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第七章 水蒸气
7-1当水的温度t=80℃，压力分别为0.01、0.05、0.1、0.5及1MPa时，各处于什么状态并求出该状态下的焓值。
解：查表知道 t=80℃时饱和压力为0.047359MPa。
因此在0.01、0.05、0.1、0.5及1MPa时状态分别为过热、未饱和、未饱和，未饱和、未饱和。焓值分别为2649.3kJ/kg，334.9 kJ/kg，335 kJ/kg，335.3 kJ/kg，335.7 kJ/kg。 7－2已知湿蒸汽的压力p=1MPa干度x=0.9。试分别用水蒸气表和h-s图求出hx，vx，ux，sx。
解：查表得：h``＝2777kJ/kg v``＝0.1943m3/kg
u``= h``－pv``=2582.7 kJ/kg s``=6.5847 kJ/(kg.K)
hx＝xh``+(1-x)h`=2575.6 kJ/kg
h`=762.6 kJ/kg
v`＝0.0011274 m3/kg s`＝2.1382 kJ/(kg.K) u`＝h`－pv`=761.47 kJ/kg
vx＝xv``+(1-x)v`=0.1749 m3/kg ux＝xu``+(1-x)u`=2400 kJ/kg sx＝xs``+(1-x)s`=6.14 kJ/(kg.K)
7-3在V＝60L的容器中装有湿饱和蒸汽，经测定其温度t＝210℃，干饱和蒸汽的含量mv=0.57kg，试求此湿蒸汽的干度、比容及焓值。 解：t＝210℃的饱和汽和饱和水的比容分别为： v``＝0.10422m3/kg h``＝2796.4kJ/kg
v`＝0.0011726 m3/kg
h`=897.8 kJ/kg
m?湿饱和蒸汽的质量：
mvx
V?xv``?(1?x)v`m
解之得： x=0.53
比容：vx＝xv``+(1-x)v`=0.0558 m3/kg 焓：hx＝xh``+(1-x)h`=1904kJ/kg
7－4将2kg水盛于容积为0.2m3的抽空了的密闭刚性容器中，然后加热至200℃试求容器中（1）压力；（2）焓；（3）蒸汽的质量和体积。 解：（1）查200℃的饱和参数 h``＝2791.4kJ/kg
h`=852.4 kJ/kg
v``＝0.12714m3/kg v`＝0.0011565m3/kg 饱和压力1.5551MPa。 刚性容器中水的比容：
v?0.22＝0.1 m3/kg 因此是湿蒸汽。 压力是饱和压力1.5551MPa。 x?干度： vx?v`v``?v`＝0.78 焓：hx＝xh``+(1-x)h`=2364.8kJ/kg 蒸汽的质量和体积： mv=x×m=0.78×2=1.56kg V= mv×v``＝0.19834m3 7-5已知8 m3的湿蒸汽，在p＝0.9 MPa时，其湿度（1－x）＝0.65，求此湿蒸汽的质量与焓。 解：p＝0.9 MPa的饱和参数 h``＝2773kJ/kg 湿蒸汽的质量： h`=742.6 kJ/kg v``＝0.21484m3/kg v`＝0.0011213m3/kg v?xv``?(1?x)v`?0.0759 m3/kg m?Vv＝105.4kg 焓：h=mhx＝x(h``+(1-x)h`)=105.4×1453.24kJ =1.53×103 kJ 7-6有一台采暖锅炉，每小时能生产压力p＝1 MPa（绝对）、x＝0.95的蒸汽1500kg。当蒸汽的流速c≮25m/s时，管道中的压力损失可以不计，求输汽管的内径最小应多大？ 解：p＝1 MPa、x＝0.95的比容 查表饱和参数v``＝0.1943m3/kg v`＝0.0011274m3/kg v?xv``?(1?x)v`?0.18464 m3/kg ??v蒸汽体积流量： mv3600＝0.077m3/s r?输汽管的半径最小为 内径：0.0626m ?vc?＝0.0313m 7-7某空调系统采用p＝0.3 MPa、x＝0.94的湿蒸汽来加热空气。暖风机空气的流量为每小时4000标准m3，空气通过暖风机（从0℃）被加热到120℃。设蒸汽流过暖风机后全部变为p＝0.3 MPa的凝结水。求每小时需要多少千克蒸汽（视空气的比热为定值）。 解：空气吸收的热量： pV1?105?4000q?mcp?t?cp?t??1.01?120RT287?273＝619000kJ/h p＝0.3 MPa的饱和参数： h``＝2725.5kJ/kg h`=561.4 kJ/kg p＝0.3 MPa、x＝0.94蒸汽的焓 hx＝xh``+(1-x)h`=2595.7kJ/kg 需要蒸汽 ms?q?h?h`304.28 kg /h 法二： 湿蒸汽中起加热作用的仅为干饱和蒸汽 xm(h``?h`)?macp?t m?4000*1.293*1.005*1200.94*(2725.5?561.4)＝306.6 kg /h 7-8气缸中盛有0.5kg、t＝120℃的干饱和蒸汽，在定容下冷却至80℃。求此冷却过程中蒸汽放出的热量。 解：t＝120℃的干饱和蒸汽参数： v``＝0.89202m3/kg h``＝2706.6kJ/kg 容积：V=mv``=0.44601 m3 t＝80℃的饱和蒸汽参数 v`＝0. 0010292m3/kg v``＝3.4104m3/kg p1=0.19854MPa h``＝2643.8kJ/kg h`=334.92 kJ/kg p2=0.047359MPa 比容： vx?x?V0.44601?m0.5＝0.89202 m3/kg 干度： vx?v`v``?v`＝0.26 焓：hx＝xh``+(1-x)h`=935.2kJ/kg 放出的热量：q=m(h``120-hx-vx(p2-p1))=817 kJ 7－9有一刚性容器，用一薄板将它分隔为A、B两部分。在A中盛有1kg、压力pA＝0.5 MPa的干饱和蒸汽，B中盛有2kg pB＝1 MPa，x＝0.80的湿蒸汽。当隔板抽去后，经过一段时间容器中的压力稳定在p3＝0.7 MPa。求（1）容器的总容积及终了时蒸汽的干度；（2）由蒸汽传给环境的热量。 解：（1）容器的总容积 pA＝0.5 MPa的干饱和蒸汽参数 v``＝0.37481m3/kg h``＝2748.5kJ/kg uA＝2561.1kJ/kg A占容积：VA=mAv``=0.37481 m3 pB＝1 MPa的饱和蒸汽参数 v``＝0.1943m3/kg h``＝2777kJ/kg v`＝0.0011274m3/kg h`＝762.6kJ/kg vB=xv``+(1-x)v`=0.155 m3/kg hB＝xh``+(1-x)h`=2374kJ/kg uB＝2219kJ/kg B占容积：VA=mBv=0.31 m3 总容积:V=VA+VB=0.685 m3 0.7MPa的饱和蒸汽参数 v``＝0.27274m3/kg v`＝0.0011082m3/kg h``＝2762.9kJ/kg h`＝697.1kJ/kg v?蒸汽比容： V?m0.228 m3/kg vx?v`v``?v`＝0.84 x?蒸汽干度： （2）由蒸汽传给环境的热量 终了时的焓：hx＝xh``+(1-x)h`=2502kJ/kg ux＝2342.4kJ/kg q?mAuA?mBuB?(mA?mB)ux＝-193.7 kJ 7－10将1kgp1=0.6MPa，t1=200℃的蒸汽在定压条件下加热到t2=300℃，求此定压加热过程加入的热量和内能的变化量。若将此蒸汽再送入某容器中绝热膨胀至p3=0.1MPa，求此膨胀过程所作的功量。 解：查表p1=0.6MPa，t1=200℃ h1=2850kJ/kg v1=0.352 m3/kg （u1=2639 kJ/kg） 查表p2=0.6MPa，t2=300℃ h2=3061kJ/kg v2=0.4344 m3/kg s2=7.372 kJ/(kg.K) （u2=2801 kJ/kg） 查表p3=0.1MPa，s=7.372 h3=2680kJ/kg v3=1.706 m3/kg （u3=2509 kJ/kg） 定压过程加入的热量和内能变化量 q=h2-h1=211kJ/kg ?u??h?p?v?211?0.6?106?(0.4344?0.352)=162 kJ/kg 绝热膨胀过程所作的功量 w???u?h2?h3?(p2v2?p3v3)＝292 kJ/kg 7-11汽轮机进汽参数为：p1=3MPa，t1=450℃，蒸汽在汽轮机中绝热膨胀到p2=5kPa后排入冷凝器。求：（1）可逆绝热膨胀时蒸汽的终参数及汽轮机所作的功；（2）若蒸汽在汽轮机中为不可逆绝热膨胀，引起的熵产为0.25kJ/(kg.K)，则汽轮机作的功将为多少？ 解：查表p1=3MPa，t1=450℃的参数 h1=3344kJ/kg 时蒸汽的终参数 t2=32.88℃ 汽轮机所作的功 h2=2160kJ/kg v2=23.52 m3/kg s1=7.083 kJ/(kg.K) 则绝热膨胀到p2=5kPa，s2=7.083 kJ/(kg.K) wt??h?1184 kJ/kg （2）不可逆绝热膨胀后的熵为 s3=7.083 +0.25＝7.333kJ/(kg.K) p3=5kPa蒸汽的终参数：h3=2236kJ/kg 汽轮机所作的功 7-12有一台工业锅炉，每小时能生产压力p1=1.4MPa，t1=300℃的过热蒸汽10t。已知给水的温度25℃；从锅筒引出的湿蒸汽的干度x＝0.96；湿蒸汽在过热蒸汽中再加热至300℃；煤的发热值为29400kJ/kg。试求（1）若锅炉的耗煤量B＝1430kg/h，求锅炉效率；（2）湿蒸汽在过热器中所吸收的热量及内能的变化量。 解：（1）煤的总发热量Q?1430?29400?42.042MkJ/h p1=1.4MPa，t1=300℃的过热蒸汽的参数： h1=3040kJ/kg v1＝0.1823m3/kg 取水为定值比热，其的焓值：h0＝25×4.1868＝104 kJ/kg 单位蒸汽吸热量：q=h1-h0=2936 kJ/kg 总吸热量：Q2?mq?29.36 MkJ/h wt??h?1108 kJ/kg ??锅炉效率： Q2?Q69.84％ （2）湿蒸汽的参数
工程热力学第五版课后习题答案
