工程热力学第八章

第八章湿空气

本章主要内容

1、湿空气的性质

2、湿空气的焓湿图

3、湿空气的热力过程

基本知识点

1.理解绝对湿度、相对湿度、含湿量、饱和度、湿空气密度

2. 干球温度、湿球温度、露点温度

和角系数等概念的定义式及物理意义。

3.熟练使用湿空气的焓湿图。

4.掌握湿空气的基本热力过程的计算

和分析。

湿空气＝（干空气＋水蒸气）空调、通风、烘干、冷却塔、储存 §8-1 湿空气的性质湿空气与一般理想混合气体的最大区别是水蒸气的成分可能变化。

分压低

理想混合气体

v a p p p =+ v a B p p =+ 标准化

湿空气的分子量及气体常数湿空气是由干空气和水蒸气所组成的理想混合气体。

( ) v 28.97(28.9718.02)28.9710.95 a v v a a v a v a a v v v p p p M r M r M M M M M M B B B

p p B B

=+=+=-- =--=- 0 8314287 28.9710.9510.378 v v

R R p p M B B

=== --

饱和蒸汽

1、未饱和湿空气过热蒸汽

水蒸气干空气

＋

过热水蒸气 p v < p s

(T) T s

p v p s

加入水蒸气，p

2、饱和湿空气干空气

＋

饱和水蒸气

p v ＝ p s

(T) T s

p s 温度一定，不能

再加入水蒸气

从未饱和到饱和的途径

T s p v p s 1、 T 加水蒸气

p v a b 3、 p v 不变，T a b a d d c 2、 p v

，T a c 4、 v a e

结露

T d 露点温度

T d = T s (p v

) 结露与露点

湿润的夏天水管上常出现水珠?

冷水管t =20 o C

d p v =0.04bar 大气温度t =30 o C t d

=28.98 o C 干燥的冬天p v

小， t d <0.0 o C 结霜

湿空气中所含水蒸气的量

湿空气的湿度

v v v p V m R T

= v v v v v

1 m p V R T v r === 1、绝对湿度

每1m 3 湿空气中所含的水蒸气的质量 kg 水蒸气/m 3 绝对湿度 T , p v

下水蒸气的密度不常用

0 < < 1 未饱和湿空气 2、相对湿度

j ＝ 1 饱和湿空气 v s 0() p p T

￡￡在相同的温度下： v v s s p p r j r == 相对湿度

＝ 0 干空气

表明湿空气与同温下饱和湿空气的偏离程度反映所含水蒸气的饱和程度

越湿润，吸水能力低

j 越干燥，吸水能力强 j

含湿量（比湿度）

v v v v v v v s v s 287 1000 461 622622 a a a a a a p V

m R T p R p d p V m p R p R T

p p B p B p

j j ′ ====′ ′

== -- 湿空气中干空气的量总不变，以此为计算基准

v a m d m

= 含湿量 g /kg （a ）

10.001d v

r + = 湿空气的比体积与密度 3 10

a a a v v v p V m R T p V m R T - =×× =××× a a V v v m == m 3 /kg (a) ( ) 0.001 a a v v p V T m R m R ×=+ 也是以1kg 干空气为基准

10.001 a v a a R T R V v d m p R ?? × ==+′ ?÷ è?

( ) 10.001606 a a R T V v d m p

× ==+

以单位质量干空气为基准，理想混合气体 3 v v v 10 0.001 a a a a a m h m h H h h d h m m

- +′ ===+× kJ/kg （a ）工程上，取0 o C 时 1.010.001(2501 1.85)

h t d t =++ 干空气的焓 1.01 a p h c t t == v 2501 1.85 h t

=+ 水蒸气的焓温度t 下饱和水的焓 h v

=0 h a

=0 干空气的焓

在开口的通风空调工程中，由稳定流动能量方程，对通风量为V ，温度为T 的湿空气，其热交换量为：

干空气的质量：

( ) v a a a a B p V p V m R T R T

- == ( ) 21 a Q m h h =- KJ

无法直接测量,间接方法

1. 绝热饱和温度（热力学湿球温度）

t 1, d 1

2 m f T s

2 t 2 =t w *

2. 干湿球温度

t-t w

j 1 j = t = t w = t s (p v

) 球面上蒸发热

对流热 t w

?绝热饱和温度 t w 不是一个状态参数

湿球温度与热力学湿球温度热力学第一定律

( ) 3

1212 10 p w h c t d d h - +-′= 0

? 12

h h ?

【例8-1 】有温度t＝30℃、相对湿度φ＝ 60％的湿空气l0000m 3 ，当时的大气压力B＝

、绝对湿度ρ v、含湿量d、 0.1MPa。求露点t

，湿空气的容积v、干空气干空气的密度ρ

，湿空气的密度ρ，湿空气总焓的比体积v

H及湿空气的质量m。

§8-2 湿空气的焓湿（h-d）图湿空气的参数很多，有3个独立的变量焓湿图:以1kg干空气为基准和一定的大气压力B

工程热力学思考题答案,第八章知识分享

第八章压气机的热力过程 1、利用人力打气筒为车胎打气时用湿布包裹气筒的下部，会发现打气时轻松了一点，工程上压气机缸常以水冷却或气缸上有肋片，为什么？答：因为气体在压缩时，以等温压缩最有利，其所消耗的功最小，而在人力打气时用湿布包裹气筒的下部或者在压气机的气缸用水冷却，都可以使压缩过程尽可能的靠近等温过程，从而使压缩的耗功减小。 2、既然余隙容积具有不利影响，是否可能完全消除它？答：对于活塞式压气机来说，由于制造公差、金属材料的热膨胀及安装进排气阀等零件的需要，在所难免的会在压缩机中留有空隙，所以对于此类压缩机余隙容积是不可避免的，但是对于叶轮式压气机来说，由于它是连续的吸气排气，没有进行往复的压缩，所以它可以完全排除余隙容积的影响。 3、如果由于应用气缸冷却水套以及其他冷却方法，气体在压气机气缸中已经能够按定温过程进行压缩，这时是否还需要采用分级压缩？为什么？答：我们采用分级压缩的目的是为了减小压缩过程中余隙容积的影响，即使实现了定温过程余隙容积的影响仍然存在，所以我们仍然需要分级压缩。 4、压气机按定温压缩时，气体对外放出热量，而按绝热压缩时不向外放热，为什么定温压缩反较绝热压缩更为经济？答：绝热压缩时压气机不向外放热，热量完全转化为工质的内能，使

工质的温度升高，压力升高，不利于进一步压缩，且容易对压气机造成损伤，耗功大。等温压缩压气机向外放热，工质的温度不变，相比于绝热压缩气体压力较低，有利于进一步压缩耗功小，所以等温压缩更为经济。 5、压气机所需要的功可从第一定律能量方程式导出，试导出定温、多变、绝热压缩压气机所需要的功，并用T-S 图上面积表示其值。答：由于压缩气体的生产过程包括气体的流入、压缩和输出，所以压气机耗功应以技术功计，一般用w c 表示，则w c = -w t 由第一定律：q=△h+w t ，定温过程：由于T 不变，所以△h 等于零，既q=w t ，q=T △s ，2 1ln p p R s g =?，则有 12ln p p T R w g c = 多变过程：w c = -w t =△h-q ()???? ????? ?-???? ??---=???? ??----=---=-111111111112112112n n g g V P P T R n n T T T R n n T T c n n q κκκκκ ()???? ??????-???? ??-=???? ??--=-=?-1111112112112n n g g p p p T R T T T R T T c h κκκκ 所以??????????-???? ??-=-111121n n g c p p T R n n w 绝热过程：即q=0，所以

工程热力学第三版电子教案第10章自我测验题

第十章自我测验题 1、画出柴油机混合加热理想循环的p－v图和T－s图，写出该循环吸热量、放热量、净功量和热效率的计算式；并分析影响其热效率的因素有哪些，与热效率的关系如何？ 2、画出汽油机定容加热理想循环的p－v图和T－s图，写出该循环吸热量、放热量、净功量和热效率的计算式，分析如何提高定容加热理想循环的热效率，是否受到限制？ 3、柴油机的热效率高于汽油机的热效率其主要原因是什么？ 4、怎样合理比较内燃机3种理想循环（混合加热循环、定容加压循环、定压加热循环）热效率的大小？比较结果如何？ 5、画出燃气轮机装置定压加热理想循环的p－v图和T－s图。分析如何利用压气机绝热效率和燃气轮机相对内效率确定实际压气机出口的温度和实际燃气轮机出口的温度，怎样来提高定压加热实际循环的热效率？ 6、燃气轮机装置定压加热实际循环采用回热的条件是什么？一旦可以采用回热，为什么总会带来循环热效率的提高？ 7、朗肯循环的定压吸热是在________中进行的，绝热膨胀是在________中进行的，在冷凝器中发生的是________过程，在水泵中进行的是_______过程。 8、试将如图所示的蒸汽再热循环的状态点1、2、3、4、5、6及循环画在T－s图上。假设各状态点的状态参数已知，填空： 9、如图所示的一级抽汽回热（混合式）蒸汽理想循环，水泵功可忽略。试：（1）定性画出此循环的T－s图和h－s图；

（2）写出与图上标出的状态点符号相对应的焓表示的抽汽系数，输出净功，吸热量，放热量，热效率及汽耗率的计算式。 10、某气体依次经历绝热、定容、定压3个可逆过程完成循环。试在T－s图上判断该循环是热机循环还是制冷循环。 11、蒸气压缩制冷循环可以采用节流阀来代替膨胀机，空气压缩制冷循环是否也可以采用这种方法？为什么？ 12、何谓制冷系数？何谓热泵系数？试用热力学原理说明能否利用一台制冷装置在冬天供暖。 13、一内燃机按定容加热理想循环工作，其进口状态为p1＝98kPa，t1＝60℃，压缩比为6，加入热量q1=879kJ/kg。工质视为空气，比热容为定值，试：（l）在p－v图和T－s图上画出该机的理想循环；（2）计算压缩终了温度、循环最高温度、循环放热量及循环热效率。 14、内燃机定压加热循环，工质视为空气，已知p1＝100kPa，t1＝70℃，压缩比为12，。设比热容为定值，求循环的吸热量、放热量、循环净功量及循环热效率。 15、一内燃机混合加热循环，已知p1＝103kPa，t1＝22℃，压缩比为16，定压加热过程比体积的增量占整个膨胀过程的3％，循环加热量为801.8kJ/kg。求循环最高压力、最高温度及循环热效率。 16、一燃气轮机装置定压加热循环，工质视为空气，进入压气机时的温度p1＝93kPa，t1＝20℃，在绝热效率为0.83的压气机中被压缩到p2＝552kPa。在燃烧室中吸热后温度上升到t3＝870℃，经相对内效率为0.8的燃气轮机绝热膨胀到p4＝93kPa。空气的质量流量为10 kg／s。设空气比热容为定值，试求：（l）循环的净功率；（2）循环热效率。 17、如图所示的一次再热和一级抽汽回热蒸汽动力理想循环，新蒸汽与再热蒸汽温度相同，回热器为表面式，疏水进人凝汽器，被加热水出口焓看作等于抽汽压力下的饱和水焓，水泵功可忽略。试：

工程热力学课后作业答案(第十章)第五版

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 3 121h h h h t --= η h1为主蒸汽参数由初参数16.5MPa 、550℃定查表得：h1=3433kJ/kg s1=6.461kJ/(kg.K) 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 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℃ 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=0w h1-h2-( h3`-h3) （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1 0q w =η＝

工程热力学思考题答案,第二章

第二章热力学第一定律 1.热力学能就是热量吗? 答：不是，热是能量的一种，而热力学能包括内位能，内动能，化学能，原子能，电磁能，热力学能是状态参数，与过程无关，热与过程有关。 2.若在研究飞机发动机中工质的能量转换规律时把参考坐标建在飞机上，工质的总能中是否包括外部储能？在以氢氧为燃料的电池系统中系统的热力学能是否包括氢氧的化学能？答：不包括，相对飞机坐标系，外部储能为0；以氢氧为燃料的电池系统的热力学能要包括化学能，因为系统中有化学反应 3.能否由基本能量方程得出功、热量和热力学能是相同性质的参数结论？答：不会，Q U W ?为热力学能的差值，非热力学能，热=?+可知，公式中的U 力学能为状态参数，与过程无关。 4.刚性绝热容器中间用隔板分为两部分，A 中存有高压空气，B 中保持真空，如图2-1 所示。若将隔板抽去，分析容器中空气的热力学能如何变化？若隔板上有一小孔，气体泄漏入 B 中，分析A、B 两部分压力相同时A、B 两部分气体的热力学能如何变化？答：将隔板抽去，根据热力学第一定律q u w w=所以容 =?+其中0 q=0 器中空气的热力学能不变。若有一小孔，以B 为热力系进行分析

2 1 2 2 222111()()22f f cv j C C Q dE h gz m h gz m W δδδδ=+++-+++ 只有流体的流入没有流出，0,0j Q W δδ==忽略动能、势能c v l l d E h m δ=l l dU h m δ=l l U h m δ?=。B 部分气体的热力学能增量为U ? ，A 部分气体的热力学能减少量为U ? 5.热力学第一定律能量方程式是否可以写成下列两种形式： 212121()()q q u u w w -=-+-，q u w =?+的形式，为什么？答:热力学第一定律能量方程式不可以写成题中所述的形式。对于 q u w =?+只有在特殊情况下，功w 可以写成pv 。热力学第一定律是一个针对任何情况的定律，不具有w =pv 这样一个必需条件。对于公式212121()()q q u u w w -=-+-，功和热量不是状态参数所以不能写成该式的形式。 6.热力学第一定律解析式有时写成下列两种形式： q u w =?+ 2 1 q u pdV =?+? 分别讨论上述两式的适用范围. 答： q u w =?+适用于任何过程，任何工质。 2 1 q u pdV =?+? 可逆过程，任何工质 7.为什么推动功出现在开口系能量方程式中，而不出现在闭口系能量

工程热力学第三版电子教案第10章

第10章动力循环及制冷循环 10．1本章基本要求 (101) 10．2 例题 (101) 10．3 思考及练习题 (107) 10．4自测题 (110)

10．1本章基本要求 1．熟练掌握水蒸气朗肯循环、回热循环、再热循环以及热电循环的组成、热效率计算及提高热效率的方法和途径。 2．熟练空气和蒸汽压缩制冷循环的组成、制冷系数的计算及提高制冷系数的方法和途径。 3．了解吸收制冷、蒸汽喷射制冷及热泵的原理。 10．2 例题例1：某朗肯循环的蒸汽参数取为1t =550C 0 ，1p =30bar ，2p =0.05bar 。试计算1) 水泵所消耗的功量，2) 汽轮机作功量, 3) 汽轮机出口蒸汽干度, 4) 循环净功， 5) 循环热效率。解：根据蒸汽表或图查得1、2、3、4各状态点的焓、熵值： 1h =3568.6KJ/kg 1s =7.3752kJ/kgK 2h =2236kJ/kg 2s =7.3752kJ/kgK 3h =137.8kJ /kg 3s =0.4762kJ/kgK 4h =140.9kJ/kg 则 1) 水泵所消耗的功量为 34h h w p -==140.9-137.78=3.1kJ/kg 2) 汽轮机作功量 21h h w t -==3568.6-2236=1332.6kJ/kg 3) 汽轮机出口蒸汽干度

2p =0.05bar 时的'2s =0.4762kJ/kgK "2s =8.3952kJ/kgK. 则 =--=' 2 "2' 2 2s s s s x 0.87 或查h-s 图可得 x =0.87. 4) 循环净功 p T w w w -=0=1332.6-3.1=1329.5kJ/kg 5) 循环热效率 411h h q -= =3568.6-140.9=3427.7KJ/kg 故 1 q w T = η =0.39=39% （i ）p 3a =6.867bar ，t 3a =490℃ 水泵的功8.0)(12÷-=p p v w a p =0.001(686.7-9.81)÷0.8=0.846kJ/kg w net =923.57-0.846=922.72kJ/kg (ii) p 3b =58.86 bar ，t 3b =490℃ 水泵的功8.0)(12÷-=p p v w b p =0.001(5886-9.81)÷0.8=7.34 kJ/kg w net =1057.5-7.34=1050.16 kJ/kg

工程热力学第八章湿空气作业

第8章湿空气例1：如果室外空气的参数为p=1.0133bar ，t=30℃,φ=0.90，现欲经空气调节设备供给2t =20℃，2φ=0.60的湿空气，试用h-d 图分析该空气调节过程，并计算析出的水分及各过程中的热量。解：利用h-d 图分析计算该题所给条件下的空调过程，如图8.1，根据所给条件t=30℃,φ=0.90，在h-d 图上确定初态1,并查得1h =62.2kJ/k(a)，1d =15.7g/kg(a) 同样,由2t =20℃，2φ=0.60在图上确定终态2,并查得 2h =34.1kJ/k(a)，2d =15.7g/kg(a)，由定2d 线与φ=1线的交点4, 查得4h =26.4kJ/kg(a), 2d =4d 空调过程的分析：定湿冷却过程：湿空气的冷却过程，因其组成成分不变，即含湿量不变,但相对湿度增加,温度下降,直降到露点。所以,是定湿降温过程。例如,在h-d 图上自初态1沿1d =15.7g/kg(a)的定湿线进行到与φ=1线的交点3。此时已成饱和空气,再继续冷却，过程自状态3沿饱和线(临界线)进行,直至与终态含湿量相等的状态4,在这个冷却去湿阶段中,将有水蒸气凝结成水析出,并放出热量。1-4过程的放热量，可用焓差表示,即 q=14h h -=26.4-62.2=-35.8kJ/kg(a) 式中负号表示冷却时湿空气放出热量。冷却去湿过程：每公斤干空气所析出的水分等于湿空气含湿量的减少量,即 14d d d -=?=7.1-15.7=-8.6g/kg(a) 式中负号表示湿空气析出水分。加热过程：为了达到工程所要求的湿度，常采用降温去湿,但往往使温

工程热力学第三版电子教案第8章自我测验题

第八章自我测验题 1、填空题（1）空气在稳定工况下流经喷管，空气的______转变成______，空气的压力_____，流速______，温度______。（2）空气流经阀门，其焓变化_____；压力变化_____；熵变化_____；温度变化____。（填大于零、小于零或等于零）（3）焦汤系数＝____。当其大于0时，节流后温度将____。（4）插入高速流动工质中的温度计，测出的温度值一般____工质的实际温度。（5）两股空气流，其参数如图所示。合流过程是绝热的，忽略动能、位能的变化，试用已知参数表示会流后的温度____（Cp为定值）（6）渐缩喷管工作在初压P1和极低背压P b之间，初速略去不计。若喷管出口部分切去一小段，如图所示。则工质的出口流速______，流量______．（填变大，变小或不变） 2、简答题（1）在给定的定熵流动中，流道各截面的滞止参数是否相同，为什么？（2）渐缩喷管内的流动情况，在什么条件下不受背压变化的影响？若进口压力有所改变（其余不变）则流动情况又将如何？（3）气体在喷管中流动加速时，为什么会出现喷管截面积逐渐扩大的情况？常见的河流和小溪，遇到流道狭窄处，水流速度会明显上升；很少见到水流速度加快处，会是流道截面积加大的地方，这是为什么？（4）气体在喷管中绝热流动不管其过程是否可逆，都可以用进行计算。这是否说明可逆过程和不可逆过程所得到的效果相同？

3、渐缩喷管射出的空气，压力为0.2MPa，温度为150℃，流通为400m／s，求空气的定熵滞止温度和压力。 4、燃烧室产生的燃气压力为0.8MPa、温度为900℃，让燃气通过一个喷管流人压力为0.1MPa的空间，以获得高速气流。流经喷管的燃气流量为0.93kg／s。已知燃气的比定压热容为1.33kJ/(kg*K)，比热比为1.34。（1）为使气体充分膨胀，应选用何种形式的喷管，能否获得超音速气流？（2）求喷管出口处气流速度和出口截面积。（3）若考虑摩擦，喷管出口处气流实际速度与理论流速相比，哪个大？为保证流量不变，出口截面积应该怎样改变？ 5、空气流经渐缩喷管作定摘流动。进口截面上空气参数为p1=0.6MPa，t1=700℃，C f1=312m/s，出口截面积为30平方厘米。试确定最大质量流量及达到最大质量流量时的背压力多少？ 6、水蒸气流经某渐缩喷管进口参数为p1=8.8MPa，t1=500℃，喷管出口外界背压为4.0MPa，出口截面积A2＝20平方厘米。试求：（1）不计摩阻时喷管出口的流速和流量。（2）若设计一喷管以充分利用压差，应选何种形状？喷管的出口流速为多少（不计摩阻）？（3）当考虑摩阻，喷管的速度系数为0.96时，题（1）的出口速度是多少？定性说明流量是变大还是变小。 7、压力为p1=1.2 MPa，温度T1= 1200 K的空气以q m＝ 3kg/s的流量流经节流阀，压力降为P2＝1.0MPa．然后进入喷管作可逆绝热膨胀。已知喷管出口外界背压为0.6MPa，环境温度为300K，问：（1）应选何种形状的喷管？（2）喷管出口流速及截面为多少？（3）因节流引起的作功能力损失为多少？并表示在T－s图上。（4）如果背压变为0.4MPa，此时流过喷管的流量为多少？ 8、压力为1MPa的饱和水，经节流阀压力降为0.1MPa。已知环境温度为300K。求：（1）节流后的温度、焓和热力学能；（2）节流引起的有效能损失；（3）将此过程及损失表示在T－s图上。9、如图所示，温度为20O℃、流量为6kg／s、流速为10Om／s的空气流过管道1，与另一管道2

工程热力学第10章答案

第10章制冷循环第10章制冷循环 10-1 在商业上还用“冷吨”表示制冷量的大小，1“冷吨”表示1吨0℃的水在24小时冷冻到0℃冰所需要的制冷量。证明1冷吨=3.86kJ/s 。已知在1标准大气压下冰的融化热为333.4kJ/kg 。解：1冷吨=333.4 kJ/kg ×1吨/24小时=333.4×1000/(24×3600) kJ/s=3.86kJ/s 压气机入口T 1= 263.15K 压气机出口 K T T k k 773.4165 15.2634 .114.1112=×==??π 冷却器出口T 3=293.15K 膨胀机出口 K T T k k 069.1855 15.2934 .114.113 4=== ??π 制冷量 ()()kg kJ T T c q p c /393.78069.18515.263004.141=?×=?= 制冷系数

第10章制冷循环 ()()()() 71.1069.18515.26315.293773.416069 .18515.263413241=????=????== T T T T T T w q net c ε 10-4 压缩空气制冷循环中，压气机和膨胀机的绝热效率均为0.85。若放热过程的终温为20℃，吸热过程的终温为0℃，增压比π=3，空气可视为定比热容的理想气体，c p =1.004kJ/（kg·K ），k =1.4。求：（1）画出此制冷循环的T-s 图；（2）循环的平均吸热温度、平均放热温度和制冷系数。 433'4循环的平均吸热温度 ()K T T T T s q T c c 887.248986.22515.273ln 986.22515.273ln 41 41 1 4=?=?=?= ′′′ 循环的平均放热温度 ()K T T T T s q T 965.33915.293638.391ln 15.293638.391ln 3 232230 0=?=?=?= ′′′

工程热力学第十章蒸汽动力装置循环教案.docx

第十章蒸汽动力循环蒸汽动力装置：是实现热能→机械能的动力装置之一。工质：水蒸汽。用途：电力生产、化工厂原材料、船舶、机车等动力上的应用。本章重点： 1、蒸汽动力装置的基本循环匀速朗肯循环回热循环 2、蒸汽动力装置循环热效率分析 y T 的计算公式 y T 的影响因素分析 y T 的提高途径 10-1水蒸气作为工质的卡诺循环热力学第二定律通过卡诺定理证明了在相同的温度界限间，卡诺循环的热效率最高，但实际上存在种种困难和不利因素，使得实际循环（蒸汽动力循环）至今不能采用卡诺循环但卡诺循环在理论上具有很大的意义。二、为什么不能采用卡诺循环若超过饱和区的范围而进入过热区则不易保证定温加热和定温放热，即不能按卡诺循环进行。 p 51 C2 v 1-2绝热膨胀（汽轮机） 2-C定温放热（冷凝汽）可以实现 5-1定温加热（锅炉） C-5绝热压缩（压缩机）难以实现原因： 2-C 过程压缩的工质处于低干度的湿汽状态 1 、水与汽的混合物压缩有困难，压缩机工作不稳定，而且 3 点的湿蒸汽比容比水大的多 '2000'需比水泵大得多的压缩机使得输出的净功大大3232

减少，同时对压缩机不利。 2、循环仅限于饱和区，上限T1受临界温度的限制，即使是实现卡诺循环，其理论效率也不高。 3、膨胀末期，湿蒸汽所含的水分太多不利于动机为了改进上述的压缩过程人们将汽凝结成水，同时为了提高上限温这就需要对卡诺循环进行改进，温度采用过热蒸汽使 T1高于临界温度，改进的结果就是下面要讨论的另一种循环—朗肯循环。 10-2朗肯循环过程：从锅炉过热器与出来的过热蒸汽通过管道进入汽轮机T，蒸汽部分热能在T 中转换为机械带动发电机发电，作了功的低压乏汽排入C，对冷却水放出γ，凝结成水，凝结成的水由给水泵 P 送进省煤器 D′进行预热，然后在锅炉内吸热汽化，饱和蒸汽进入 S 继续吸热成过热蒸汽，过程可理想化为两个定压过程，两个绝热过程—朗诺循环。 1-2绝热膨胀过程，对外作功 2-3定温（定压）冷凝过程（放热过程） 3-4绝热压缩过程，消耗外界功 4-1定压吸热过程，（三个状态） 4-1 过程：水在锅炉和过热器中吸热由未饱和水变为过热蒸汽过程中工质与外界无技术功交换。 1-2 过程：过热蒸汽在汽抡机中绝热膨胀，对外作功，在汽轮机出口工质达到低压低温蒸汽状态称乏汽。 2-3 过程：在冷凝器中乏汽对冷却水放热凝结为饱和水。 3-4 过程：水泵将凝结水压力提高，再次送入锅炉，过程中消耗外功。

工程热力学思考题答案,第八章

第八章压气机的热力过程、利用人力打气筒为车胎打气时用湿布包裹气筒的下部，会发现打气时轻松了一点，工程上压气机缸常以水冷却或气缸上有肋片，为什么？答：因为气体在压缩时，以等温压缩最有利，其所消耗的功最小，而在人力打气时用湿布包裹气筒的下部或者在压气机的气缸用水冷却，都可以使压缩过程尽可能的靠近等温过程，从而使压缩的耗功减小。、既然余隙容积具有不利影响，是否可能完全消除它？答：对于活塞式压气机来说，由于制造公差、金属材料的热膨胀及安装进排气阀等零件的需要，在所难免的会在压缩机中留有空隙，所以对于此类压缩机余隙容积是不可避免的，但是对于叶轮式压气机来说，由于它是连续的吸气排气，没有进行往复的压缩，所以它可以完全排除余隙容积的影响。、如果由于应用气缸冷却水套以及其他冷却方法，气体在压气机气缸中已经能够按定温过程进行压缩，这时是否还需要采用分级压缩？为什么？答：我们采用分级压缩的目的是为了减小压缩过程中余隙容积的影响，即使实现了定温过程余隙容积的影响仍然存在，所以我们仍然需要分级压缩。、压气机按定温压缩时，气体对外放出热量，而按绝热压缩时不向外放热，为什么定温压缩反较绝热压缩更为经济？

答：绝热压缩时压气机不向外放热，热量完全转化为工质的内能，使工质的温度升高，压力升高，不利于进一步压缩，且容易对压气机造成损伤，耗功大。等温压缩压气机向外放热，工质的温度不变，相比于绝热压缩气体压力较低，有利于进一步压缩耗功小，所以等温压缩更为经济。、压气机所需要的功可从第一定律能量方程式导出，试导出定温、多变、绝热压缩压气机所需要的功，并用图上面积表示其值。答：由于压缩气体的生产过程包括气体的流入、压缩和输出，所以压气机耗功应以技术功计，一般用表示，则由第一定律： △ ，定温过程：由于不变，所以△ 等于零，既， △ ，2 1ln p p R s g =?，则有 12ln p p T R w g c = 多变过程： △ ()???? ????? ?-???? ??---=???? ??----=---=-111111111112112112n n g g V P P T R n n T T T R n n T T c n n q κκκκκ ()???? ??????-???? ??-=???? ??--=-=?-1111112112112n n g g p p p T R T T T R T T c h κκκκ 所以??????????-???? ??-=-111121n n g c p p T R n n w 绝热过程：即，所以

工程热力学第8章答案

第8章湿空气和空气调节 8-1 今测得湿空气的干球温度t =30℃，湿球温度t s =20℃，当地大气压力p b =0.1MPa 。求：湿空气的相对湿度?、含湿量d 、焓h 。解：查h-d 图得：相对湿度 ?=40%；含湿量d =10.7g/kg(DA)；比焓h=57.5kJ/kg(DA) 8-2 已知湿空气开始时的状态是p b =0.1MPa ，温度t =35℃，相对湿度?=70%，求水蒸气的分压力和湿空气的露点温度；如果保持该湿空气的温度不变，而将压力提高到 (40)0.00738C Mpa °= 110.77.380.6221000.7s s p p p ??××=×??× MPa C p s 000873.0)5(2=° %1002=? )(/48.51000873 .0100873 .01622.0622 .02222DA kg g p p p d s s =×?×× =?=?? )(/4.2848.588.332DA kg g d d d =?=?=? 8-4 一功率为800W 的电吹风机，吸入的空气为0.1MPa 、15℃、?=70%，经过电吹风

机后，压力基本不变，温度变为50℃，相对湿度变为20%，不考虑空气动能的变化。求电吹风机入口的体积流量（m 3/s ）。解：1）0 (15)0.00171s p C MPa =

)(/82.1071 .11001000 71.1622 .0DA kg g d =?×= 1(30)0.00424s p C MPa = 010 (15) 1.71 40%(30) 4.24 s s p C p C ?=== 2）0 2(50)0.01235s p C MPa = 020(15) 1.71 13.8%(50)12.35 s s p C p C ?=== )86.12501(005.111111t d t h h h v a ++=+= 222用图解法及计算法求混合后湿空气的焓、含湿量、温度，相对湿度。解：11120 4.39/31.27/30%t C d g kga h kJ kga ?=°=?????==?? 2223529.33/110.44/80%t C d g kga h kJ kga ?=°=????? ==?? ,1,10.1013250.30.0023370.100624a v p p p MPa =?=?×= 6,11 ,1,10.100624101517.95/min 0.287(27320) a ma g a p V q kg R T ××===×+

高等工程热力学——第八章

第八章实际气体的热力性质与过程本章主要阐明如何根据热力微分方程，得到利用状态方程及比热容关系计算热力性质和热力过程的方法。将介绍热工计算中常用到得内能、焓、熵、定压比热容及定容比热容，以至焦汤系数和逸度的计算方法，以及声速、等熵指数等热力性质的计算法。至于目前热工分析中有很有用的火用参数，它根据已知焓、熵等的计算式可以按火用的定义式计算。 8—1 导出热力性质关系式的条件和基本方法 1、利用由热力学第一、第二定律关联的热力状态参数的基本热力学方程，以及根据状态参数的微分在数学上是恰当微分的特性而得出的一般数学推论，可以导出热力性质一般关系式。 2、单项简单可压缩系统：在大多数场合下我们遇到的，单相纯质或混合物的化学成分不变的系统，其作功方式是通过容积膨胀。我们称这种系统为单项简单可压缩系统。“简单”二字表示系统只有一种作功方式。“可压缩”指系统只能通过体积改变来作功。根据状态公理，这种系统只要有两个独立变量，即确定任意两个热力性质后，系统的状态就确定。 3、本章讨论的热力性质关系式，仅限于分析定成分单相简单可压缩闭口系统的热力性质的函数关系式。 4、单相简单可压缩闭口系统关联不同热力性质的四个基本热力学方程 ? ?? +=-=v d p T d s dh pdv Tds du 不受过程性质及物质性质的限制。 p d v s d T da --= (表示摩尔自由能a ) v d p s d T dg +-= (表示摩尔自由焓g ) 5、任意状态参数的微分是恰当微分 a 、122 1z z dz -=? （任意热力性质z 只决定与状态，与到达这个状态所经历的过程性质无关。） b 、Ndy Mdx dz += 即 y x x N y M )()( ??=?? 结合四个基本热力学方程，可得麦克斯韦关系式：（可用可测状态参数间的关系，来表示不可测状态参数间的关系） v s s p v T )()(??-=?? p s s v p T )()( ??=??

工程热力学第2章习题答案

第2章热力学第一定律 2-1 定量工质，经历了下表所列的4个过程组成的循环，根据热力学第一定律和状态参数的特性填充表中空缺的数据。过程 Q/ kJ W/ kJ △U/ kJ 1-2 0 100 -100 2-3 -110 80 -190 3-4 300 90 210 4-1 20 -60 80 2-2 一闭口系统从状态1沿过程123到状态3，对外放出47.5 kJ 的热量，对外作功为 30 kJ ，如图2-11所示。（1）若沿途径143变化时，系统对外作功为6 kJ ，求过程中系统与外界交换的热量；（2）若系统由状态3沿351途径到达状态1，外界对系统作功为15 kJ ，求该过程与外界交换的热量；（3）若U 2=175 kJ ，U 3=87.5 kJ ，求过程2-3传递的热量，及状态1的热力学能U 1。图2-11 习题2-2 解：（1）根据闭口系能量方程，从状态1沿途径123变化到状态3时，12313123Q U W ?=?+，得1347.5kJ 30kJ 77.5kJ U ??=??=? 从状态1沿途径143变化到状态3时，热力学能变化量13U ??保持不变，由闭口系能量方程14313143Q U W ?=?+，得14377.5kJ 6kJ 71.5kJ Q =?+=?，即过程中系统向外界放热71.5kJ （2）从状态3变化到状态1时，()31133113U U U U U U ???=?=??=??，由闭口系能量方程35131351Q U W ?=?+，得35177.5kJ 15kJ 62.5kJ Q =?=，即过程中系统从外界吸热92.5kJ （3）从状态2变化到状态3体积不变，3 23232323232 Q U W U pdV U ???=?+=?+=?∫ ，因此23233287.5kJ 175kJ 87.5kJ Q U U U ?=?=?=?=?

华科工程热力学第八章作业

8-2 50kg废气和75kg的空气混合。已经废气中各组成气体的质量分数W CO214%，W O26%,W N275%,空气中O2和N2的质量分数分别为23.2%，76.8%，混合后气体的压力为0.3MPa，试求混合气体的（1）质量分数(2)折合气体常数（3）折合摩尔质量（4）摩尔分数（5）各组成气体的分压力

` 8-5一绝热刚性容器被隔板分成AB两个部分，A中有压力0.3MPa，温度为200度的氮气，体积为0.6m3:；B中有压力为1MPa，温度为20度体积为1.3m3的氧气，抽去隔板，两气体混合，若比热容为定值，试求混合气体的（1）温度（2）压力（3）混合过程中各气体的熵变和总熵变。解：(1)取刚性容器为系统，该系统为闭口系。

m N =p N V N gN N =0.3×106×0.6=1.29Kg m O =p O V O gO O =1×106×1.3=17.1Kg 查附表得C V ，N =0.742KJ (Kg ?K )?,C V ，O =0.657KJ (Kg ?K )? 由Q =0，W =0，T A2=T B2=T 2得，ΔU =0 即(mC V T)A 1 +(mC V T)B1=(mC V T)A2+(mC V T)B2 代入数据有 1.29×0.742×473+17.1×0.657×293=(1.29×0.742+17.1×0.657)T 2 所以T 2=307K (2)混合气体中各组分气体的质量分数 ωN =m N m N +m O = 1.291.29+17.1=0.07 ωO =m O m N +m O =17.11.29+17.1 =0.93 混合气体的折合气体常数 R g =Σωi R gi =0.07×296+0.93×260=262.5J/(Kg ?K) 混合气体的压力为 p =mR g T 2V =18.39×262.5×3071.9 =0.78MP a (3) ΔS N =m N (C V,N ln T 2T N +R g,N ln V V N )=1.29×(0.742ln 307473+0.296ln 1.90.6 )=0.026kJ/(K ?s) ΔS O =m O (C V,O ln T 2T O +R g,O ln V V O )=17.1×(0.657ln 307293+0.26ln 1.91.3 )=2.223kJ/(K ?s) ΔS =ΔS N +ΔS O =2.249kJ/(K ?s) 8-6 V = 0.55 m3的刚性容器中装有 p 1 = 0.25 MPa 、 T 1= 300 K 的 CO2， N2 气在输气管道中流动，参数保持p L = 0.85 MPa 、 T L = 440 K ，如图 12-1 所示，打开阀门充入 N2，直到容器中混合物压力达 p 2 = 0.5 MPa 时关闭阀门。充气过程绝热，求容器内混合物终温 T 2 和质量 m 2 。按定值比热容计算，

工程热力学思考题答案-第十一章

第十一章制冷循环 1.家用冰箱的使用说明书上指出，冰箱应放置在通风处，并距墙壁适当距离，以及不要把冰箱温度设置过低，为什么？答：为了维持冰箱的低温，需要将热量不断地传输到高温热源（环境大气），如果冰箱传输到环境大气中的热量不能及时散去，会使高温热源温度升高，从而使制冷系数降低，所以为了维持较低的稳定的高温热源温度，应将冰箱放置在通风处，并距墙壁适当距离。在一定环境温度下，冷库温度愈低，制冷系数愈小，因此为取得良好的经济效益，没有必要把冷库的温度定的超乎需要的低。 2.为什么压缩空气制冷循环不采用逆向卡诺循环？答：由于空气定温加热和定温放热不易实现，故不能按逆向卡诺循环运行。在压缩空气制冷循环中，用两个定压过程来代替逆向卡诺循环的两个定温过程。 3.压缩蒸气制冷循环采用节流阀来代替膨胀机，压缩空气制冷循环是否也可以采用这种方法？为什么？答：压缩空气制冷循环不能采用节流阀来代替膨胀机。工质在节流阀中的过程是不可逆绝热过程，不可逆绝热节流熵增大，所以不但减少了制冷量也损失了可逆绝热膨胀可以带来的功量。而压缩蒸气制冷循环在膨胀过程中，因为工质的干度很小，所以能得到的膨胀功也极小。而增加一台膨胀机，既增加了系统的投资，又降低了系统工作的可靠性。因此，为了装置的简化及运行的可靠性等实际原因采用节流阀作绝热节流。 4.压缩空气制冷循环的制冷系数、循环压缩比、循环制冷量三者之间的关系如何？答：（a）（b）压缩空气制冷循环状态参数图

压缩空气制冷循环的制冷系数为：()() 14 2314-----o o net k o q q h h w q q h h h h ε= == 空气视为理想气体，且比热容为定值，则：()() 14 2314T T T T T T ε-= --- 循环压缩比为：2 1 p p π= 过程1-2和3-4都是定熵过程，因而有：1 3 22114 k k T T P T P T -??== ??? 代入制冷系数表达式可得：11 1 k k επ -= - 由此式可知，制冷系数与增压比有关。循环压缩比愈小，制冷系数愈大，但是循环压缩比减小会导致膨胀温差变小从而使循环制冷量减小，如图（b ）中循环1-7-8-9-1的循环压缩比较循环1-2-3-4-1的小，其制冷量（面积199′1′1）小于循环1-2-3-4-1的制冷量（面积144′1′1）。 5.压缩空气制冷循环采用回热措施后是否提高其理论制冷系数？能否提高其实际制冷系数？为什么？答：采用回热后没有提高其理论制冷系数但能够提高其实际制冷系数。因为采用回热后工质的压缩比减小，使压缩过程和膨胀过程的不可逆损失的影响减小，因此提高实际制冷系数。 6.按热力学第二定律，不可逆节流必然带来做功能力损失，为什么几乎所有的压缩蒸气制冷装置都采用节流阀？答：压缩蒸气制冷循环中，湿饱和蒸气在绝热膨胀过程中，因工质中液体的含量很大，故膨胀机的工作条件很差。为了简化设备，提高装置运行的可靠性，所以采用节流阀。 7.参看图 5，若压缩蒸汽制冷循环按1-2-3-4-8-1 运行，循环耗功量没有变化，仍为h2-h1，而制冷量却从h 1-h 5.增大到h 1-h 8，显见是“有利”的。这种考虑可行么？为什么？答：过程4-8熵减小，必须放热才能实现。而4 点工质温度为环境温度T 0，要想放热达到温度T c （8点），必须有温度低于T c 的冷源，这是不存在的。(如果有，就不必压缩制冷了)。 8.作制冷剂的物质应具备哪些性质？你如何理解限产直至禁用氟利昂类工质，如R11、R12？答：制冷剂应具备的性质：对应于装置的工作温度，要有适中的压力；在工作温度下气化潜热要大；临界温度应高于环境温度；制冷剂在T-s 图上的上下界限线要陡峭；工质的三相点温度要低于制冷循环的下限温度；比体积要小；传热特性

工程热力学-思考题答案-沈维道-第十章

第十章水蒸气及动力循环 1.答：水的三相点状态参数不是唯一的，其中温度、压力是定值而比体积不是定值；临界点是唯一的，其比体积、温度、压力都是确定的；三相点是三相共存的点，临界点是饱和水线与饱和蒸汽线的交点，在该点饱和水线与饱和蒸汽线不再有分别。 2. 答：水的集态为高压水，若有裂缝则会产生爆裂事故。 3. 答：这种说法是不对的。因为温度不变不表示热力学能不变。这里分析的是水，定压汽化有相变，不能作为理想气体来处理，所以。不能得到这样的结果。 4. 答：适用于理想气体，不能应用于水定压汽化过程，水不能作为理想气体来处理。 5. 答：图10-1中循环6-7-3-4-5-6局限于饱和区，上限温度受制于临界温度，导致其平均吸热温度较低，故即使实现卡诺循环其热效率也不高。 6. 答：通过对热机的效率进行分析后知道，提高蒸汽的过热温度和蒸汽的压力，都能使热机效率提高。在本世纪二三十年代，材料的耐热性较差，通过提高蒸汽的温度而提高热机的效率比较困难，因此采用再热循环来提高蒸汽初压。随着耐热材料的研究通过提高蒸汽的温度而提高热机的效率就可以满足工业要求。因此很长一段时期不再设计制造再热循环工作设备。近年来要求使用的蒸汽初压提高，由于初压的提高使得乏气干度迅速降低，引起气轮机内部效率降低，另外还会侵蚀汽轮机叶片缩短汽轮机寿命，所以乏气干度不宜太低，必须提高乏气温度，就要使用再热循环。 7.答：计算回热循环主要是计算抽气量。 1）对于混合式回热加热器对如图11-4所示的N 级抽汽回热的第j 级加热器，列出质量守恒方程为能量守恒方程为 0≠?u w q =T c h T T p p ?=?21 ()() ∑∑+-=-=-= -+11 1 11j N k k j N k k j ααα()()'01 1 ' 1 ,01 011j j N k k j j N k k j j h h h ∑∑+-=+-=-= -+ααα

工程热力学第十章蒸汽动力装置循环教案

工程热力学第十章蒸汽动力装置循环教案 -CAL-FENGHAI-(2020YEAR-YICAI)_JINGBIAN

第十章蒸汽动力循环蒸汽动力装置：是实现热能→机械能的动力装置之一。工质：水蒸汽。用途：电力生产、化工厂原材料、船舶、机车等动力上的应用。本章重点： 1、蒸汽动力装置的基本循环朗肯循环匀速回热循环 2、蒸汽动力装置循环热效率分析 y T 的计算公式 y T 的影响因素分析 y T 的提高途径 10-1 水蒸气作为工质的卡诺循环热力学第二定律通过卡诺定理证明了在相同的温度界限间，卡诺循环的热效率最高，但实际上存在种种困难和不利因素，使得实际循环（蒸汽动力循环）至今不能采用卡诺循环但卡诺循环在理论上具有很大的意义。二、为什么不能采用卡诺循环若超过饱和区的范围而进入过热区则不易保证定温加热和定温放热，即不能按卡诺循环进行。 1-2 绝热膨胀（汽轮机） 2-C 定温放热（冷凝汽）可以实现 5-1 定温加热（锅炉） C-5 绝热压缩（压缩机）难以实现原因：2-C 过程压缩的工质处于低干度的湿汽状态 1、水与汽的混合物压缩有困难，压缩机工作不稳定，而且3点的湿蒸汽比容比水大的多'23νν>' 232000νν≈需比水泵大得多的压缩机使得输出的净功大大减少，同时对压缩机不利。 p v

2、循环仅限于饱和区，上限T1受临界温度的限制，即使是实现卡诺循环，其理论效率也不高。 3、膨胀末期，湿蒸汽所含的水分太多不利于动机为了改进上述的压缩过程人们将汽凝结成水，同时为了提高上限温这就需要对卡诺循环进行改进，温度采用过热蒸汽使T1高于临界温度，改进的结果就是下面要讨论的另一种循环—朗肯循环。 10-2 朗肯循环过程：从锅炉过热器与出来的过热蒸汽通过管道进入汽轮机T，蒸汽部分热能在T中转换为机械带动发电机发电，作了功的低压乏汽排入C，对冷却水放出γ，凝结成水，凝结成的水由给水泵P送进省煤器D′进行预热，然后在锅炉内吸热汽化，饱和蒸汽进入S继续吸热成过热蒸汽，过程可理想化为两个定压过程，两个绝热过程—朗诺循环。 1-2 绝热膨胀过程，对外作功 2-3 定温（定压）冷凝过程（放热过程） 3-4 绝热压缩过程，消耗外界功 4-1 定压吸热过程，（三个状态） 4-1过程：水在锅炉和过热器中吸热由未饱和水变为过热蒸汽过程中工质与外界无技术功交换。 1-2过程：过热蒸汽在汽抡机中绝热膨胀，对外作功，在汽轮机出口工质达到低压低温蒸汽状态称乏汽。 2-3过程：在冷凝器中乏汽对冷却水放热凝结为饱和水。 3-4过程：水泵将凝结水压力提高，再次送入锅炉，过程中消耗外功。朗肯循环与卡诺循环