工程热力学课后习题及答案第六版(完整版)

2-2.已知N2的M=28,求(1)N2的气体常数;(2)标准状态下

p2?pg2?B

T1?t1?273 T2?t2?273

压入的CO2的质量

(2) (3) (4)

N2

的比容和密度;(3)

p?0.1MPa,t?500℃时的摩尔容积Mv。

解:(1)N2的气体常数

m?m1?m2?m=12.02kg

vp2p1(?) RT2T1(5)

将(1)、(2)、(3)、(4)代入(5)式得

R?R08314?=296.9J/(kg?K) M282-5当外界为标准状态时,一鼓风机每小时可送300 m3的空气,如外界的温度增高到27℃,大气压降低到99.3kPa,而鼓风机每小时的送风量仍为300 m3,问鼓风机送风量的质量改变多少? 解:同上题

(2)标准状态下N2的比容和密度

v?RT296.9?2733?=0.8m/kg p10132513=1.25kg/m vm?m1?m2?=41.97kg

??(3)

vp2p130099.3101.325(?)?(?)?1000RT2T1287300273p?0.1MPa,t?500℃时的摩尔容积

2-6 空气压缩机每分钟自外界吸入温度为15℃、压力为0.1MPa的空气3 m3,充入容积8.5 m3的储气罐内。设开始时罐内的温度和压力与外界相同,问

Mv

RTMv =0p

=64.27m3/kmol

在多长时间内空气压缩机才能将气罐的表压力提高到0.7MPa?设充气过程中气罐内温度不变。 解:热力系:储气罐。 使用理想气体状态方程。 第一种解法:

首先求终态时需要充入的空气质量

2-3.把CO2压送到容积3m3的储气罐里,起始表压力

终了表压力pg2?0.3Mpa,pg1?30kPa,

温度由t1=45℃增加到t2=70℃。试求被压入的CO2的质量。当地大气压B=101.325 kPa。 解:热力系:储气罐。 应用理想气体状态方程。

压送前储气罐中CO2的质量

p2v27?105?8.5m2??kg

RT2287?288压缩机每分钟充入空气量

m1?p1v1 RT1p2v2 RT2pv1?105?3m??kg

RT287?288所需时间

压送后储气罐中CO2的质量

t?m2?m2?19.83min m第二种解法

将空气充入储气罐中,实际上就是等温情况下把初压为0.1MPa一定量的空气压缩为0.7MPa的空气;

(1)

或者说0.7MPa、8.5 m3的空气在0.1MPa下占体积为多少的问题。 根据等温状态方程

根据题意

容积体积不变;R=188.9

p1?pg1?B

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pv?const

0.7MPa、8.5 m3的空气在0.1MPa下占体积为

(2)熔化温度

V1?p2V20.7?8.5??59.5 m3 P10.1,则

pv16.5?106?0.05T??=361K

mR7.69?296.8

2-14 如果忽略空气中的稀有气体,则可以认为其质量成分为go2压缩机每分钟可以压缩0.1MPa的空气3 m3要压缩59.5 m3的空气需要的时间

59.5???19.83min

3

2-8 在一直径为400mm的活塞上置有质量为3000kg的物体,气缸中空气的温度为18℃,质量为2.12kg。加热后其容积增大为原来的两倍。大气压力B=101kPa,问:(1)气缸中空气的终温是多少?(2)终态的比容是多少?(3)初态和终态的密度各是多少?

解:热力系:气缸和活塞构成的区间。 使用理想气体状态方程。 (1)空气终态温度

?23.2%,gN2?76.8%。

试求空气的折合分子量、气体常数、容积成分及在标准状态下的比容和密度。 解:折合分子量

M?11?=28.86 gi0.2320.768??M3228i气体常数

R?R08314?=288J/(kg?K) M28.86T2?V2T1?582K V1容积成分

(2)空气的初容积

p=3000×9.8/(πr2)+101000=335.7kPa

ro2?go2M/Mo2=20.9% rN2?

1-20.9%=79.1%

V1?mRT1?0.527 m3

pV22V1?=0.5 m3/kg mm标准状态下的比容和密度

空气的终态比容

??v?

M28.86?=1.288 kg /m3

22.422.4v2?或者

1?=0.776 m3/kg

RT2v2??0.5 m3/kg

p(3)初态密度

2-15 已知天然气的容积成分

rCH4?97%,

?1?m2.12?=4 kg /m3 V10.5271?2??2 kg /m3

v2rC2H6?0.6%rC4H10?0.18%,

rC3H8?0.18%,

rCO2?0.2%,

2-9

解:(1)氮气质量

rN2?1.83%。试求:

(1) 天然气在标准状态下的密度; (2) 各组成气体在标准状态下的分压力。 解:(1)密度

m?pv13.7?10?0.05?=7.69kg RT296.8?3006M??riMi?(97?16?0.6?30?0.18?44?0.18?58?0.2 更多相关资料

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=16.48

过c变化到状态2。在这个过程中,热量和功的某些值已知,如表,试确定未知量。

?0?M16.48??0.736kg/m3 22.422.4(2)各组成气体在标准状态下分压力 因为:

pi?rip

pCH4?97%*101.325?98.285kPa

同理其他成分分压力分别为:(略)

3-1 安静状态下的人对环境的散热量大约为400KJ/h,假设能容纳2000人的大礼堂的通风系统坏了:(1)在通风系统出现故障后的最初20min内礼堂中的空气内能增加多少?(2)把礼堂空气和所有的人考虑为一个系统,假设对外界没有传热,系统内能变化多少?如何解释空气温度的升高。 解:(1)热力系:礼堂中的空气。 闭口系统

根据闭口系统能量方程

过程 1-a-2 2-b-1 1-c-2 解:闭口系统。 使用闭口系统能量方程

(1)对1-a-2和2-b-1组成一个闭口循环,有

热量Q(kJ) 10 -7 x2 膨胀x1 -4 2 ??Q???W

即10+(-7)=x1+(-4) x1=7 kJ

(2)对1-c-2和2-b-1也组成一个闭口循环 x2+(-7)=2+(-4) x2=5 kJ

(3)对过程2-b-1,根据QQ??U?W

因为没有作功故W=0;热量来源于人体散热;内能的增加等于人体散热。

Q?2000?400?20/60=2.67×105kJ

(1)热力系:礼堂中的空气和人。 闭口系统

根据闭口系统能量方程

??U?W

?U?Q?W??7?(?4)?-3 kJ

3-6 一闭口系统经历了一个由四个过程组成的循环,试填充表中所缺数据。 过程 1~2 2~3 3~4 4~5 解:同上题

3-7 解:热力系:1.5kg质量气体 闭口系统,状态方程:

Q(kJ) 1100 0 -950 0 W(kJ) 0 100 0 50 Q??U?W

因为没有作功故W=0;对整个礼堂的空气和人来说没有外来热量, 所以内能的增加为0。

空气温度的升高是人体的散热量由空气吸收,导致的空气内能增加。

3-5,有一闭口系统,从状态1经a变化到状态2,

p?av?b

如图,又从状态2经b回到状态1;再从状态1经

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内空气的温度。设充气过程是在绝热条件下进行的。

解:开口系统 特征:绝热充气过程 工质:空气(理想气体)

根据开口系统能量方程,忽略动能和未能,同时没有轴功,没有热量传递。

?U?1.5[(1.5p2v2?85)?(1.5p1v1?85)]=90kJ 由状态方程得 1000=a*0.2+b 200=a*1.2+b 解上两式得: a=-800 b=1160 则功量为

0?m2h2?m0h0?dE没有流出工质m2=0 dE=dU=(mu)cv2-(mu)cv1

2

1.2W?1.5?pdv?1.5[(?800)v2?1160v]10.221=900kJ 过程中传热量

终态工质为流入的工质和原有工质和m0= mcv2-mcv1 mcv2 ucv2- mcv1ucv1=m0h0 h0=cpT0 ucv2=cvT2 ucv1=cvT1

(1)

Q??U?W

=990 kJ

3-8 容积由隔板分成两部分,左边盛有压力为600kPa,温度为27℃的空气,右边为真空,容积为左边5倍。将隔板抽出后,空气迅速膨胀充满整个容器。试求容器内最终压力和温度。设膨胀是在绝热下进行的。

解:热力系:左边的空气 系统:整个容器为闭口系统 过程特征:绝热,自由膨胀 根据闭口系统能量方程

p1V RT1p2Vmcv2 =

RT2mcv1=

代入上式(1)整理得

T2?kT1T2p1T1?(kT0?T1)p2=398.3K

3-10

供暖用风机连同加热器,把温度为

t1?0℃的冷空气加热到温度为t2?250℃,然

后送入建筑物的风道内,送风量为0.56kg/s,风机轴上的输入功率为1kW,设整个装置与外界绝热。试计算:(1)风机出口处空气温度;(2)空气在加热器中的吸热量;(3)若加热器中有阻力,空气通过它时产生不可逆的摩擦扰动并带来压力降,以上计算结果是否正确? 解:开口稳态稳流系统 (1)风机入口为0℃则出口为

Q??U?W绝热Q

?0

自由膨胀W=0 因此ΔU=0

对空气可以看作理想气体,其内能是温度的单值函数,得

mcv(T2?T1)?0?T2?T1?300K

根据理想气体状态方程

?Cp?T?Q??T?m1.78℃

Q1000???Cp0.56?1.006?103mp2?

RT2p1V11??p1=100kPa V2V26t2?t1??t?1.78℃

空气在加热器中的吸热量

3-9 一个储气罐从压缩空气总管充气,总管内压缩空气参数恒定,为500 kPa,25℃。充气开始时,

?Cp?T?0.56?1.006?(250?1.78)Q?m罐内空气参数为100 kPa,25℃。求充气终了时罐=138.84kW

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(3)若加热有阻力,结果1仍正确;但在加热器中的吸

中,

w??pdV?pV?RTT=

Q?h2?h1?u2?P2v2?(u1?P1v1)p2减小故吸热减小。 3-11

cpcv?RT0?T0?473K=200℃

一只0.06m3的罐,与温度为27℃、压力

3-13

解:W???h

为7MPa的压缩空气干管相连接,当阀门打开,空气流进罐内,压力达到5MPa时,把阀门关闭。这一过程进行很迅速,可认为绝热。储罐的阀门关闭后放置较长时间,最后罐内温度回复到室温。问储罐内最后压力是多少? 解:热力系:充入罐内的气体

由于对真空罐充气时,是焓变内能的过程

对理想气体h?cp?T

u?cv?T

3-14

解:(1)理想气体状态方程

mh?mu

T2?T1p2?2*293=586K p1p1VR?T=2500kJ

RT1k?1T?cpcvT0?kT0?1.4?300?420K

(2)吸热:

罐内温度回复到室温过程是定容过程

Q?mcv?T?

p2? 3-12

T2300P1??5=3.57MPa T420压力为1MPa和温度为200℃的空气在

3-15 解:烟气放热等于空气吸热 1m3空气吸取1.09 m3的烟气的热

一主管道中稳定流动。现以一绝热容器用带阀门的管道与它相连,慢慢开启阀门使空气从主管道流入容器。设(1)容器开始时是真空的;(2)容器装有一个用弹簧控制的活塞,活塞的位移与施加在活塞上的压力成正比,而活塞上面的空间是真空,假定弹簧的最初长度是自由长度;(3)容器装在一个活塞,其上有重物,需要1MPa的压力举起它。求每种情况下容器内空气的最终温度? 解:(1)同上题

Q?1.09?245=267kJ

?t?Q267?=205℃ ?vc1.293?1?1.01t2=10+205=215℃

3-16 解:m1h1?m2h2?(m1?m2)h3

T?kT0?1.4?473?662K=389℃ (2)h?u?w

h=cpT0 L=kp

h?cpT

代入得:

T?w??pAdL??pAkdp? T=

111kpAp?pV?RT222=582K

m1cT1?m2cT2120*773+210?473?(m1?m2)c330=309℃

cpcv?0.5RT0?552K=279℃

3-17 解:等容过程

同(2)只是W不同

k?cpcp?R?1.4

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Q?mcv?T?m=37.5kJ

3-18 解:定压过程

RT2?RT1p2v?p1v?k?1k?1解:热力系是1kg空气 过程特征:多变过程

n?因为

ln(p2/p1)ln(1/8)=0.9 ?ln(v1/v2)ln(1/10)q?cn?TT1=6.2K

T2=432.4K

p1V2068.4?103?0.03?=21mR1?287内能变化为

5R=717.5J/(kg?K) 277cp?R?cv25cv?1004.5J=

内能

/(kg?K) n?k?5cv?n?1=

cn? cv?U?mcv?t?1?(1.01?0.287)?216.=156.3kJ 焓变

3587.5J/(kg?K)

?u?cv?T?qcv/cn=8×103J

膨胀功:w?轴功:wsq??u=32 ×103J

?H?k?U?1.4?156.3?218.8 kJ

功量

?nw?28.8 ×103J

V2?2V1?0.06m3

焓变:?h?cp?T×103J

?k?u=1.4×8=11.2

W??pdV?p(V2?V1)?2068.4?0.=62.05kJ

熵变:?s?cplnv2p2?cvln=0.82×v1p1103J

/(kg?K)

1kg

空气、初始状态为

Q??U?W?156.3?62.05kJ

p73

=218.35

4-2 有

p1?0.5MPa,t1?150℃,进行下列过

程:

(1)可逆绝热膨胀到

4-1 1kg空气在可逆多变过程中吸热40kJ,其容积增大为

p2?0.1MPa;

p2?0.1MPa,

v2?10v1,压力降低为

(2)不可逆绝热膨胀到

p2?p1/8,设比热为定值,求过程中内能

T2?300K;

的变化、膨胀功、轴功以及焓和熵的变化。

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均100℃时,试计算该闭口系统对外所作的功及熵的变化。该过程为:(1)可逆定温膨胀;(2)向真空自由膨胀。 解:(1)定温膨胀功

(3)可逆等温膨胀到(4)可逆多变膨胀到指数np2?0.1MPa; p2?0.1MPa,多变

?2;

p?v图和

试求上述各过程中的膨胀功及熵的变化,并将各过程的相对位置画在同一张

w?mRTln7140kJ

V210?1.293*22.4*287*373*ln?V11T?s图上

解:热力系1kg空气 (1) 膨胀功:

?s?mRlnV2?19.14kJ/K V1(2)自由膨胀作功为0

k?1kw?RT1p2[1?()k?1p1]=111.9×103J

?s?mRln

V2?19.14kJ/K V1熵变为0 (2)103J

4-4 质量为5kg的氧气,在30℃温度下定温压缩,容积由3m变成0.6m,问该过程中工质吸收或放出多少热量?输入或输出多少功量?内能、焓、熵变化各为多少? 解

3

3

w???u?cv(T1?T2)=88.3×

T2p2?s?cpln?RlnT1p1116.8Jq?mRTln-627.2kJ 放热627.2kJ

V20.6?5*259.8*300*ln?V13/(kg?K)

(3)

p1w?RT1lnp2因为定温,内能变化为0,所以

=195.4×

w?q

熵变:

内能、焓变化均为0

103J/(kg?K)

?s?mRln?s?Rlnp1=0.462×103J/(kg?K) p2n?1nV2?-2.1 kJ/K V1

4-5 为了试验容器的强度,必须使容器壁受到比大气压力高0.1MPa的压力。为此把压力等于大气压力。温度为13℃的空气充入受试验的容器内,然后关闭进气阀并把空气加热。已知大气压力B=101.3kPa,试问应将空气的温度加热到多少度?空气的内能、焓和熵的变化为多少?

解:(1)定容过程

(4)w?RT1p2[1?()n?1p1n?1n]=67.1×103J

p2T2?T1()p1=189.2K

T2p2?s?cpln?RlnT1p1346.4J

=-

T2?T1.3K

p2100?101.3?286*?568p1101.3/(kg?K)

(2) 内能变化:

3

3

4-3 具有1kmol空气的闭口系统,其初始容积

为1m,终态容积为10 m,当初态和终态温度

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v1=0.236m/kg。经过一个多变过程后终态变化5?u?cv(T2?T1)?*287*(568.3?286)?为p2=0.12MPa,v2=0.815m/kg。试求该过程23

3

202.6kJ/kg 的多变指数,以及每千克气体所作的功、所吸

收的热量以及内能、焓和熵的变化。 7*287*(568.3?286)?解:(1)求多变指数 2?h?cp(T2?T1)?283.6 kJ/kg

?s?cvln 4-6

p2?0.49 kJ/(kg.K) p1n?ln(p2/p1)ln(0.12/0.6)=?ln(v1/v2)ln(0.236/0.815)1.30

1千克气体所作的功

6kg空气由初态p1=0.3MPa,

t1=30℃,经过下列不同的过程膨胀到同一终压p2=0.1MPa:(1)定温过程;(2)定熵过程;(3)指数为n=1.2的多变过程。试比较不同过程中空气对外所作的功,所进行的热量交换和终态温度。 解:(1)定温过程

w?11[p1v1?p2v2]?*(0.6*0.236?0.12*0.n?11.3?1146kJ/kg 吸收的热量

p10.3W?mRTln?6*287*303*ln?p20.1573.2 kJ

q?cn(T2?T1)?

n?kRn?k1(T2?T1)?(n?1k?1n?1k?1Q?WT2=T1=30℃

=

(2)定熵过程

1.3?1.41(0.12*0.825?0.6*0.236)?1.3?11.4?1k?1kRp2W?mT1[1?()k?1p1351.4 kJ Q=0

2870.1内能:]?6**303*[ 1?()1.4]?1.4?10.3?u?q?w?146-36.5=-109.5 kJ/kg

焓:

36.5 kJ/kg 1.4?1T2?T1(p2)p1k?1k?221.4K

?h?cp(T2?T1)?-153.3 kJ/kg 熵:

k(p2v2?p1v1)?k?1(3)多变过程

p2T2?T1()p1W?mn?1n=252.3K

?s?cplnv2p20.8150.12?cvln?1004.5*ln?717.4*lnv1p10.2360.6=90J/(kg.k) R287[T1?T2]?6**[303?252.3]?4-8 1kg理想气体由初态按可逆多变过程n?11.2?1436.5 kJ 1p1,已知从400℃降到100℃,压力降为p2?n?k6Q?mcn(T2?T1)?6*cv*(252.3?303)?该过程的膨胀功为200kJ,吸热量为40 kJ,设比n?1热为定值,求该气体的cp和cv

4-7 已知空气的初态为p1=0.6MPa,

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218.3 kJ

解:

v1=

?u?cv(T2?T1)?q?w??160kJ

T1v2=0.15 m/kg T23

cv=533J/(kg.k)

RRT1p2w?(T1?T2)?[1?()n?1n?1p1200 kJ 解得:n=1.49 R=327 J/(kg.k)

代入解得:cp=533+327=860 J/(kg.k) 4-9

将空气从初态1,t1=20℃,定熵压缩

n?1nP3v30.1*1.73*106T3??R296.8(2) 定压膨胀

=583 K

]=

?u?cv(T2?T1)?364 kJ/kg

w?R(T2?T1)?145.4 kJ/kg

定熵膨胀

?u?cv(T3?T2)?505 kJ/kg

R[T2?T3]?-505 kJ/kg k?1或者:其q=0,w???u= -505 kJ/kg w?4-11

1标准m的空气从初态1 p1=

3

到它开始时容积的1/3,然后定温膨胀,经过两个过程,空气的容积和开始时的容积相等。求1kg空气所作的功。 解:

0.6MPa,t1=300℃定熵膨胀到状态2,且v2=3v1。

k?1kRT1p2w1?[1?()k?1p1

RT1v1287*2931.4?1,求1]?[1?()k?1]?始时相等,v3=v1[1?3]、2、3点的参数(P,T,V)

k?1v21.4?1和气体所作的总功。

解:v1?空气由状态2继续被定温压缩,直到比容的值和开

=-116 kJ/kg

T2?T1(v1k?1)=454.7K v2v3w2?RT2ln?287*454.7*ln(1/3)v2RT1287*573??0.274 m/kg 5p16?103

=143.4 kJ/kg w=w1+w2=27.4 kJ/kg 4-10

1kg氮气从初态1定压膨胀到终态2,

3

v1k1)?0.6*()1.4? 0.129 MPa v23v11T2?T1()k?1?573*()0.4?369K

v23p2?p1(V2=3V1=0.822 m T3=T2=369K V3=V1=0.274 m

33

然后定熵膨胀到终态3。设已知以下各参数:t1=500℃,v2=0.25m/kg ,p3=0.1MPa,v3=1.73m/kg。求(1)1、2、3三点的温度、比容和压力的值。(2)在定压膨胀和定熵膨胀过程中内能的变化和所作的功。 解:(1)

3

p3?p2(v23v1)?0.129*?0.387 MPa v3v13

4-12 压气机抽吸大气中的空气,并将其定温压缩至p2=5MPa。如压缩150标准m空气,试求用水冷却压气机气缸所必须带走的热量。设大气处于标准状态。 解:

p2?p3(v3k1.731.4)?0.1*()=v20.251.5 MPa

P2v21.5*0.25*106T2??R296.8p1=p2=1.5 MPa

=1263K

Q?W?p1V1ln-59260kJ 4-13

p10.101325?0.101325*106*150*ln?p25活塞式压气机吸入温度t1=20℃和压

力p1=0.1MPa的空气,压缩到p2=0.8MPa,压气

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机每小时吸气量为600标准m。如压缩按定温过程进行,问压气机所需的理论功率为多少千瓦?若压缩按定熵过程进行,则所需的理论功率又为多少千瓦? 解:定温:

4-16

3

p3T3?T2()p2n?1n=441K

有一离心式压气机,每分钟吸入p1

=0.1MPa,t1=16℃的空气400 m3,排出时p2=0.5MPa,t2=75℃。设过程可逆,试求: (1)此压气机所需功率为多少千瓦?

(2)该压气机每分钟放出的热量为多少千焦? 解:(1) mm?pV100000?600??0.215kg/s RT287*273*3600p1Ws?mRT1ln?-37.8KW

p2定熵

?p1V1=8.04kg/s RT1ln(p2/p1)=1.13 n?k?11.4?1v1/v2)kRT1p2k1.4*287*2930.8ln(W1s?m[1?()]?0.215*[1?()1.4]k?1p11.4?10.1

某工厂生产上需要每小时供应压力

=-51.3 KW 4-14

为0.6MPa的压缩空气600kg;设空气所初始温度为20℃,压力为0.1MPa。求压气机需要的最小理论功率和最大理论功率。若按n=1.22的多变过程压缩,需要的理论功率为多少? 解:最小功率是定温过程 m=600/3600=1/6 kg/s

nR(T1?T2)?1183KW n?1n?kcv(T2?T1)=-712.3kJ/s (2) Q?mn?1Ws?mnw?m4-17

三台空气压缩机的余隙容积均为

6%,进气状态均为0.1MPa、27℃,出口压力均为0.5MPa,但压缩过程的指数不同,分别为:n1=1.4,n2=1.25,n3=1。试求各压气机的容积效率(假设膨胀过程的指数和压缩过程的指数相同)。

p1Ws?mRT1ln?=-25.1 KW

p2最大功率是定熵过程

p2n解:?v?1?c[()?1]

p1n=1.4:

1kRT1p2W1s?m[1?()k?1p1多变过程的功率

k?1k]?-32.8 KW

0.87

0.5?v?1?0.06*[()1.4?1]?0.11W1s?m4-15

nRT1p2[1?()n?1p1n?1n]?-29.6 KW

n=1.25:?v=0.84 n=1:

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

实验室需要压力为6MPa的压缩空气,

应采用一级压缩还是二级压缩?若采用二级压缩,最佳中间压力应等于多少?设大气压力为0.1,大气温度为20,压缩过程多变指数n=1.25,采用中间冷却器能将压缩气体冷却到初温。试计算压缩终了空气的温度。

解:压缩比为60,故应采用二级压缩。 中间压力:

?v=0.76

p2?p1p3?0.775MPa

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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 kJ/kg

v``=0.1943m3/kg =0.0011274 m3/kg u``= h``-pv``=2582.7 kJ/kg pv`=761.47 kJ/kg s``=6.5847 kJ/(kg.K) 2.1382 kJ/(kg.K)

hx=xh``+(1-x)h`=2575.6 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 =0.0011726 m3/kg h``=2796.4kJ/kg

h`=897.8 kJ/kg

v`

s`

u`=h`-

v`

h`=762.6

干度:x?vx?v`=0.78

v``?v`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 v``=0.21484m3/kg 湿蒸汽的质量:

h`=742.6 kJ/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 0.0011274m3/kg

v`

mv湿饱和蒸汽的质量:m?xV?xv``?(1?x)v` m解之得: x=0.53

v?xv``?(1?x)v`?0.18464 m3/kg

3

比容:vx=xv``+(1-x)v`=0.0558 m/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 v``=0.12714m3/kg

h`=852.4 kJ/kg v`=0.0011565m3/kg

蒸汽体积流量:

??vmv3600=0.077m3/s

输汽管的半径最小为 内径:0.0626m

?vr?c?=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:

饱和压力1.5551MPa。 刚性容器中水的比容:

v?0.2=0.1 m3/kg

压力是饱和压力1.5551MPa。

pV1?105?4000q?mcp?t?cp?t??1.01?120RT287?27311 更多相关资料

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=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

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 h``=2762.9kJ/kg 蒸汽比容:v v`=0.0011082m3/kg

h`=697.1kJ/kg

qms??304.28 kg /h

h?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*120=306.6 kg /h

0.94*(2725.5?561.4)?V?0.228 m3/kg m蒸汽干度:x?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

p1=0.19854MPa

容积:V=mv``=0.44601 m3 t=80℃的饱和蒸汽参数 v`=0. 0010292m3/kg h``=2643.8kJ/kg

p2=0.047359MPa

v``=3.4104m3/kg h`=334.92

kJ/kg

h``

2706.6kJ/kg

vx?v`=0.84

v``?v`(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)uxkJ

=-193.7

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。

=0.89202 m3/kg

解:查表p1=0.6MPa,t1=200℃ h1=2850kJ/kg kJ/kg)

查表p2=0.6MPa,t2=300℃ h2=3061kJ/kg

v2=0.4344 m3/kg

s2=7.372 kJ/(kg.K) h3=2680kJ/kg

(u2=2801 kJ/kg)

v3=1.706 m3/kg

v1=0.352 m3/kg (u1=2639

比容:vx?V0.44601?m0.5干度:x?vx?v`=0.26

v``?v`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

查表p3=0.1MPa,s=7.372

(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

A占容积:VA=mAv``=0.37481 m3 kJ/kg

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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

s1=7.083 kJ/(kg.K)

则绝热膨胀到p2=5kPa,s2=7.083 kJ/(kg.K) 时蒸汽的终参数 t2=32.88℃ m3/kg

h2=2160kJ/kg

v2=23.52

定压过程吸收的热量 q=m(h1-hx)= 3.32MkJ 内能的变化:

?u?m(?h?p?v)=2.65MkJ

7-13有一废热锅炉,进入该锅炉的烟气温度为ty1=600℃排烟温度为ty2=200℃。此锅炉每小时可产生ts=100℃的干饱和蒸汽200kg,锅炉进水温度为20℃,锅炉效率为60%。(1)求每小时通过的烟气量;(2)试将锅炉中烟气的放热过程与蒸汽的吸热过程定性的表示在同一t-s图上。

解:ts=100℃的干饱和蒸汽的焓:h=2676.3kJ/kg 20℃水的焓:h0=20*4.186=83.7 kJ/kg

水的吸热量:q1=200*(2676.3-83.7)=518520kJ/h 烟气的放热量:

汽轮机所作的功

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

q=

q1?864200 kJ/h 0.6q864200?=2139kg/h c?t1.01?400wt??h?1108 kJ/kg

烟气量:

my?v?RT287*673?=1.93m3/kg p100000V=myv

?4128 m3/h

7-14湿蒸汽进入干度计前的压力p1=1.5MPa,经节流后的压力p2=0.2MPa,温度t2=130℃。试用焓熵图确定湿蒸汽的干度。 解:节流前后焓不变 查h-s图得:x=0.97

8-1 温度tQ?14?2390?442.042MkJ/h 00p1=1.4MPa,t1=300℃的过热蒸汽的参数: h1=3040kJ/kg kJ/kg

单位蒸汽吸热量:q=h1-h0=2936 kJ/kg 总吸热量:Q2?

v1=0.1823m3/kg

取水为定值比热,其的焓值:h0=25×4.1868=104

?20℃,压力p?0.1MPa,相对湿度

??70%的湿空气2.5m3。求该湿空气的含湿量、

水蒸气分压力、露点、水蒸气密度、干空气质量、湿空气气体常数。如该湿空气在压力不变的情况下,被冷却为10℃的饱和空气,求析出的水量。 解:(1)水蒸气分压力: 根据tmq?29.36 MkJ/h

Q2?69.84% 锅炉效率:??Q(2)湿蒸汽的参数 v2=0.136 m3/kg

?20℃,查水蒸气表得对应的饱和压力为

MPa ps?0.0023368h2=2708kJ/kg

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pv??ps?0.7?0.0023368?0.00163576

MPa 含湿量:d?622pv?ps?622B?pvB??psps?3.169kPa

pv??ps?0.5×3.169=1.58kPa

露点:查水蒸气表,当

10.34g/kg(a) 露点:查水蒸气表,当饱和温度即露点

pv?1.58kPa

时,饱和温

pv?0.00163576 MPa时,

度即露点

t? 13.8℃

t?25℃,vs''=43.36m3/kg

绝对湿度:?v3''=0.0115kg/m ???s??/vst?14.35℃

v?81.03m3/kg

水蒸气密度:?干

?1?0.01234kg/m3 v气

:2.92

含湿量:

d?622pv?ps?622B?pvB??ps=

paV(105?1635.76)?2.5ma???RaT287?293㎏

求湿空气质量m?湿

9.985g/kg(a) 湿

ma(1?0.001d)?2.95㎏

v?

RaT287?298(1?0.001606d)?(1?0.001606?9.985)p105R?2871?0.378pv105?288.8J/(kg?K)

=0.867m3/kg

??1?0.001d?1.16kg/m3

v查在t?10℃,查水蒸气表得对应的饱和压力为

干空气密度:?aps?1.228 kPa pv?ps

含湿量:d2?11??1.15kg/m3 vavmv?8600

1?0.001d湿空气容积:V?mav??622pvB?pvm3

=7.73g/kg(a)

8-3查表题

8-4 压力B为101325Pa的湿空气,在温度t1=5℃,相对湿度?1=60%的状态下进入加热器,在进入加热器的湿空气容积为t2=20℃离开加热器。

析出水量:mw

8-2 温度t?ma(d2?d)=7.62g

?25℃,压力p?0.1MPa,相对湿度

V1=10000 m3。求加热量及离开加热器时湿空气

的相对湿度。

解:查饱和空气状态参数

??50%的湿空气10000kg 。求该湿空气的露点、

绝对湿度、含湿量、湿空气密度、干空气密度、湿空气容积。

解:水蒸气分压力: 根据tt1=5℃,ps,1=872Pa t2=20℃,ps,2=2.337kPa

?25℃,查水蒸气表得对应的饱和压力为

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分别计算状态参数:

t1=5℃, ?1=60%时 pv1=872×60%=523.2 Pa d1?622pv1?3.2g/kg(a)

B?pv113.

d1?622?1ps1?4.37g/kg(a)

B??1ps1d2?622?2ps2?28.9g/kg(a)

B??2ps217.

h1?1.01t1?0.001d1(2501?1.85t1)?08kJ/kg(a)

在加热器中是等湿过程:d2ma1?65 kg

pa1V(101300?2337)?15??RaT287?293pa2V(101300?5322)?20??RaT287?308ma1h1?ma2h2=74.34 kJ/kg(a)

ma1?ma2?d1?3.2g/kg(a)

2

h2?1.01t2?0.001d2(2501?1.85t2)?8.32 kJ/kg(a)

查图得湿空气相对湿度:

ma2?.75 kg 焓:hc21

?2=23%

?干空气的质量:

ma?paV(101325?523.2)?10000??RaT287?278dc?ma1d1?ma2d2=17.9 g/kg(a)

ma1?ma212634kg 加热量:

查图得:tc?28.5℃

q?ma(h2?h1)?12634?(28.32?13.08)?1.9×105kJ

8-5 有两股湿空气进行绝热混合,已知第一股气

?c =73%

8-6已知湿空气的h?60kJ/kg(a) ,t=25℃,试用B

=0.1013MPa的焓湿图,确定该湿空气的露点、湿球温度、相对湿度、水蒸气分压力。 解:露点19℃ 湿球温度20.8℃ 相对湿度69%

?1=15m3/min,t20℃,?1=30%;第流的V1=?2=20m3/min,t35℃,?2=二股气流的V2=

80%。如两股气流的压力均为1013×102Pa,试分别用图解法及计算法求混合后的焓、含湿量、温度、相对湿度。 解:图解法略。 计算法:

查饱和空气状态参数

h1= 31.14kJ/kg(a) t1=20℃,ps,1=2.337kPa,

ps?3.167kPa

水蒸气分压力

8-7 在容积V=60℃的房间内,空气的温度和相对湿度分别为21℃及70%。问空气的总质量及焓kg值各为多少?设当地大气压为B=0.1013MPa。 解:空气21℃对应的饱和压力:水蒸气的分压力:

pv??ps=2185Pa

t2=35℃,

ps,2=5.622kPa,h2=109.4 ps?2.485kPa

kJ/kg(a)

pv??ps=1.7295 kPa

温度21℃和相对湿度分别为70%的空气焓:

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48.77kJ/kg(a) 干

:70

ma?.6kg

ma?.8kg

paV(101300?1729.5)?60??RaT287?294paV(101300?1020)?200??242RaT287?288加热量:

空气的含湿量:

d?622pv?10.8g/kg(a)

B?pvq?ma(h2?h1)?4937.8kJ

干燥器中是绝热过程h3=h2=51.5 kJ/kg(a) 由?3=90%查表得d3=12.64g/kg(a) 吸收的水份:

空气的总质量:m?空气的焓值:

ma(1?0.001d)=71.5 kg

mah?70.8×48.77=3452.9 kJ

3

mw?ma(d3?d2)=1538.4g

8-9某空调系统每小时需要t=21℃,?c=60%的

c

3

湿空气12000m。已知新空气的温度t1=5℃,?1=80%,循环空气的温度t2=25℃,?2=70%。新空气与循环空气混合后送入空调系统。设当时的大气压力为0.1013MPa。试求(1)需预先将新空气加热到多少度?(2)新空气与循环空气的流量各为多少(kg/h)?

解:已知:t1=5℃,?1=80%,

8-8将温度t1=15℃,?1=60%的空气200m加

热到t2=35℃,然后送入到干燥器。空气在干燥器总与外界绝热的情况下吸收物料总的水份,离开干燥器的相对湿度增至?3=90%。设当地大气压力B=0.1013MPa。试求(1)空气在加热器中的吸热量;(2)空气在干燥器中吸收的水份。 解:查表

t1=15℃,ps1=1.704 kPa t2=35℃,ps,2=5.622kPa

计算状态参数:

t2=25℃,?2=70%

查h-d图可得: h1=15.86 kJ/kg(a) d1=4.32g/kg(a) , h2=60.63 kJ/kg(a) d2=13.93 g/kg(a)

求tc=21℃,?c=60%的水蒸气分压力 hc=44.76 kJ/kg(a),dc=9.3g/kg(a),2.485kPa,

t1=15℃,?1=60%时 pv1??1ps1=1.02 kPa d1?622pv1?6.33g/kg(a)

B?pv131.

ps1

pv1=1.49kPa,

h1?1.01t1?0.001d1(2501?1.85t1)?15kJ/kg(a)

在加热器中是等湿过程:d2求干

?d1?6.3g/kg(a)

5

ma?h2?1.01t2?0.001d2(2501?1.85t2)?1.5 kJ/kg(a)

查图得湿空气相对湿度:

paV(101300?1490)?12000??RaT287?29414195kg/h

根据混合空气的焓和含湿量计算公式可得:

?2=18%

ma1?6839 kg/h ma2?7356 kg/h

干空气的质量:

h=27.7 kJ/kg(a)

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根据d=d1=4.32 g/kg(a)查图得 t=17℃

8-10为满足某车间对空气温度及相对湿度的要求,需将t1=10℃,?1=30%的空气加热加湿后再送入车间,设加热后空气的温度t2=21℃,处理空气的热湿比?=3500。试求空气终了时的状态参数d2、h2、?2。

解:由t1=10℃,?1=30%,?=3500查图得: h2=56 kJ/kg(a),d2=13.5g/kg(a),?2=85%

8-11某空调系统每小时需要t2=21℃,?2=60%的湿空气若干(其中干空气质量ma。?4500 kg/h)

绝对湿度0.0072kg/m3

(3) 冷却至饱和状态?3=100% 饱和温度为8℃

vs=65.08m3/kg

?v1??1??s??1vs=0.008kg/m3

d1?622pv1?6.7g/kg(a)

B?pv1(2) 相对湿度?2=14%

vs =19.5m3/kg

?v2??2??s??2vs=

现将室外温度t1=35℃,?1=70%的空气经处理后达到上述要求。(1)求在处理过程中所除去的水分及放热量;(2)如将35℃的纯干空气4500 kg冷却到21℃,应放出多少热量。设大气压力B=101325Pa。 解:(1)查h-d图

vs =120.9m3/kg

绝对湿度?s=0.00827kg/m3

t2=21℃,?2=60% t1=35℃,?1=70%得

h1=99.78 g/kg(a) h2=44.76 g/kg(a)

处理过程除去的水分mwkg/h 放热量:qkJ/kg(a)

d2=9.3

kJ/kg(a)

d1=25.17

8-13冷却塔中水的温度由38℃被冷却至23℃,水流量100×103kg/h。从塔底进入的湿空气参数为温度15℃,相对湿度50%,塔顶排出的是温度为30℃的饱和空气。求需要送入冷却塔的湿空气质量流量和蒸发的水量。若欲将热水(38℃)冷却到进口空气的湿球温度,其他参数不变,则送入的湿空气质量流量又为多少?设大气压力B=101325Pa。 解:查h-d图

?ma(d1?d2)=71.4

?ma(h1?h2)=247.6 kJ/h

(2)将35℃的纯干空气4500 kg冷却到21℃,放出热量

t1=15℃,?t2=30℃,?h1=28.45 g/kg(a)

1=50% 2=100%得

d1=5.28 d2=27.2

kJ/kg(a)

q?macp(t1?t2)=63630kJ

8-12已知湿空气的温度t=18℃,露点t=8℃,

d试求相对湿度、绝对湿度及含湿量。如将上述湿空气加热至40℃,其相对湿度、绝对湿度有何变化?如将其冷却至饱和状态,求其相对湿度与绝对湿度。当时大气压力为0.1013MPa。 解:(1)查图得:

h2=99.75kJ/kg(a) g/kg(a)

由t3=38℃和t4=23℃,取水的平均定压比热cpm=4.1868kJ/(kg.K) 水的焓值:

hw3=159.1 kJ/kg hw4=96.3

kJ/kg

?1?52%

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干空气的质量:

mw3(hw3?hw4)ma?(h2?h1)?hw4(d2?d1)?10?3=90.7×103kg(a)/h 送入湿空气的质量

c2h0=h1+

2

当c=100m/s时: h0=301

kJ/kg,T0=

m?ma(1?0.001d1)=91.2×103kg/h

蒸发的水量

h0cp=298K,

mw?ma(d2?d1)?10?3=1988 kg/h

(2)查图湿球温度为9.7℃,hw4=40.6kJ/kg

Tp0?p1(0)k?1=0.106 MPa

T1当c=300m/s时:

h0=341 kJ/kg,T0=337.6K,p0= 0.158MPa 当c=500m/s时:

h0=421 kJ/kg,T0=416.8K,p0= 0.33MPa

当c=1000m/s时:

h0=796 kJ/kg,T0=788.1K,p0= 0.308MPa

kmw3(hw3?hw4)ma?(h2?h1)?hw4(d2?d1)?10?3168.3×103kg(a)/h

送入湿空气的质量

?9-2质量流量m?1kg/s的空气在喷管内作定熵流

m?ma(1?0.001d1)=169.2×103kg/h

8-14某厂房产生余热16500kJ/h,热湿比?=7000。为保持室内温度t2=27℃及相对湿度?2=40%的要求,向厂房送入湿空气的温度t1=19℃,求每小时的送风量为多少千克及厂房的产湿量。大气压力B=101325Pa。 解

湿

动,在截面1-1处测得参数值p1= 0.3MPa,t1=200℃,c1=20m/s。在截面2-2处测得参数值p2=0.2MPa。求2-2截面处的喷管截面积。 解:pc??p1?0.528?0.3?0.1584>0.2 MPa

采用渐缩喷管。 c1=20m/s较小忽略。 因此2-2截面处是临界点

?d?1000?h??1000?165007000=2.357kg/h

p2T2?T1()p1v2?k?1k?421K

查图得h2=49.84 g/kg(a) 送干空气量ma送风量m?

kJ/kg ,h1=35 kJ/kg,d1=6.3

RT2?0.6m3/kg P2?Q?1112 kg/h

h2?h1c2?f2?

2kRT1p2[1?()k?1p1k?1k]?323m/s

ma(1?0.001d1)=1.12×103kg/h

v2?m?0.00185m3 c29-3渐缩喷管进口空气的压力p1= 2.53MPa,t1=80℃,c1=50m/s。喷管背压pb= 1.5MPa。求喷管出口的气流速度c2,状态参数v2、t2。如喷管出口截面积f2=1cm2,求质量流量。 解:

9-1压力为0.1MPa,温度为20℃的空气,分别以100、300、500及1000m/s的速度流动,当被可逆绝热滞止后,问滞止温度及滞止压力各多少? 解:h1=cpT1=1.01×293=296kJ/kg

pc??p1?0.528?2.53=1.33<1.5 MPa

没有到临界。

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滞止温度:

c12T0?T1?2cp滞止压力:

=354.24K

p2T2?T1()p1c2?=2.56 MPa

k?1k=1108K

p0?p1(T0)T1kk?12kR[T1?T2]?474 m/s k?1v2?k?1kc2?2kRT0p2[1?()k?1p0]?317.5 m/s

RT2?0.636 m3/kg P2v2?mf2??6.7cm2

c2T2?T1(v2?p2)p1k?1k(2)p2=0.12MPa

=304K

pc??p1?0.528?0.7=0.37 MPa>pb

选缩放喷管。

RT2?0.058 m3/kg P2f2c2m??0.55 m3/s

v2p2T2?T1()p1c2?v2?k?1k=737K

9-4如上题喷管背压pb= 0.1MPa。求喷管出口的气流速度及质量流量? 解:

2kR[T1?T2]?985 m/s k?1pc??p1?0.528?2.53=1.33 MPa >pb

所以渐缩喷管进口截面压力p2=pc=1.33 MPa 由定熵过程方程可得:(按c1=0处理)

=294K

RT2?1.76 m3/kg P2v2?mf2??8.9cm2

c2p2T2?T1()p1c2=a=

k?1k9-6空气流经一断面为0.1m2的等截面通道,在截面1-1处测得c1=100m/s,p1= 0.15MPa,t1=100℃;在截面2-2处,测得 c2=171.4m/s,p2=0.14MPa。若流动无摩擦损失,求(1)质量流量;(2)截面2-2处的空气温度;(3)截面1-1与截面2-2之间的传热量。

解:(1)质量流量

KRT2=344 m/s

v2?RT2?0.0634 m3/kg P2f2c2m??0.543 m3/s

v2

9-5空气流经喷管作定熵流动,已知进口截面上空气参数p1= 0.7MPa,t1=947℃,c1=0m/s。喷管出口处的压力p2分别为0.5 MPa及0.12 MPa,质量

?流量均为m?0.5kg/s。试选择喷管类型,计算喷

管出口截面处的流速及出口截面积。 解:(1)p2=0.5MPa

RT1?0.71 m3/kg P1fc1m??14.08 kg /s

v1fc20.1?171.4?(2)v2?=1.22 m3/kg m14.08p2v2T2??595K

Rv1?(3)q

9-7有p1= 0.18MPa,t1=300℃的氧气通过渐缩喷

pc??p1?0.528?0.7=0.37 MPa

未到临界,选用渐缩喷管。

?mcp?t?3141kJ/s

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管,已知背压pb= 0.1MPa。喷管出口直径d2=10mm。如不考虑进口流速的影响,求氧气通过喷管的出口流速及质量流量。 解: p2=0.1 MPa

(2)c2'f?mv2c2=24.5cm2

pc??p1?0.528?0.18=0.1 MPa =pb

出口为临界流速

??c2?650 m/s

T2'?T1??(T1?T2)?390 K

kcc?2RT1?416.7 m/s

k?1质量流量

k?1kRT2'v??1.12 m3/kg

P2'2T2?T1(v2?p2)p1=484K

mv'2f?'c2=25.8cm2

RT2?1.26 m3/kg P2fcm??0.026 kg /s

v29-9某燃气p1= 1MPa,t1=1000K,流经渐缩渐扩喷管。已知喷管出口截面上的压力p2=0. 1MPa,进口流速c1=200m/s,喷管效率η=0.95,燃气的质量

?流量m面积。

?50kg/s,燃气的比热

k=1.36,定压质量

9-8空气通过一喷管,进口压力p1= 0.5MPa,t1=

比热cp=1kJ/(kg.K)。求喷管的喉部截面积和出口截

?600K,质量流量为m?1.5kg/s。如该喷管的出口

解:进口流速c1=200m/s

处压力为p2= 0.1MPa,问应采用什么型式的喷管?如不考虑进口流速影响,求定熵膨胀过程中喷管出口气流流速及出口截面积。如为不可逆绝热流动,喷管效率η=0.95,则喷管气体出口速度及出口截面积各为多少? 解:

c12?20 kJ/kg远小于燃气的进口焓cpT1=1000 2kJ/kg 忽略。 出口流速:

pc??p1?0.528?0.5=0.264 MPa >p2

所以应采用缩放喷管。 (1)出口流速:

p2()p1k?1k?0.5436

k?1kp2()p1k?1k?0.6314

k?1kp2T2?T1()p1=378.8K

=543.6K

p2T2?T1()p1v2?c2?44.72cp(T1?T2)?955m/s

'c2??c2?931 m/s

RT2?1.09 m3/kg P22kRT1p2[1?()k?1p1k?1kT2'?T1??(T1?T2)?566 K

]?667m/s

R?'2c2?k?1cp=264.7 kJ/(kg.K) kRT2'v??1.5 m3/kg

P220 更多相关资料

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出口截面积

mv'2f?'c2m?=805cm2

fmincc?0.533 kg /s vcmv2c2=76.4cm2

(2)喉部流速:

f2?

pc??p1??0.535 MPa

Tc?T1?k?1k9-12解:h1=3231 kJ/kg,

=847.4K

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=44.72cc?kRTc)?552m/s RTvc?c?0.4193 m3/kg

Pc喉部截面积

h1?h2?407.4 m/s

mv'cf?'cc

m?=380cm2

fc2?0.35 kg /s v29-13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 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 m/kg cc=44.72c2=44.72质量流量

3

?j?Pa

t2?t1130?212.4??p2?p1(0.1?2)?10643.4K/M

9-14解:查表得:h1=3222 kJ/kg h2=3066 kJ/kg c2=44.72h1?h2?558.6 m/s

'c2??c2 =519 m/s

动能损失:

2c2(1??)?21 kJ/kg

22h1?hc?532.9 m/s h1?h2?1066.7 m/s

9-15解:kJ/(kg.K)

(理想气体的绝热节流过程温度相等)

?s?cvlnvT2?Rln2?T1v10.199

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用损

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

?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 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、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

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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)

t??1?c?43%

th

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

??h5?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:

?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)

??1?

tc?44.7% thP12?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: h2=2161 kJ/kg 电的耗煤量:

h3=163.38 kJ/kg

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

m1?P?20000?1?0.85P12?1?h1?h20.36?20020000??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

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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

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

m1?5002181.8p2?p1?k?4.78 MPa

3点压力和温度:

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 v3v3T3T3v2T2v3p4?p3()k?0.443 MPa

v4p4T4?T3()p3热

率:

k?1k=1231K

??v3T4??v2T14.2

?k?1=52% ??1?k?1k(??1)?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?轴功:

1?k?1?57.4%

w?q??401.5kW

T2?T1?k?1=703.7K

最高温度

T3?T2?qcv=1662.6K

??1?p2=

1?(k?1)/k=45.3%

p2?p1?k?1.82MPa

最高压力(定容)

p1?气

=0.8 MPa

T2?T1?(k?1)/k=

530K 压

p3?p2

T3?4.3MPa T2wc?h2?h1?cp(T2?T1)?245 kJ/kg

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

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压缩功率:P1=mw1=45.6kW

=478K

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燃气轮机作功:w1?cp(T3?T4)燃气轮机装置的轴功

?403 kJ/kg

w?w1?wc?158 kJ/kg

q1?cp(T3?T2)?350 kJ/kg

??

w?4 q1T2?T1(p2(k?1)/k=446K )p1p4(k?1)/k)=205K p3T4?T3(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

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:????1p2()(k?1)/k?1p1q2?2.06 w 故: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℃,

1p2?p1(?1)(k/(k?1))?=0.325

致冷工质定熵压缩终了时焓值为430kJ/kg,致冷剂

MPa

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 h2=430 kJ/kg

s1=1.739 kJ/(kg?K) ,p2=1.016 MPa ,h3=419 kJ/kg h5=h4=256 kJ/kg

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

p4p1? p3p2T3=20+273=293K =209K

致冷量:q2?cp(T1?T4)=1.01×(263-209)=54.5kJ/kg

致冷剂的质量流量

p4T4?T3()(k?1)/kp3m?Q?q20.43kg/s 致冷系数:??q2?2.95 wp2T2?T1()(k?1)/k=368K

p1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

压缩功:w1=cp(T2-T1)=106 kJ/kg 为-5℃,冷凝温度为30℃,冷凝器中冷却水的进口

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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 h2=1620 kJ/kg

s1=5.6856 kJ/(kg?K) p2=1.1686 MPa h5=h4=343 kJ/kg

致冷量:q2=h1-h5=1114 kJ/kg

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) h3=272 kJ/kg

h2=430 kJ/kg,

Q氨每小时的流量;m?=305.2kg

q2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

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(3)消耗的功率P

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cpm2?11-5

Q1=1.16×104kg/h

cpw(20?12)?Qq1=0.103kg/s

一台氨致冷装置,其致冷量

?mw?3.6kW

Q0?4?105kJ/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) p2=1.2MPa,

h2=1650

kJ/kg,h3=320

s2=5.75 kJ/(kg?K),

?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:QkJ/kg

制冷量:q2=h1-h3=1080 kJ/kg 压缩功:w=h2-h1=250 kJ/kg (1)致冷系数:??q2?4.32 w?Qq2=370kg/h

?macp?t?80000×1.256

×10=1×106kJ/h 致冷剂流量:m(2)致冷剂的质量流量:m(3)消耗的功率P

??mw?25.7kW

Qq1=5.88×103kg/h

必需的井水量:mw=mq2/(4.18*7)=30143 kg/h

11-6

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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

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