出口流速：
p0=0.19 MPa t0=185.7℃
9-11水蒸气的初参数p1= 2MPa，t1＝300℃，经过
k?1k(p2)p1k?1k?0.5436
p2T2?T1()p1缩放喷管流入背压pb= 0.1MPa的环境中，喷管喉部
＝543.6K
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=44.72c2=44.72质量流量
c2?44.72cp(T1?T2)?955m/s
c??c2?931 m/s
T2'?T1??(T1?T2)?566 K
'2h1?hc?532.9 m/s
R?k?1cp＝264.7 kJ/(kg.K) kh1?h2?1066.7 m/s
RT2''v2??1.5 m3/kg
P2出口截面积
m?fmincc?0.533 kg /s vcmv2c2＝76.4cm2
mv'2f?'c2＝805cm
2
f2?(2)喉部流速：
pc??p1??0.535 MPa
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=44.72Tc?T1?k?1k＝847.4K
cc?kRTc)?552m/s vc?RTc?0.4193 m3/kg Pch1?h2?407.4 m/s
m?
喉部截面积
fc2?0.35 kg /s v2mv'cf?'cc
＝380cm2 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℃
9-10水蒸气压力p1= 0.1MPa，t1＝120℃以500m/s的速度流动，求其滞止焓、滞止温度和滞止压力。 解：p1= 0.1MPa，t1＝120℃时水蒸气焓 h1=2716.8 kJ/kg，s1=7.4681 kJ/(kg.K) 滞止焓
h0= h1+c2/2=2841.8 kJ/kg 查表得
?j?Pa
t2?t1130?212.4??6p2?p1(0.1?2)?1043.4K/M
26
9-14解:查表得：h1=3222 kJ/kg h2=3066 kJ/kg c2=44.72p2=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：
0.199
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℃
22/2?cpT2?c2/2得
h1?h2?558.6 m/s
'c2??c2 ＝519 m/s
动能损失：
22c2(1??)?21 kJ/kg
2 9-15解：kJ/(kg.K)
（理想气体的绝热节流过程温度相等） 用损
vT2?s?cvln?Rln2?T1v1?ex?h1?h2?T0(s1?s2)?T0?s59.7 kJ/kg
9-16解：由cpT1?c1
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w0p2T2?T1()k/(k?1)?355K
p12c1?2cp(T2?T1)?c2/2＝337m/s
?h1-h2-( h3`-h3)
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
（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 （5）循环热效率?初焓值h1
s1=6.461kJ/(kg.K)
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 排汽焓h2 ?w0＝ q1焓h3 循环加热3` 3411 3347 3279.8 4 9.07 13.87 量q1=h1-h凝结水泵消耗功量h3`-h3 进出口水的温差t3`-t3 0.0186 0.067 0.092 ?t?h1?h2
h1?h3焓h3` h1为主蒸汽参数由初参数16.5MPa、550℃定 查表得：h1=3433kJ/kg 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、2024、2045、2066 kJ/kg h3是背压对应的饱和水的焓 查表得。
27
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
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
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％ thh5?h3908.6?340.57＝0.237 ?h4?h32736?340.57循环功量：
w0?h1?h4?(1??)(h4?h2)?794 kJ/kg
热效率：?
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：
10-4一理想再热循环，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
?w0w0??36.2％ q1h1?h5h1?h3?(hA?hB)th??564K
sA?s3（5）
平均放热温度
?h1?h2＝15.3％
h1?h3tc?h2?h3?312K
s2?s3循环热效率
（6）
P12?106m??7??2?10?0.850.153?20000?103?0.85＝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：
t??1?c?44.7％
th
28
h2=2161 kJ/kg 电的耗煤量：
h3=163.38 kJ/kg
最高温度
qT3?T2?＝1662.6K
6PP12c?v10m1???h1?h220000?1?0.850.36?20000?0.8520000??0.85p2?p1?k?1.82MPa h1?h3最高压力（定容）
＝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
p3?p2
T3?4.3MPa T210-9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
m1?5002181.8＝
T3?q?T2?2458K cp4点的压力和温度：
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)。 解：热效率
v4v1v1T2????＝5.4
T3v3v3T3v2T2v3p4?p3()k?0.443 MPa
v4p4T4?T3()p3热
效
率：
k?1k＝1231K
??v3T4??v2T14.2
?k?1??1?k(??1)?k?1＝52％
10－10燃气轮机进气参数为p1＝0.1MPa、t1＝
??1?轴功：
1?k?1?57.4％ 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。
w?q??401.5kW T2?T1?
k?1＝703.7K
29
解：循环热效率
致冷量：q2=45.3%
＝54.5kJ/kg
?cp(T1?T4)＝1.01×（263-209）
??1?p2=
1?(k?1)/kp1?气
=0.8 MPa
T2?T1?(k?1)/k＝
的
功
：
致冷剂的质量流量
m?Q?q20.43kg/s
530K 压
机
消
耗
T2?T1(p2(k?1)/k)＝368K p1wc?h2?h1?cp(T2?T1)?245 kJ/kg
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
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
w???4
q1
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
T2?T1(p2(k?1)/k)＝446K p1p4(k?1)/k)＝205K p3?cp(T1?T4)＝1.01×（300-205）
T4?T3(致冷量：q2＝96kJ/kg
致冷机消耗的净功: W=cp(T2-T1)－cp(T3-T4)=46.5kJ/kg
故
：
致冷系数：???1p2()(k?1)/k?1p1?q2?2.06 w11－4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
＝
0.325
-20℃，冷凝器出口为饱和液体，冷凝温度为40℃，
MPa
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
s1=1.739 kJ/(kg?K) ,p2=1.016 MPa ,h3=419 kJ/kg
h2=430 kJ/kg h1=386kJ/kg
1p2?p1(?1)(k/(k?1))?p4p1? p3p2T3=20+273=293K ＝209K
p4T4?T3()(k?1)/kp3 30
工程热力学(第五版 - )课后习题答案（含题目）
