4-1已知：水流入锅炉时的焓为162.7kJ/kg H =，蒸汽流出时的焓为22717kJ/kg H =，蒸发量为 4.5t/h=4500kg/h v =，锅炉效率为70%η=，煤的发热量为29260kJ/kg Q =
求：每小时煤的消耗量?m =
解：煤发热的有效部分用来使水蒸发，则
21()
v H H mQ
η-=
所以
21()
4500(271762.7)
583.2kg 70%29260
v H H m Q磷酸氢二钠
η-⨯-=
=
=⨯
4-20一发明者声称他设计了一台热机，热机消耗热值为42000kJ/kg 的油料0.5kg/min ，其产生的输出功率为170kW W =，规定这热机的高温与低温分别为12670K,330K T T ==，试判断此设计是否合理。
解析：根据热力学第二定律，可逆机效率21330=1-10.5075670
T T η=-= 高温热源放出的热量为10.5
42000=350kW 60
Q =⨯
0.4857350
W Q ηη-'=
==< 因此，该设计是合理的。
4-26一车间要利用o 526.7C 6.910Pa ⨯，
的空气和一o 195.95C -的液氮来产生 o 5kJ/s,162.05C 1.3810Pa -⨯20，的低温空气。拟采取的方案有两个： ⑴空气先经节流阀节流膨胀到51.3810Pa ⨯，再经冷却器，用液氮冷却至所需温度o 162.05C -； ⑵不采用节流膨胀，而是使空气先在等熵效率为80%的透平机中膨胀做功，然后再进入换热器冷却。 试求：⑴、⑵二方案中冷却器的热负荷以及过程的熵增，并做比较。 解：将空气视为理想气体，其比恒压热容为7
2
p C R =
12273.1526.7299.85K,273.15162.05111.10K T T =+==-=
⑴55526.7C,6.910Pa 26.7C,1.3810Pa 162.05C,1.3810Pa ⨯−−−−
→⨯−−−−→-⨯ 节流膨胀液氮降温
o 5526.7C
6.910Pa 1.3810Pa ⨯−−−−→⨯节流膨胀 21 1.38
00,ln
8.314ln 13.381J/(mol K)6.9
p H Q S R p ∆==∆=-=-⨯=⋅， 5
1.3810Pa
26.7C 162.05C ⨯−−−−→-
液氮降温 217
()8.314(111.10299.85)5492.4J/mol 2
p Q H C T T =∆=-=⨯⨯-=-
217111.10
ln 8.314ln 28.891J/(mol K)2299.85
p T S C T ∆==⨯⨯=-⋅
过程的总熵变为 13.38128.89115.510J S ∆=-
=-⋅ 空气释放的总热量为 05492.45492.4J Q =-=-
冷却器的热负荷为 5492.4J /m Q =
⑵55526.7C,6.910Pa ?,1.3810Pa 162.05C,1.3810Pa T ⨯−−−−→=⨯−−−−→-⨯ 绝热膨胀液氮降温
5526.7C,6.910Pa ?,1.3810Pa T ⨯−−−−→=⨯ 绝热膨胀
假设空气在透平机中做可逆绝热膨胀，则
211
7ln ln 02p T S R R T p '
'∆=
-=
2/7
2/7
211 1.38299.85190.11K 6.9p T T p ⎛⎫
⎛⎫'==⨯= ⎪
⎪
⎝⎭
⎝⎭
可逆绝热膨胀功为 15
()8.314(190.11299.85)
2280.9J /m o l
2
R V W C T T '=-=⨯⨯-=- 实际不可逆的膨胀功为 80%(2280.9)1824.S R W W η==⨯-=- 因过程绝热0Q = 1824.7J /m S H W ∆==-
1()p H C T T ∆=-
实际中间态的温度为 11824.7
299.85237.14K 3.58.314
p H T T C ∆-=+=+=⨯ 膨胀过程的熵变为
211
7ln ln 27237.14 1.38
8.314ln 8.314ln
2299.85 6.96.82713.3816.554J/(mol K)
p T
S R R T p ∆=- =
⨯⨯-⨯ =-+ =⋅ 52
1.3810Pa
T T ⨯−−−−→液氮降温
27
()8.314(111.10237.14)3667.7J/mol
2
p Q H C T T =∆=-=⨯⨯-=-
277111.10ln 8.314ln 22.064J/(mol K)22237.14
T S R T ∆=
=⨯⨯=-⋅ 过程的总熵变为 6.554
22.06415.510J /S ∆=-=-⋅ 空气释放的总热量为 03667.73667.7Q =-=
-
冷却器的热负荷为 3667.7J /m Q =
⑴、⑵二方案总熵变相等，方案⑵冷却器的热负荷更小。
4-28有一锅炉，燃烧气的压力为1.013MPa ，传热前后温度为1127C 及537C 。水在
我的特岗生活5
6.89010Pa
p =⨯、149C 下进入，以56.89010Pa p =⨯、260C 的过热蒸汽送出。设燃烧气的p C 为4.56kJ/(kg K)⋅，试求该传热过程的损失功。
解：环境温度取常温025C T = ，则传热过程的损失功的计算公式为0L t W T S =∆。
⑴ 1.013M P a o o
11127C 537C, 4.56kJ/(kg K)
p C −−−−→=⋅1燃烧气
810.15K
111400.15K
810.15
4.56ln
2.4948kJ/(kg K)1400.15
p C S dT T
∆==⨯=-⋅⎰
⑵ 5
6.89010Pa
o o 149C 260C ⨯−−−−→2水
①查附录四表B 得，56.89010Pa ⨯的饱和水的温度为o 164.33C T =，所以56.89010Pa p =⨯、
o 149C 的水为液体水，液态水的p C 为4.2kJ/(kg K)⋅。
o o 25
6.89010Pa
149C 164.33C, 4.2kJ/(kg K)
p C ⨯−−−−−−→=⋅
437.48K
2422.15K
437.45
4.2ln
0.1498kJ/(kg K)422.15
p C S dT T
∆==⨯=⋅⎰
吸收的热量为 437.48K
2422.15K
4.2(437.48
422.15)
6
4.39k J /k g p Q H C
d T =∆==⨯-=⎰
② o o 5
6.89010Pa 164.33C 260C ⨯−−−−−−
→ 查附录四表B 得，5o 6.89010Pa,164.33C p T =⨯=的饱和水的熵、焓值分别为
1.9855kJ/(kg K),694.29kJ/kg S H =⋅=。
查附录四表C 得，5o 6.89010Pa,260C p T =⨯=的过热蒸汽的熵、焓值分别
7.1528kJ/(kg K),2970.4kJ/kg S H =⋅=。
7.1528 1.9855 5.1673kJ/(kg K)S ∆=-=⋅
吸收的热量为 2970.4694.292276Q H =∆=-
日本水蜜桃桃子= 故 20.14985.16735.3171k J /(k g K )
S ∆=+=⋅ 2
2276.1+64.39=2340.5kJ/kg Q =
⑶以1kg 水为基准，每1kg 水对应天然气的质量为m kg ，对锅炉做能量衡算
1122()p mC T T Q -=
4.56(1127537)2340.5m ⨯⨯-=
0.87m =
因此 120.87( 2.4948) 5.3171 3.1466kJ/(kg K)t S m S S ∆=∆+∆=⨯-+=⋅水 传热过程的损失功为 0(273.1525)3.1466938.1
7k J /k g L t W T S =∆=+⨯=水 附：数值查取与处理的明细表格
4-34 673K 、1.5MPa 的过热蒸汽经过渐缩喷嘴绝热膨胀至0.1MPa ，其等熵效率为90%。计算此膨胀过程中有效能的损失和有效能效率。设环境状态为00298K 1.013MPa T p ==，。
解： 673K ,1.5M P a 0.1
−−−−−→
绝热膨胀
查附录四表C 得，1
1
1.5MPa,673K p T ==的过热蒸汽的焓、熵分别为
113255.8kJ/kg,7.2690kJ/(kg K)H S ==⋅
等熵效率的定义式为 S
S SR
W W η=
=实际功理想功
若过热蒸汽在渐缩喷嘴中作可逆绝热膨胀，则熵值不变，当膨胀到20.1MPa p =时的熵为27.2690kJ/(kg K)
S '⋅=。从蒸汽表查出这时的焓值为22641.8kJ/kg H '=，由此得到 212641.83255.8614.0kJ/kg SR W H H '=-=-=-
实际输出的轴功为 90%(614.0)552.6
S S S R W W η==⨯-=-
忽略动能和位能的变化，根据热力学第一定律
S H Q W ∆=+
因过程绝热0Q =， 552.6k J /k
H ∆=- 实际膨胀终态时的焓值为 213255.8552.62703.2kJ/kg H H H =∆=-=+
由22703.2kJ/kg H =和20.1MPa p =，查得2387K T =，27.4318kJ/(kg K)S =⋅。 体系的熵变为
217.43187.26900.1628kJ/(kg K)S S S ∆=-=-=⋅ 总熵变为 0.1628k J /(k g
上港集箱
t S S ∆=∆=⋅ 此膨胀过程中有效能的损失为 02980.162848.51k J /k g D T S =∆=⨯=总
有效能效率的定义式为
1
11B B D D D
B B
B B
η-++
+
+
-=
=
=-=-
∑∑∑∑∑
水的比热为 4.2kJ/(kg K)p C =⋅，则
1001010
0011
()()ln
()298
298 4.2ln 4.2(298673)
673
555.38kJ/kg
p p B T S S H H T T C C T T T =--- =-- =⨯⨯-⨯- =
有效能效率为 148.51110.913555.38
D B η=-
=-=
4-35某换热器完全保温。热流体的流量为10.042kg/s m q =，进、出换热器时的温度分别为
o o 12150C,35C T T ==，其等压热容为1 4.36kJ/(kg K)p C =⋅。冷流体进、出换热器时的温度分别
为o o 1225C,110C t T ==，其等压热容为2 4.69kJ/(kg K)p C =⋅。试计算冷流体有效能的变化、损失功和有效能效率。 解：
换热器传热示意图
⑴由换热器得到能量平衡求出冷流体的流量2m q
11122221()()
m p m p q C T T q C t t -=-
20.042 4.36(15035) 4.69(11025)m q ⨯⨯-=⨯⨯-
20.0528kg/s
m q =
（2）热、冷流体有效能的变化1B ∆、2B ∆的计算（环境温度取o 025C=298.15K T =）
11211
1211012112121011
()()()ln
273.15354.36(35150)298.15 4.36ln 273.15150
89.14kJ/kg p p B B B H H T S S T C T T T C T ∆=- =--- =--+ =⨯--⨯⨯+ =-
自行车
22221
2221022212221021
()()()ln
273.151104.69(11025)298.15 4.69ln 273.1525
47.91kJ/kg
p p B B B H H T S S t C t t T C t ∆=- =--- =--+ =⨯--⨯⨯+ =
⑶有效能损失D 的计算
热、冷流体在换热器内流动可看作稳定流动，则
111221112222m m m m q B q B q B q B D +--=
11112221221122
山西医科大学
()()()0.04289.140.052847.913.744 2.5301.214kJ/s
m m m m D q B B q B B q B q B =-+- =-∆-∆ =⨯-⨯ =- = 功损失=有效能损失，即 1.214k J L W =
豫公网安备41160202000603
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