p0=0.19 MPa t0=185.7℃
9-11水蒸气的初参数p1= 2MPa，t1＝300℃，经过缩放喷管流入背压pb= 0.1MPa的环境中，喷管喉部截面积20cm2。求临界流速、出口速度、质量流量及出口截面积。
解：h1=3023 kJ/kg，s1=6.765 kJ/(kg.K) pc= 0.546×2=1.092 MPa hc=2881 kJ/kg，vc=2.0 m3/kg h2=2454 kJ/kg，v2=1.53 m3/kg cc=44.72h1?hc?532.9 m/s
c2=44.72h1?h2?1066.7 m/s
质量流量
m?fminccv?0.533 kg /s
cfmv22?c＝76.4cm2
2
9-12解：h1=3231 kJ/kg， 节流后s=7.203 kJ/(kg.K) h2=3148 kJ/kg，v2=0.2335 m3/kg pb/p>0.546 渐缩喷管 c2=44.72h1?h2?407.4 m/s
m?fc2v?0.35 kg /s
2
9-13解：查表得 h2=2736 kJ/kg
由p1= 2MPa等焓过程查表得 x1＝0.97 t1=212.4℃
??t2?t1130?212.4jp2?p1?(0.1?2)?106?43.4K/M
Pa
9-14解:查表得：h1=3222 kJ/kg h2=3066 kJ/kg c2=44.72h1?h2?558.6 m/s
c'2??c2 ＝519 m/s
动能损失：
(1??2)c222?21 kJ/kg
9-15解：?s?cT2vlnT1?Rlnv2v1?0.199
kJ/(kg.K)
（理想气体的绝热节流过程温度相等） 用损
?ex?h1?h2?T0(s1?s2)?T0?s＝
59.7 kJ/kg
9-16解：由cpT1?c21/2?c2pT2?c2/2得
T2?T1(p2k/(k?p1)1)?355K c1?2c2?T1)?c2p(T2/2＝337m/s
10-1蒸汽朗肯循环的初参数为16.5MPa、550℃，试计算在不同背压p2=4、6、8、10及12kPa时的热效率。
解：朗肯循环的热效率
?h1?h2t?h1?h3
h1为主蒸汽参数由初参数16.5MPa、550℃定 查表得：h1=3433kJ/kg
s1=6.461kJ/(kg.K)
h2由背压和s1定 查h-s图得：
p2=4、6、8、10、12kPa时分别为 h2=1946、1989、2020、2045、2066 kJ/kg h3是背压对应的饱和水的焓 查表得。
p2=4、6、8、10、12kPa时饱和水分别为 h3=121.41、151.5、173.87、191.84、205.29 kJ/kg 故热效率分别为：
44.9％、44％、43.35％、42.8%、42.35％
10-2某朗肯循环的蒸汽参数为：t1＝500℃、p2＝1kPa，试计算当p1分别为4、9、14MPa时；（1）初态焓值及循环加热量；（2）凝结水泵消耗功量及进出口水的温差；（3）汽轮机作功量及循环净功；（4）汽轮机的排汽干度；（5）循环热效率。 解：（1）当t1＝500℃，p1分别为4、9、14MPa时初焓值分别为：
h1=3445、3386、3323 kJ/kg 熵为s1=7.09、6.658、6.39 kJ/(kg.K)
p2＝1kPa(s2=s1)对应的排汽焓h2：1986、1865、1790 kJ/kg
3点的温度对应于2点的饱和温度t3=6.98℃、焓为29.33 kJ/kg s3=0.106 kJ/(kg.K)
3`点压力等于p1，s3`=s3， t3`=6.9986、7.047、7.072℃
则焓h3`分别为：33.33、38.4、43.2 kJ/kg
循环加热量分别为：q1=h1-h3`=3411、3347、3279.8 kJ/kg
（2）凝结水泵消耗功量： h3`-h3 进出口水的温差t3`-t3 （3）汽轮机作功量h1-h2 循环净功w0力7 kPa下运行。若忽略泵功，试求：（1）平均加热温度；（2）平均放热温度；（3）利用平均加热温度和平均放热温度计算循环热效率。
解：1点焓和熵分别为：3433kJ/kg、6.529 kJ/(kg.K) 2点焓和熵分别为：2027kJ/kg、6.529 kJ/(kg.K) 3点焓和熵分别查饱和压力下的饱和水表为： 163.38kJ/kg、0.5591 kJ/(kg.K) （1）
平均加热温度
th?h1?h3?547.7K
s1?s3平均放热温度
（2）
tc?h2?h3?312.17K
s2?s3循环热效率
（3）
??1?
tc?43％ th10-4一理想再热循环，用水作为工质，在汽轮机入口处蒸汽的状态为14 MPa、540℃，再热状态为3 MPa、540℃和排汽压力7 kPa下运行。如忽略泵功，试求：（1）平均加热温度；（2）平均放热温度；（3）利用平均加热温度和平均放热温度计算循环热效率。
解：1点焓和熵分别为：3433kJ/kg、6.529 kJ/(kg.K) 3点焓和熵分别查饱和压力下的饱和水表为： 163.38kJ/kg、0.5591 kJ/(kg.K)
再热入口焓B：压力为3 MPa，熵为6.529 kJ/(kg.K)，
hB=2988 kJ/kg
再热出口焓A：hA=3547 kJ/kg，sA=7.347 kJ/(kg.K) 2点焓和熵分别为：2282kJ/kg、7.347 kJ/(kg.K) （4）
平均加热温度
?h1-h2-( h3`-h3)
（4）汽轮机的排汽干度
s2=s1=7.09、6.658、6.39 kJ/(kg.K)
p2＝1kPa对应的排汽干度0.79、0.74、0.71
w0（5）循环热效率??＝
q1初焓值h1 排汽焓h2 焓h3` 焓h3 循环加热3` 3445 3386 3323
10-3一理想朗肯循环，以水作为工质，在循环最高压力为14MPa、循环最高温度540℃和循环最低压
1986 1865 1790 33.33 38.4 43.2 29.33 29.33 29.33 3411 3347 3279.8 4 9.07 13.87 量q1=h1-h耗功th?凝结水泵消量h1?h3?(hA?hB)?564K 进出口汽轮机循环循环热sA?s3水的温作功量净功效率平均放热温度 h3`-h3 （5） 差t3`-t3 h1-h2 w0 1455 1512 1519 （％） tc? 2?h3h?312K 0.0186 s2?s31459 0.092 42.78 45.17 46.74 （6） 0.067 循环热效率1521 1533 tc??1??44.7％ th
10-5某回热循环，新汽压力为10 MPa，温度为400℃，凝汽压力50kPa，凝结水在混合式回热器中被2 MPa的抽汽加热到抽汽压力下的饱和温度后经给水泵回到锅炉。不考虑水泵消耗的功及其他损失，计算循环热效率及每千克工质的轴功。 解：1点焓和熵分别为：h1=3096kJ/kg、s1=6.211 kJ/(kg.K)
排汽2点焓为：h2=2155kJ/kg
3点焓和熵分别查饱和压力下的饱和水表为：h3=340.57kJ/kg
抽汽点4的焓（查2 MPa和s4=s1）：h4=2736 kJ/kg 2 MPa对应的饱和温度212.37℃，h5=908.6 kJ/kg 求抽汽率
h2=2161 kJ/kg 电的耗煤量：
h3=163.38 kJ/kg
m1?P?20000?1?0.85P12?1?h1?h20.36?200020000??0.85h1?h3＝1.96 kg/s＝7.06 t/h 供热煤耗量相同14.06 t/h。 总煤耗：m=7.06+14.06=21.12 t/h
10-7小型供热、供电联合电站，进入汽轮机新蒸汽的压力为1 MPa、温度为200℃，汽轮机供热抽汽压力为0.3 MPa，抽汽通过热交换器后变成0.3 MPa的饱和液体，返回动力循环系统。汽轮机乏汽压力为40kPa。汽轮机需要输出1MW的总功率，而热交换器要求提供500kW的供热率。设汽轮机两段（即抽汽前后）的相对内效率都为0.8。试计算进入汽轮机的总蒸汽量和进入热交换器的抽汽量。 解：0.3 MPa的饱和液体、饱和汽、汽化潜热的焓：
561.4 kJ/kg，2725.5 kJ/kg、2181.8 kJ/kg 进入热交换器的抽汽量：0.23kg/s
新汽焓h1=2827 kJ/kg，s1=6.693 kJ/(kg.K) 排汽焓(s2=s1)h2=2295 kJ/kg 抽汽焓(s3=s1)h3=2604 kJ/kg
??h5?h3908.6?340.57＝0.237 ?h4?h32736?340.57循环功量：
w0?h1?h4?(1??)(h4?h2)?794 kJ/kg
w0w0??36.2％ 热效率：??q1h1?h5
10-6 某厂的热电站功率12MW，使用背压式汽轮机p1＝3.5MPa ，t1＝435℃、p2＝0.8 MPa，排汽全部用于供热。假设煤的发热值为20000kJ/kg，计算电厂的循环热效率及耗煤量。设锅炉效率为85％。如果热、电分开生产，电能由p2＝7kPa的凝汽式汽轮机生产，热能（0.8 MPa的230℃的蒸汽）由单独的锅炉供应，其他条件相同，试比较耗煤量。设锅炉效率同上。
解：1点的焓h1=3303 kJ/kg、s1= 6.957kJ/(kg.K) 排汽点焓（s2=s1）h2=2908 kJ/kg
锅炉进口水焓（0.8 MPa对应的饱和水焓）h3=720.9 kJ/kg 热效率：?总耗煤量：
m1?5002181.8＝
1?103/0.8?m1(h1?h3)乏汽量：m2?＝
h1?h22.25 kg/s
总蒸汽量：m=m1+m2=2.48 kg/s
10-8奥托循环压缩比?＝8，压缩冲程初始温度为27℃，初始压力为97kPa，燃料燃烧当中对工质的传热量为700 kJ/kg，求循环中的最高压力、最高温度、循环的轴功及热效率。设工质k=1.41，cv＝0.73 kJ/(kg.K)。
?h1?h2＝15.3％
h1?h3P12?106m??解：热效率 73??2?10?0.850.153?20000?10?0.851??1?k?1?57.4％
＝4.61kg/s=16.6t/h ?有15.3％的热能发电，发电煤耗为： m1=m??=0.705 kg/s＝2.54 t/h
p2＝7kPa对应的排汽焓和锅炉进口水焓：
轴功：
w?q??401.5kW T2?T1?k?1＝703.7K
最高温度 T3?T2?qc＝1662.6K
vp2?p1?k?1.82MPa
最高压力（定容）
p3?p2T3T2?4.3MPa
10-9狄塞尔循环压缩比?＝15，压缩冲程初始压力为105kPa，初始温度为20℃，循环吸热量为1600 kJ/kg，设工质k=1.41，cp＝1.02kJ/(kg.K)。求循环中各点压力、温度、热效率。 解：2点的压力和温度：
T2?T1?k?1＝889K
p2?p1?k?4.78 MPa
3点压力和温度： p3=p2
T3?qc?T2?2458K p4点的压力和温度：
v4v3?v1v1T2v3?T3??＝5.4
T2v2T3p4?p3(v3v4)k?0.443 MPa
k?1T4?T3(p4kp3)＝1231K
热
效
率：
??v3Tv2?4T1?4.2 ??1??k?1k(??1)?k?1＝52％
10－10燃气轮机进气参数为p1＝0.1MPa、t1＝17℃、?＝8，工质定压吸热终了温度t3＝600℃，设k=1.41，cp＝1.02kJ/(kg.K)。求循环热效率、压气机消耗的功及燃气轮机装置的轴功。
解：循环热效率
??1?1?(k?1)/k=45.3%
p2=
p1?=0.8 MPa
T2?T1?(k?1)/k＝
530K 压
气
机
消
耗
的
功
：
wc?h2?h1?cp(T2?T1)?245 kJ/kg
T4?T3?(k?1)/k＝478K
燃气轮机作功：w1?cp(T3?T4)?403 kJ/kg
燃气轮机装置的轴功
w?w1?wc?158 kJ/kg q1?cp(T3?T2)?350 kJ/kg
??wq1?4
11-1空气压缩致冷装置致冷系数为2.5，致冷量为84600kJ/h，压缩机吸入空气的压力为0.1MPa，温度为-10℃，空气进入膨胀机的温度为20℃，试求：压缩机出口压力；致冷剂的质量流量；压缩机的功率；循环的净功率。 解：压缩机出口压力
??1 故：
(p2)(k?1)/kp1?1p2?p1(1?1)(k/(k?1))?＝0.325 MPa p4pp3?1p2 T3=20+273=293K T4?T3(p4(k?1)/p3)k＝209K
致冷量：q2＝54.5kJ/kg
?cp(T1?T4)＝1.01×（263-209）
致冷量：q2=h1-h5=386-256=130 kJ/kg 每小时的制冷量:Q2=m×q2=12900kJ/h 压缩功：w=h2-h1=430-386=44 kJ/kg
致冷剂的质量流量
m?Q?0.43kg/s 致冷系数:??q2?2.95 q2T2?T1(p21)(k?1)/kp＝368K
压缩功：w1=cp(T2-T1)=106 kJ/kg 压缩功率：P1=mw1=45.6kW 膨胀功：w2= cp(T3-T4)=84.8 kJ/kg 膨胀功率:P2=mw2=36.5kW 循环的净功率:P=P1-P2=9.1 KW
11-2空气压缩致冷装置，吸入的空气p1=0.1MPa，t1=27℃，绝热压缩到p2=0.4MPa，经冷却后温度降为32℃，试计算：每千克空气的致冷量；致冷机消耗的净功；致冷系数。 解：已知T3=32+273=305K
T2?T1(p2)(k?1)/kp1＝446K
T4?T3(p4)(k?1)/kp3＝205K
致冷量：q2?cp(T1?T4)＝1.01×（300-205）
＝96kJ/kg
致冷机消耗的净功: W=cp(T2-T1)－cp(T3-T4)=46.5kJ/kg
致冷系数：??q2w?2.06
11－3蒸气压缩致冷循环，采用氟利昂R134a作为工质，压缩机进口状态为干饱和蒸气，蒸发温度为-20℃，冷凝器出口为饱和液体，冷凝温度为40℃，致冷工质定熵压缩终了时焓值为430kJ/kg，致冷剂质量流量为100kg/h。求：致冷系数；每小时的制冷量；所需的理论功率。
解：在lgp-h图上查各状态点参数。
,p1=0.133MPa h1=386kJ/kg
s1=1.739 kJ/(kg?K) ,p2=1.016 MPa h2=430 kJ/kg ,h3=419 kJ/kg h5=h4=256 kJ/kg
w理论功率P=mw=100×44/3600=1.22kW
11-4用一台氨蒸气压缩致冷机制冰，氨的蒸发温度为-5℃，冷凝温度为30℃，冷凝器中冷却水的进口温度为12℃，出口水温为20℃，欲在每小时内将1000kg0℃的水制成冰，已知冰的融解热为340kJ/kg，试求：该致冷机每小时的制冷量；氨每小时的流量；致冷机的功率；冷却水每小时的消耗量。
解：致冷机每小时的制冷量： Q=1000×340=340000 kJ 在lgp-h图上查各状态点参数。
p1=335.7kPa
h1=1452kJ/kg
s1=5.6856 kJ/(kg?K) p2=1.1686 MPa h2=1620 kJ/kg
h5=h4=343 kJ/kg
致冷量：q2=h1-h5=1114 kJ/kg 氨每小时的流量；m?Qq2＝305.2kg 致冷机的功率：P=mw=m(h2-h1)=14kW 冷凝器热负荷：Q1=m(h2-h4)=390000 kJ/h 冷
却
水
每
小
时
的
消
耗
量
：
m2?Q1c20?12)=1.16×104kg/h
pw(11-5
一台氨致冷装置，其致冷量
Q50?4?10kJ/h，蒸发温度－15℃，冷凝温度
30℃，过冷温度25℃，从蒸发器出口的蒸气为干饱和状态。求（1）理论循环的致冷系数；（2）致冷剂的质量流量；（3）消耗的功率。
解：查表得压力和焓分别为：h1=1400 kJ/kg, p1=0.35MPa, s1=5.75 kJ/(kg?K)
h2=1650
kJ/kg,
p2=1.2MPa,
s2=5.75 kJ/(kg?K),
h3=320
kJ/kg
制冷量：q2=h1-h3=1080 kJ/kg
压缩功：w=h2-h1=250 kJ/kg （1）致冷系数:??q2w?4.32 （2）致冷剂的质量流量：m?Qq＝370kg/h
2（3）消耗的功率P?mw?25.7kW
11-6
11-7一台用氟利昂R134a为致冷剂的蒸汽压缩致冷装置，被用作室内供热，它要求的最大加热量是将标准状况下30m3/min的空气从5℃加热到30℃，冷凝器的最低温度必须较空气的最高温度高20℃，蒸发温度为-4℃。求：热泵的供热负荷；致冷剂流量；所需功率。
解：（1）热泵的供热负荷：
标准状况下30m3/min的空气的质量为：
m??V?1.29?30=38.7kg/min=0.645kg/s Q?mcp?t?0.645?1.01?25?16.3kJ/s
冷凝器温度为30+20＝50℃，蒸发温度为-4℃ 查表得压力和焓分别为：h1=395 kJ/kg, s1=1.725 kJ/(kg?K)
h2=430 kJ/kg,
h3=272 kJ/kg
制热量：q1=h1-h3+h2-h1=158 kJ/kg 压缩功：w=h2-h1=35 kJ/kg （2）致冷剂的质量流量：m?Qq＝0.103kg/s
1（3）消耗的功率P?mw?3.6kW
11-8热泵利用井水作为热源，将20℃的空气8×104m3/h加热到30℃，使用氟利昂R134a为致冷剂，已知蒸发温度为5℃，冷凝温度为35℃，空气的定压容积比热为cp?1.256kJ/(m3?K)，井水
的温度降低7℃，试求理论上必需的井水量、压缩机功率和压缩机的压气量（m3/h）。 解：查表得压力和焓分别为：h1=400 kJ/kg,
h2=420 kJ/kg,
h3=250 kJ/kg
制热量：q1=h2-h3 =170 kJ/kg
吸热量：q2=h1-h3＝150 kJ/kg 压缩功：w=h2-h1=20 kJ/kg 加热空气额热量：Q?macp?t?80000×1.256
×10=1×106kJ/h 致冷剂流量：m?Q3q＝5.88×10kg/h
1必需的井水量：mw=mq2/(4.18*7)=30143 kg/h
压缩机功率:
P?mw?32.6kW
氟利昂R134a在35℃时比容为0.018 m3/kg 压缩机的压气量: 5.88×103/0.018=3.27×105 m3/h 11-9
解：制冷量：Q＝m2×cp×(t2-t1)=1000×4.18×8=3.344×104kJ/min 蒸发器内压力： 1.001(7℃) 冷凝器内压力：4.2 kPa
补充水量：Q/r=3.344×104/2484/0.98=13.7 kg/min
工程热力学课后习题及答案第六版（完整版）
