4-1已知：水流入锅炉时的焓为,蒸汽流出时的焓为,蒸发...

4-1已知：水流入锅炉时的焓为,蒸汽流出时的焓为,蒸发... 4-1已知:水流入锅炉时的焓为，蒸汽流出时的焓为，蒸发量H,62.7kJ/kgH,2717kJ/kg12为，锅炉效率为，煤的发热量为 v,4.5t/h=4500kg/hQ,29260kJ/kg,,70% 求:每小时煤的消耗量 m,? 解:煤发热的有效部分用来使水蒸发，则 vHH(),21,, mQ 所以 vHH()4500(271762.7),，,21m,,,583.2kg ,Q70%29260， 4-20一发明者声称他了一台热机，热机消耗热值为的油料，其产42000kJ/kg0.5kg/min W,170kW生的输出功率为，规定这热机的高温与低温分别为，试判断TT,,670K,330K12此设计是否合理。 T3302,,,,=1-10.5075解析:根据热力学第二定律，可逆机效率 T6701 0.5高温热源放出的热量为，则设计者提出该机器的实际效率为Q,，42000=350kW160 ,W170,,,,,,,0.4857 Q3501 因此，该设计是合理的。 o5o4-26一车间要利用的空气和一的液氮来产生 26.7C6.910Pa，，,195.95C o5的低温空气。拟采取的有两个: 20kJ/s,162.05C1.3810Pa,，， 5o?空气先经节流阀节流膨胀到，再经冷却器，用液氮冷却至所需温度; 1.3810Pa，,162.05C ?不采用节流膨胀，而是使空气先在等熵效率为80%的透平机中膨胀做功，然后再进入换 热器冷却。 试求:?、?二方案中冷却器的热负荷以及过程的熵增，并做比较。 7解:将空气视为理想气体，其比恒压热容为CR, p2 TT,，,,,,273.1526.7299.85K,273.15162.05111.10K12 555节流膨胀液氮降温? 26.7C,6.910Pa26.7C,1.3810Pa162.05C,1.3810Pa，,,,,,，,,,,,,， 55节流膨胀6.910Pa1.3810Pa，,,,,,， o26.7C p1.382,,,,,,,,，,,HQSR00,ln8.314ln13.381J/(molK)， p6.91 液氮降温26.7C162.05C,,,,,, 51.3810Pa， 7QHCTT,,,,,，，,,, ()8.314(111.10299.85)5492.4J/molp212 T7111.102,,,，，,,,SCln8.314ln28.891J/(molK) pT2299.851 过程的总熵变为 ,,,,,,S13.38128.89115.510J/(molK)空气释放的总热量为 Q,,,,05492.45492.4J/mol 冷却器的热负荷为 Q,5492.4J/mol 555绝热膨胀液氮降温? 26.7C,6.910Pa?,1.3810Pa162.05C,1.3810Pa，,,,,,,，,,,,,,，T 55绝热膨胀 26.7C,6.910Pa?,1.3810Pa，,,,,,,，T假设空气在透平机中做可逆绝热膨胀，则 ,p7T2, ,,,,SRRlnln02Tp11 2/72/7,,p1.38,,2,TT,,，,299.85190.11K ,,1,,p6.9,,1,, 5,可逆绝热膨胀功为 WCTT,,,，，,,,()8.314(190.11299.85)2280.9J/molRV12 实际不可逆的膨胀功为 WW,,，,,,,80%(2280.9)1824.7J/molSR 因过程绝热 ,,,,HW1824.7J/molQ,0S ,,,HCTT() p1 ,,H1824.7实际中间态的温度为 TT,，,，,299.85237.14K1C3.58.314，p 膨胀过程的熵变为 p7T2,,,SRRlnln2Tp11 7237.141.38 ,，，,，8.314ln8.314ln2299.856.9 ,,，6.82713.381 ,,6.554J/(molK) 液氮降温TT,,,,, 521.3810Pa， 7QHCTT,,,,,，，,,, ()8.314(111.10237.14)3667.7J/molp22 T77111.102 ,,,，，,,,SRln8.314ln22.064J/(molK)22237.14T 过程的总熵变为 ,,,,,,S6.55422.06415.510J/(molK)空气释放的总热量为 Q,,,,03667.73667.7J/mol冷却器的热负荷为 Q,3667.7J/mol ?、?二方案总熵变相等，方案?冷却器的热负荷更小。 4-28有一锅炉，燃烧气的压力为1.013MPa，传热前后温度为及。水在1127C537C 55p,，6.89010Pa、下进入，以p,，6.89010Pa、的过热蒸汽送出。设燃烧气的149C260CC为，试求该传热过程的损失功。 4.56kJ/(kgK),p 解:环境温度取常温T,25C，则传热过程的损失功的计算公式为。 WTS,,0Lt0 1.013MPaoo? 1燃烧气 1127C537C,4.56kJ/(kgK),,,,,,,Cp1 810.15KC810.15p1 ,,,，,,,SdT4.56ln2.4948kJ/(kgK)1,1400.15KT1400.15 5oo6.89010Pa，2水 149C260C,,,,,? 55o?查附录四表B得，的饱和水的温度为，所以、p,，6.89010Pa6.89010Pa，T,164.33C o的水为液体水，液态水的为。 C4.2kJ/(kgK),149Cp 5oo6.89010Pa， 149C164.33C,4.2kJ/(kgK),,,,,,,,,Cp2 437.48KC437.45p2 ,,,，,,SdT4.2ln0.1498kJ/(kgK),422.15KT422.15 437.48KQHCdT,,,,，,,4.2(437.48422.15)64.39kJ/kg吸收的热量为 p2,422.15K 5oo6.89010Pa， 164.33C260C,,,,,,,? 5o查附录四表B得，的饱和水的熵、焓值分别为 pT,，,6.89010Pa,164.33C 。 SH,,,1.9855kJ/(kgK),694.29kJ/kg 5o查附录四表C得，的过热蒸汽的熵、焓值分别 pT,，,6.89010Pa,260C 。 SH,,,7.1528kJ/(kgK),2970.4kJ/kg ,,,,,S7.15281.98555.1673kJ/(kgK)吸收的热量为 QH,,,,,2970.4694.292276.1kJ/kg故 ,,，,,S0.14985.16735.3171kJ/(kgK)2 Q,2276.1+64.39=2340.5kJ/kg2 ?以水为基准，每水对应天然气的质量为，对锅炉做能量衡算 1kg1kgmkg mCTTQ(),, p1122 m，，,,4.56(1127537)2340.5 m,0.87 因此 ,,,，,,，,，,,SmSS0.87(2.4948)5.31713.1466kJ/(kgK)水 t12 传热过程的损失功为 WTS,,,，，,(273.1525)3.1466938.17kJ/kg水Lt0 附:数值查取与处理的明细表格 55，10Pa5.07.0，10Pa C6.8902407.23077.06412607.30867.1437C5，10Pa2807.38657.2233C kJ/(kgK),7.1528S 55，10Pa，10Pa kJ/(kgK),S55，10Pa，10Pa5.07.0 C6.8902402855.42932.22602897.22974.7C52802939.03017.1C，10Pa HkJ/kg2970.4 kJ/kg5，10PakJ/kgkJ/(kgK),SH5，10PaC6.8906.00158.91.9312670.56164.331.9855694.2955，10Pa，10Pa7.00165.01.9922697.22CC 4-34 、的过热蒸汽经过渐缩喷嘴绝热膨胀至，其等熵效率为90%。计673K1.5MPa0.1MPa算此膨胀过程中有效能的损失和有效能效率。设环境状态为。 Tp,,298K1.013MPa，00 绝热膨胀673K,1.5MPa0.1MPa,,,,,,解: 查附录四表C得，的过热蒸汽的焓、熵分别为 pT,,1.5MPa,673K11 HS,,,3255.8kJ/kg,7.2690kJ/(kgK)11 W实际功S,,,等熵效率的定义式为 S理想功WSR 若过热蒸汽在渐缩喷嘴中作可逆绝热膨胀，则熵值不变，当膨胀到时的熵为p,0.1MPa2,,S=7.2690kJ/(kgK),H,2641.8kJ/kg。从蒸汽表查出这时的焓值为，由此得到 22 ,WHH,,,,,,2641.83255.8614.0kJ/kg SR21 实际输出的轴功为 WW,,，,,,,90%(614.0)552.6kJ/kgSSSR 忽略动能和位能的变化，根据热力学第一定律 ,,，HQWS 因过程绝热， ,,,H552.6kJ/kgQ,0 实际膨胀终态时的焓值为 HHH,,,,,+3255.8552.62703.2kJ/kg21 由和，查得，。 H,2703.2kJ/kgp,0.1MPaT,387KS,,7.4318kJ/(kgK)2222体系的熵变为 ,,,,,,,SSS7.43187.26900.1628kJ/(kgK)21 总熵变为 ,,,,,SS0.1628kJ/(kgK)t 此膨胀过程中有效能的损失为 DTS,,,，,2980.162848.51kJ/kg 0总 有效能效率的定义式为 ,，BBD,DD,,,11,,,,,, ，，，BBBB,,,1 C,,4.2kJ/(kgK)水的比热为，则 p BTSSHH,,,,()()100101 T0 ,,,TCCTTln()pp001T1 298 ,，，,，,2984.2ln4.2(298673)673 ,555.38kJ/kg D48.51,,,,,,110.913有效能效率为 B555.381 4-35某换热器完全保温。热流体的流量为，进、出换热器时的温度分别为q,0.042kg/sm1 oo，其等压热容为。冷流体进、出换热器时的温度分别C,,4.36kJ/(kgK)TT,,150C,35Cp112 oo，其等压热容为。试计算冷流体有效能的变化、损为C,,4.69kJ/(kgK)tT,,25C,110Cp212 失功和有效能效率。 解: 换热器传热示意图 ?由换热器得到能量平衡求出冷流体的流量 qm2 qCTTqCtt()(),,, mpmp11122221 0.0424.36(15035)4.69(11025)，，,,，，,qm2 q,0.0528kg/sm2 o(2)热、冷流体有效能的变化、的计算(环境温度取) T,25C=298.15K,B,B120 ,,,BBB11211 ()() ,,,,HHTSS121101211 T2 ()ln ,,,CTTTCpp12101T1 273.1535，4.36(35150)298.154.36ln ,，,,，，273.15150， 89.14kJ/kg ,, ,,,BBB22221 ()() ,,,,HHTSS222102221 t2 ()ln ,,,CttTCpp22102t1 273.15110，4.69(11025)298.154.69ln ,，,,，，273.1525， 47.91kJ/kg , D?有效能损失的计算 热、冷流体在换热器内流动可看作稳定流动，则 qBqBqBqBD，,,,mmmm111221112222 DqBBqBB,,，,()()mm1111222122 ,,,,,qBqB()mm1122 ,，,，0.04289.140.052847.91 ,,3.7442.530 ,1.214kJ/s功损失=有效能损失，即 W,1.214kJ/sL ?有效能效率的计算 , 热流体所耗费的有效能为3.744kJ/s，冷流体所得到的有效能为2.530kJ/s，故目的有效能效率 2.530为 ,,,0.6763.744 4-42某核电厂的基本操作如下图所示。空气从点1进入压缩机绝热压缩至点2，点2至点3 核电厂装置示意图 空气在核反应堆中进行恒压加热。然后，在涡轮中进行绝热膨胀，点4为涡轮出口点。各点 状况如下: 点1: 点2: Tp,,293K,0.1MPap,0.4MPa112 点3: 点4: Tp,,813K,0.4MPap,0.1MPa334驱动压缩机的来自涡轮，电厂输出的净功为。压缩机和涡轮的等熵效率分别为0.75WWCS 7和0.8。假定空气为理想气体，其CR,。核反应堆可视为923K的恒温热源。环境温度p2 。试对该系统进行热力学分析，即求出各设备的有效能损失和有效能效率。 T,293K0 1mol解:以空气为研究对象，将空气视为理想气体 ?压缩机的有效能损失和有效能效率(环境为的空气) Tp,,293K,0.1MPa00 假如空气在压缩机中作绝热可逆压缩，则 ,,CTpTp72p222,lnlnln0,,,,,,SdTRRR ,T12TpTp111 2/72/7,,p0.4,,2,TT,,，,293435.4K ,,21,,p0.1,,1,, 5,可逆绝热压缩功为 WCTT,,,，，,, ()8.314(435.4293)2960J/molRV212 实际不可逆压缩功为 WW,,，,,0.7529602220J/molCR 因过程绝热 ,,,HW2220J/molQ,0C ,,,HCTT() p21 ,H2220实际终态2的温度为 TT,，,，,293369.3K21C3.58.314，p压缩过程的熵变为 Tp722,,,SRRlnln2Tp11 7369.30.4 ,，，,，8.314ln8.314ln22930.1 ,,6.75811.526 ,,,4.767J/(molK)有效能损失为 DTS,,,，,,,293(4.767)1397J/mol0 状态点2的有效能为 BHHTSS,,,,()()220020 T2 ,,,CTTTC()lnpp200T0 77369.3 ,，，,,，，，8.314(369.3293)2938.314ln22293 ,247.02J/mol ,BB247.02,2,,,,,0.111有效能效率为 ，W2220B,C ?核反应堆的有效能损失和有效能效率(环境为的核反应堆) Tp,,923K,0.4MPa00空气在核反应堆中进行恒压加热，体系的熵变、焓变分别为 T78133,,,，，,,SCln8.314ln22.963J/(molK) syspT2369.32 7 ,,,,，，,,HCTT()8.314(813369.3)12911J/molp322 过程恒压 QH,,,12911J/mol ,,Q12911,,,,,,S13.998J/(molK)环境的熵变为 surT9230 总熵变为 ,,,，,,,,,SSS22.96313.9988.975J/(molK) tsyssur 有效能损失为 DTS,,,，,9238.9758284J/mol0t 流入体系的有效能为 BHHTSS,,,,()()220020 T2 ,,,CTTTC()lnpp200T0 77369.3 ,，，,,，，，8.314(369.3923)9238.314ln22923 ,8491J/mol ,BD8284,,,,,,,,110.0244有效能效率为 ，B8491B,2 ?锅炉的有效能损失和有效能效率(环境为的空气) Tp,,293K,0.1MPa00 绝热膨胀Tpp,,,,,,,,,813K,0.4MPa0.1MPa 334 假如空气在锅炉中作绝热可逆膨胀，则 ,Tp744, ,,,,SRRlnln02Tp33 2/72/7,,p0.1,,4,TT,,，,813547.1K ,,43,,p0.4,,3,, 5,可逆绝热膨胀功为 WCTT,,,，，,,,()8.314(547.1813)5527J/molRV432实际不可逆膨胀功为 WWW，,,，,,,,0.8(5527)4421J/molCSR 因过程绝热 ,,，，,,,,HQWW044214421J/molQ,0CS ,,,HCTT()p43 ,,H4421实际终态4的温度为 TT,，,，,813661.1K43C3.58.314，p 膨胀过程的熵变为 Tp744,,,SRRlnln2Tp33 7661.10.1 ,，，,，8.314ln8.314ln28130.4 ,,，6.01811.526 ,,5.507J/(molK)有效能损失为 DTS,,,，,2935.5071614J/mol0 状态点3的有效能为 BHHTSS,,,,()()330030 T3 ,,,CTTTC()lnpp300T0 77813 ,，，,,，，，8.314(813293)2938.314ln22293 ,6430J/mol ,BD1614,,,,,,,,110.749有效能效率为 ，B6430B,3