第六章 习题解答-0805

三、计算题

1. 求算在流动过程中温度为540℃，压力为5.0MPa的1kmol氮气所能给出的理想功为多少？取环境温度为15℃，环境压力0.1MPa。氮气的摩尔定压热容Cp=17.86+4.27×10-3T kJ·kmol-1·K-1。

WidHHT0S288.15327.864.2710TdT1.586104813.15288.153p227.864.2710TSndTRln31.14532.5251.38Tp1813.15Wid1.58610288.151.381.6261044

2. 某厂有一输送90℃热水的管道，由于保温不良，到使用单位时，水温已降至70℃，试求水温降低过程的热损失与损失功。设大气温度为25℃。

解：管道中压力没有变化，且压力对焓、熵的影响可忽略，故采用饱和水的数据计算。

HQWTW0QH2CpdTTT1H2H1292.98376.9283.94WLSgT0Sg298.15(0.044)13.11983.942980.044QS2S1T00.95491.1925

3.有一逆流式换热器，利用废气加热空气。空气从0.1MPa、20℃的状态被加热到125℃，空气的流量为1.5kg·s-1。而废气从0.13 MPa、250℃的状态冷却到95℃。空气的比定压热容为1.04kJ·kg-1·K-1，废气的比定压热容为

0.84kJ·kg-1·K-1，比定容热容为0.63kJ·kg-1·K-1。假定空气与废气通过换热器的压力与动能变化可忽略不计，而且换热器与环境无热量交换，环境状态为0.1MPa、20℃。试求：（1）换热器中不可逆传热的有效能损失D?（2）换热器的有效能效率？ 解：

1空气；2HQW废气W0Q0H0

m1cp1T1’T1m2cp2T2T2’m2163.8130.2398.151.26kgs11.51.04(12520)DT0Sgm20.84(25095)T0m1S1m2S2293ln1.51.04293.151.260.84ln1kJs30.966523.15

368.15inBB1B2523.15mccln0.130m2cp2(25020)T0mcln2p22p2v20.1293.15inB[1.260.84230293(1.260.840.5791.260.210.262)]84.19kJs1

398.15mc(9520)Tmcln368.15Tmccln0.13B1’B2’m1cp1(12520)T0m1cp1ln2p202p202p2v20.1293.15293.15BoutBout(1.51.041052931.51.040.3061.260.84752931.260.840.2282931.260.210.262)52.92kJs1BBout52.92B84.19in0.629

4.某制冷装置采用了R12为制冷剂，以25℃的饱和液体状态进入节流阀，离开阀的温度为-20℃。（1）假设此节流过程为绝热的，其有效能损失为多少？（2）若节流过程中制冷剂从环境吸收5.0kJ·kg-1热量，此时有效能的损失又为多少？设环境温度27℃，压力0.1 MPa。

BHT0S

1查表得，绝热S(-20℃)-S(25℃)≈0.01；不绝热S(-20℃)-S(25℃)≈0.05

（1）B03000.013kJkg

10kJkg（2）B53000.0515. 某工厂的高压蒸气系统，每小时能产生3.5t中压冷凝水，再经闪蒸产生低压

汽回收利用，试比较下列两种回收方案的有效能损失。方案1：中压冷凝水1直线进入闪蒸器，产生低压蒸气2和低压冷凝水3；方案2：中压冷凝水经锅炉给水预热器和锅炉给水5换热变为温度较低的中压过冷水4，再进入闪蒸器，仍产生低压蒸气和低压冷凝水3。两方案入习题图2所示。各状态的状态参数和焓值、熵值如下表。假定忽略过程的热损失，环境温度298.15K。

解： 方案1：

由于忽略过程的热损失hshl(1x)hgxsl(1x)sgxT0St且过程未做功故焓变为零xH0.125707631.4(1x)2744.3xs[1.8380(10.1257)6.83080.1257]2.466kJkg1K1WLT0ms2s1298.153.510(2.4662.4213)34.66510kJ4

方案2：由1变到4时的有效能损失之后由4变为2D41B1B4D65B6B5hs3可参考方案1.可以由B4B1获得也可由B6B5获得。H1H4T0S4S1H6H5T0S5S67676.1298.15(1.93842.4213)874.0653.1298.15(1.88872.3744)76.923kJkg76.01hl(1x)hgxsl(1x)sgxT0St676.1631.4(1x)2744.3xsx0.0211611.8380(10.02116)6.83080.021161.944kJkgK1WLT0ms2s13298.153.510(1.9442.4213)34.98110kJ5所以总的损失功为D413.510WL376.9233.5104.9811052.2105

8. 有一单级压缩机压缩丙烷，吸入压力为0.3 MPa，排出压力2.8 MPa，进压缩

机温度为20℃，处理量为20kmol·h-1。如果压缩机在绝热可逆下操作，问所需功率为多少？已知丙烷的摩尔定压热容为Cp=5.4+0.02T(kJ·kmol-1·K-1)

ST(5.40.02T)TT293.15p2dTRln0p1

5.4ln0.02(T293.15)18.570293.15 T=914.48K

914.482.172105kJ60.3320H20(5.40.02T)dTkW293.15hWs

9. 一朗肯循环蒸气动力装置的锅炉供应2.45 MPa（绝压）、430℃的过热蒸气给

透平机，其流量为25200kg·h-1。乏汽在0.0135 MPa压力下排至冷凝器。冷却

水温21℃。假定透平是绝热可逆的，冷却器出口是饱和液体，循环水泵将冷凝液打回锅炉的过程也是绝热可逆过程。求：（1）透平所做的功；（2）泵功；（3）每千克蒸气从锅炉中吸收的热量；（4）如果一循环在锅炉的沸点223℃接受热量，在21℃冷凝排出热量，求最大功；（5）如果每小时从工艺蒸气中抽出0.29 MPa、13800kg的蒸气作其他用途，剩余部分仍膨胀至0.0135 MPa，求透平所做的功。

（1）

WsHNH2H1NS17.254v

S2S17.254H1S23335.6lS2(1x)S2x

x0.8882.3251038.0763x0.7038(1x)7.2540H2WsH2(1x)H2xlv2592.1x209.331(x)71(23253335.6)252002.54710kJh

（2）

H4H3泵功VH2OpL1.00181043(2.450.0135)10132.441kJkg12.441252006.15110kJh

（3）

H3H4Q吸83.9686.401H1H43335.686.4013249.2kJkg1

11.压缩机出口氨的压力为1.013MPa，温度为30℃，若按下述不同的过程膨胀到0.1013MPa，试求经膨胀后氨的温度为多少？ （1）绝热节流膨胀； （2）可逆绝热膨胀。

解：（1）绝热节流膨胀过程是等焓过程，从P-H图上沿着等焓线可找到终态2为0.1MPa温度为10℃。

P 1MPa 1 1.0 2’ 2 30℃ 0.1 -33℃ 10℃ H

（2）可逆绝热膨胀过程是等熵过程，同样沿着等熵线可找到终态2为0.1MPa时，温度为-33℃。

因课本的图表无法查得所需数据，红色表示该值为假设值，本题仅显示解题思路。