工程热力学练习题答案(5)

第二章热力学第二定律 10

2-10某蒸汽动力厂中锅炉以40T/h的蒸汽供入蒸汽轮机。进口处压力表上读数是9MPa，蒸 汽的焓是3441kJ/kg。蒸汽轮机出口处真空表上的读数是0.0974MPa，出口蒸汽的焓是 2248kJ/kg，汽轮机对环境散热为

56.81 10 kJ/h。求：（1）进、出口处蒸汽的绝对压力，（当

场大气压是101325Pa）；（2）不计进、出口动能差和位能差时汽轮机的功率；（3）进口处蒸汽 为70m/s，出口处速度为140m/s时对汽轮机的功率有多大的影响；（4）蒸汽进出、口高度并 差是1.6m时，对汽轮机的功率又有多大影响？ 解（1）p1

,1

9MPa 0.101325MPa 9.1MPa

e b

p p = +=

2 2

=0.101325MPa 0.0974MPa 0.3925 10 MPa b?pv p=p

,2?

（2）据稳流能量方程

t

Q= ? +H W每小时技术功

5 7t m

= ?6.81 10 kJ/h 40 1000kg/h (3441 2248)kJ/kg 4.704 10 kJ/h

P H q h

ψ

ψ= ? ? = ? ?

×

功率

4.704 10 kJ/h 13066.7kW 3600 3600 tWP== =

7

（3）若计及进出口动能差，则

2 2 22 1 2 2 2 1 3 2 2 2 3

?h1

( ) ' ( ) 2 ' (

) ( ) 2 40 10

13066.7kJ/s

(140?70 )(m/s) 10 2 3600

13066.7kJ/s 81.7kJ/s 12985kW

m m i f f m i m f f

q q h P c c q P q h c c

ψ ψ

?

= + + ?

=? ? ? ? = ? × =

即汽轮机功率将减少81.7kW （4）若计及位能差，则

2

\)

40000kg/h 13066.7kJ/s 9.81m/s× ?( 1.4)m 3600s

13066.7kJ/s 0.174kJ/s 13066.9kW

i m m

P

q hq g zψ=? ? ? = ? × =

已汽轮机功率将增加0.174kW。

2-11用一台水泵将井水从6m深的井里泵到比地面高30m的水塔中，水流量为 325m / h，水

泵耗功是12kW。冬天井水温度为3.5℃，为防止冬天结冰，要求进入水塔的水温不低于4℃。 整个系统及管道均包有一定厚度的保温材料，问是否有必要在管道中设置加热器？如有必要

的 话 需 加 入 多 少 热 量?(设 管 道 中 水 进 、 出 口 动 能 差 可 忽 略 不 计 ； 水 的 比 热 容 取 定 值

4.187kJ/(kg K)pc=且水的焓差 ph c t，水的密度取

3

1000kg/m)。

第二章热力学第二定律 11

解

2 2 2 1

?z1 ( ) ( ) 2f

2f s

m QH c c mg z W = ? + ? + +

因可忽略管道中水进出口的动能差

?E1()+Ws

Q= ? +H mg E

2

?t1 2?z1 [ ( )+( )]

2p s

m c t g z W = +

2 3 3

25 1000kg/h [4.187kJ/(kg K) (4 3.5) C 9.81m/s×(30 6)m 10 ] 12kJ/s 3600s 1.8 10 kJ? = + ×

o

所以有必要加入加热器，加热量最小为 31.8 10 kJ/h。

2-12一刚性绝热容器，容积为

3=0.028mV，原先装有压力为0.1MPa、温度为21℃的空气。

现将与此容器连接的输气管道阀门打开，向容器充气。设输气管道内气体的状态参数保持不 变，p=0.7MPa

21 Ct=，。当容器中压力达到0.2MPa时，阀门关闭。求容器内气体到平 衡时的温度（设空气可视为理想气体，其热力学能与温度的关系为{ }

{ }

kJ/kg K

0.72=

；焓与

温度的关系为{ }

{ }

kJ/kg K

1.005=

）。

解取刚性容器为控制体，则

2 2 CV 2 2 221 1

m?h1

m1 1 1 δ d ( )δ ( )δ δ 2 2

f f f i

Q=E h c gz c gz W + + + + + +

据题意δ

0Q=δ 0iW= 2δ=0m

1

2

2 fc和

2?z1()g z可忽略不计

所以

CV1

=h m1dδ

dinin E =

积分有

in CV

mhin E?=

而

CV

in 2

?E= ?U