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工程热力学 第4章
工​程​热​力​学
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(例题)工程热力学习题第二章复习题及答案
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162013年-雪慕冰-工程热力学第二章经典例题-2
q?(h3'?h2)?因w3?0，故..；cf3'?；122(cf3?c2)?ws2；=949m/s；(4)燃气轮机的效率；因整个燃气轮机装置为稳定流动，所以燃气流量等于空；12；(cf3'?cf24)?ws,T?02；21212；ws,T?(cf3'?cf4)?[(949m/s；22；?445.?3kJ/kg3310J/kg=445；装置的总功率＝燃气轮机
q?(h3'?h2)?因w3?0，故 ..cf3'?122(cf3?c2)?ws 2=949m/s( 4 ) 燃气轮机的效率因整个燃气轮机装置为稳定流动，所以燃气流量等于空气流量。去截面至截面转轴的空间作为热力系，由于截面3和截面4上工质的热力状态相同，因此h4?h3'。忽略位能差，则能量方程为 ' 12(cf3'?cf24)?ws,T?0 221212ws,T?(cf3'?cf4)?[(949m/s)?(100m/s)]22?445.? 3kJ/kg3310J/kg=445.
Tss,T( 5 ) 燃气轮机装置的总功率装置的总功率＝燃气轮机产生的功率－压气机消耗的功率 即
P?PT?PC?44530kW-29000kW=15530kW讨论（１） 据具体的问题，首先选好热力系是相当重要的。例如求喷管出口处燃气流 速时，若选截面３至截面3的空间为热力系，则能量方程为
(h3'?h2)?'12(cf3'?cf23)?0 2方程中的未知量有cf3',cf3,h3，显然无法求得cf3'。热力系的选取是怎样有利于解决问题，怎样方便就怎样选。（２） 要特别注意在能量方程中，动、位能差项与其他项的量纲统一。例题２－７ 某一蒸汽轮机，进口蒸汽p1?9.0MPa,t1?500?C,h1?3386.8kJ/kg，cf1?50m/s,出口蒸汽参数为p2?4kPa,h2?2226.9kJ/kg,cf2=140m/s，进出口高度差为12m,每kg汽经蒸汽轮机散热损失为15kJ。试求：（１） 单位质量蒸汽流经汽轮机对外输出功； （２） 不计进出口动能的变化，对输出功的影响；（３） 不计进出口位能差，对输出功的影响； （４） 不计散热损失，对输出功的影响；（５） 若蒸汽流量为220t/h，汽轮机功率有多大？解 （１）选汽轮机开口系为热力系，汽轮机是对外输出功的动力机械，它对外输出的功是轴功。由稳定流动能量方程q?h?得ws?q??h?12?cf?g?z?ws 2 12?cf?g?z 2?(?15kJ/kg)?(6.8)kJ/kg122-32-3?[(140m/s)?(50m/s)]?10?9.8m/s?(?12m)?102?1.136?103kJ/kg（２）第（２）～第（５）问，实际上是计算不计动、位能差以及散热损失时，所得轴功的相对偏差?KE11|?cf2|[(140m/s)2-(50m/s)2]?10-3?=?1.5%ws1.136?103kJ/kg（３）?PE|g?z||9.8m/s2?(-12m)?10-3|?=?0.01% -3s||?=1.3%
-3ws1.136?10kJ/kg（４）?q?220t/h?103kg/t?1.1361?03kJ/kg=6.94?104kW
（５）P?qmws?3600s/h讨论（１）本题的数据有实际意义，从计算中可以看到，忽略进出口的动、位能差，对输轴功影响很小，均不超过3%，因此在实际计算中可以忽略。（２）蒸汽轮机散热损失相对于其他项很小，因此可以认为一般叶轮机械是绝热系统。（３） 计算涉及到蒸汽热力性质，题目中均给出了h1,h2，而同时给出的p1,t1,p2，似乎用不上，这是由于蒸汽性质这一章还未学，在学完该章后可以通过p,t，求得h。例题２－８ 空气在某压气机中被压缩。压缩前空气的参数是p1?0.1MPa，v1?0.845m3/kg；压缩以后空气的参数是p2?0.8MPa,v2?0.175m3/kg。假定在压缩过程中，１kg空气的热力学能增加146kJ，同时向外放出热量50kJ，压气机每分钟生产压缩空气10kg。求：（１） 压缩过程中对每公斤气体所做的功； （２） 每生产１kg的压缩气体所需的功；（３） 带动此压气机至少要多大功率的电动机？ 解 分析：要正确求出压缩过程的功和生产压缩气体的功，必须依赖于热力系统的正确选取，及对功的类型的正确判断。压气机的工作过程包括进气、压缩和排气３个过程。在压缩过程中，进、排气阀均关闭，因此此时的热力系统是闭口系，与外界交换的功是体积变化功w。要生产压缩气体，则进、排气阀要周期性地打开和关闭，气体进出气缸，因此气体与外界交换的过程功为轴功ws。又考虑到气体功、位能的变化不大，可忽略，则此功也是技术功wt。（１） 压缩过程所做的功由上述分析可知，在压缩过程中，进、排气阀均关闭，因此取气缸中的气体为热力系，如图２－８所示。由闭口系能量方程得w?q??u?(?50kJ/kg)?146kJ/kg??196kJ/kg（２）所示。由开口系能量方程得wt?q??h?q??u??(pv) ?(?50kJ/kg)?(146kJ/kg)?0.8?103kPa?0.175m3/kg?0.1?10kPa?0.845m/kg) ＝?251.5kJ/kg（３） 电动机的功率P?qmwt?3310kg?251.5mkJ/kg?41.9kW 60s讨论区分开所求功的类型是本章的一个难点，读者可根据所举的例题仔细体会。 例题２－９ 一燃气轮机装置如图２－９所示，空气由１进入压气机升压后至２，然后进入回热器，吸收从燃气轮机排出的废气中的一部分热量后，经３进入燃烧室。在燃烧室中与油泵送来的油混合并燃烧，生产的热量使燃气温度升高，经４进入燃气轮机（透平）做功。排出的废气由５进入回热器，最后由６排至大气中，其中，压气机、油泵、发电机均由燃气轮机带动。（１） 试建立整个系统的能量平衡式；（２） 若空气的质量流量qm1?50t/h，进口焓h1?12kJ/kg，燃油流量qm7?700kg/h，燃油进口焓h7?42kJ/kg，油发热量q?41800kJ/kg，排出废气焓h6?418kJ/kg，求发电机发出的功率。解（１）将整个燃气轮机组取为一个开口系，工质经稳定流动过程，当忽略动、位能的变化时，整个系统能量平衡式为Q?H6?(H?H7)?P 即
qm7q?(qm1?qm7)h6?(qm1h1?qm7h7)?P（２）由上述能量平衡式可得P?qm7q?(qm1?qm7)h6?(qm1h1?qm7h7) ?[700kg/h?41800kJ/kg?(50t/h?1000kg/t?12kg/h)?418kJ/kg ?(50t/h?1000kg/t?12kJ/kg?700kg/h?42kJ/kg)]1hkW3600s讨论例题２－１０ 现有两股温度不同的空气，稳定地流过如图２－10合，以形成第三股所需温度的空气流。各股空气的已知参数如图中所示。设空气可按理想气体计，其焓仅是温度的函数，按?h?kJ/kg?1.004?T?K①计算，理想气体的状态方程为pv?RgT,Rg?287J/(kg?K)。若进出口截面处的功、位能变化可忽略，试求出口截面的空气温度和流速。解 选整个混合室为热力系，显然是一稳定流动开口系，其能量方程为Q?H3?(H1?H2)?Ws 针对此题Q=0，Ws=0于是H3?H1?H2 即
qm3h3?qm1h1?qm2h2..........AcAc0.1m2?10m/s?105Pa1f11f1p1又
qm1????1.25kg/sv1RgT1287J/(kg?K)?(5?273)Kqm2A2cf2A2cf2p20.15m2?15m/s?105Pa????2.53kg/sv2RgT2287J/(kg?K)?(37?273)K由质量守恒方程得qm3?qm1?qm2?1.25kg/s+2.53kg/s=3.78kg/s将以上数据代入式（１），得3.78kg/s?1.004?T3?1.25kg/s?1.004?278K?2.53kg/s?1.004?310K 解得
T3?299.4K?26.4?C 又
qm3? A3cf3p3RgT3则
cf3?A3qm3p33.78kg/s?287J/(kg?K)?299.4K??10.8m/sRgT30.3m2?105Pa讨论在分析开口系时，除能量守恒奉承外，往往还需考虑质量守恒方程。例题２－１１ 图２－１１所示是一面积为３m的太阳能集热器板。在集热器板的每平方米上，每小时接受太阳能1700kJ，40%的能量散热给环境，其余的将水从50?C加热到70?C量。若在水的比体积v?0./kg。解 （１）选如图虚线所示的空间为热力系，稳定流动能量方程
Q?qm[(h2?h1)?.212(cf2?cf21) 2.?g(Z2?Z1)]?Ws 依题意.122(cf2?cf1)?0,g(Z2?Z1)?0,Ws?0 2于是
Q?qm(h2?h1) 这里
Q?Qin?QLoss由于水作为不可压缩流体处理，则
h2?h1?c(T2?T1)
qm?....Qin?QLoss c(T2?T1)..1700kJ/(m2?h)?60%?3m2?4.187kJ/(kg?K)?(70?50)K?36.54kg/h=0.6090kg/min包含各类专业文献、中学教育、行业资料、高等教育、幼儿教育、小学教育、应用写作文书、专业论文、文学作品欣赏、生活休闲娱乐、162013年-雪慕冰-工程热力学第二章经典例题等内容。　
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