：

燃气轮机所作轴功：

输出净功：

热效率：

6-13 解: 根据理想绝热过程得过程方程，可得：

所以有：

热效率为：

第七章
思考题
1. 什么情况下必须采用多级压缩？多级活塞式压缩机为什么必须采用级间冷却？
答：为进一步提高终压和限制终温,必须采用多级压缩。和绝热压缩及多变压缩相比，定温压缩过程，压气机的耗功最小，压缩终了的气体温度最低，所以趋近定温压缩是改善压缩过程的主要方向，而采用分级压缩、中间冷却是其中一种有效的措施。采用此方法，同样的压缩比，耗功量比单级压缩少，且压缩终温低，温度过高会使气缸里面的润滑油升温过高而碳化变质。理论上，分级越多，就越趋向于定温压缩，但是无限分级会使系统太复杂，实际上通常采用2－4级。同时至于使气缸里面的润滑油升温过高而碳化变质,必须采用级间冷却。
2. 从示功图上看，单纯的定温压缩过程比多变或绝热压缩过程要多消耗功，为什么还说压气机采用定温压缩最省功？
答：这里说的功是技术功，而不是体积功，因为压缩过程是可看作稳定流动过程，不是闭口系统，在p-v图上要看吸气、压缩和排气过程和p轴围成的面积，不是和v轴围成的面积。
3. 既然余隙不增加压气机的耗功量，为什么还要设法减小它呢？
答：有余隙容积时，虽然理论压气功不变，但是进气量减少，气缸容积不能充分利用，当压缩同量的气体时，必须采用气缸较大的机器，而且这一有害的余隙影响还随着增压比的增大而增加，所以应该尽量减小余隙容积。
4. 空气压缩制冷循环能否用节流阀代替膨胀机，为什么？
答：蒸汽制冷循环所以采用节流阀代替膨胀机，是因为液体的膨胀功很小，也就是说液体的节流损失是很小的，而采用节流阀代替膨胀机，成本节省很多，但是对于空气来说，膨胀功比液体大的多，同时用节流阀使空气的熵值增加很大，从T-s图上可以看出，这样使吸热量减少，制冷系数减少。
5. 绝热节流过程有什么特点？
答：缩口附近流动情况复杂且不稳定，但在缩口前后一定距离的截面处，流体的流态保持不变，两个截面的焓相等。对于理想气体，绝热节流前后温度不变。
6. 如图7-15(b)所示，若蒸汽压缩制冷循环按 运行，循环耗功量没有变化，仍为h2-h1，而制冷量则由h1-h4增大为h1-h5,这显然是有利的，但为什么没有被采用？
答：如果按运行，很难控制工质状态，因此采用节流阀，经济实用。
7. 热泵与制冷装置有何区别？
答：热泵和制冷装置都是从低温热源吸热，向高温热源放热。但热泵为供热，而制冷装置是为制冷。
8. 使用制冷装置可以获得低温，有人试图以制冷装置得到的低温物质作为热机循环中的低温热源，达到扩大温差，提高热机循环热效率的目的，这种做法是否有利？
答：没有利处。这是因为在这种情况之下，总的循环热效率是由热机循环效率和制冷装置效率相乘得到的，虽然热机效率增加，但总的循环效率是降低的。
9. 在图7-15(b)中，有人企图不用冷凝器，而使状态2的工质直接进行绝热膨胀降温，然后去冷库吸热制冷，这是否可行？为什么？
答：不可行，直接进行绝热膨胀降温，如果是定熵过程，那么回到了初态，当然不可能去冷库吸热制冷了。
习题
7-1 解：(1)绝热压缩：

(2)定温压缩：

(3)多变压缩：

7-2 解：(1) 绝热压缩：

(2) 等温压缩：

(3)多变压缩：

7-3 解：首先求多变指数

每秒钟带走的热量=
7-4 解：如果采用一级压缩，则压气机的排气温度为：

所以必须采用多级压缩，中间冷却的方法。
如果采用二级压缩，最佳压缩比为：

所以中间压力为：

各级排气温度相同，等于：

二级压缩所需的技术功为：

7-5 解：求多变指数n：

所以功率为：

7-6 解：查表得到：
h1=1670kJ/kg P1=0.29MPa
h2=1789kJ/kg P2=1.5MPa
h4=h3=489kJ/kg
吸热量：
q2=h1-h4=1181kJ/kg
流量：

耗功：

功率：

7-7 解：(1) 可逆绝热压缩
压气机所需的技术功为：

功率：

压气机出口温度：

(2) 压气机的绝热效率为0.85
功率：

7-8 解： 制冷系数：

膨胀机出口温度：

制冷量：

放热量：

耗功：

7-9 解：因为制冷系数为：

制冷量：

供热系数：

供热量：

7-10 解：查表得到：
h3=h4=536kJ/kg
h1=1532kJ/kg h2=1703kJ/kg
流量：

制冷量：

7-11 解：查表得到：
h1=1670kJ/kg h2=1820kJ/kg
h3=h4=512kJ/kg
由
得流量为：
m=
耗功：

供热系数：

电炉功率：

7-12 解: 供热系数：

耗功率：

7-13 解：查表得到：
h1=495kJ/kg h2=540kJ/kg
h3=h4=240kJ/kg

流量：

功率：

7-14 解：(1)室内温度20°C
查表得到：
h1=500kJ/kg h2=525kJ/kg
h3=h4=225kJ/kg

(2)室内温度为30°C：
查表得到：
h2=550kJ/kg
h3=h4=240kJ/kg
所以，应该保持室内温度为20°C。

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