第五章能量衡算习题解答.doc

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1、5-1压力为，温度为的水蒸气通过一根内径为75㎜的管子，以的速度进入透平机。由透平机出来的乏气用内径为25㎜的管子引出，其压力为，温度为℃。假定过程无热损失，试问透平机输出的功率为多少？【解】：查593K和353K过热水蒸气焓值，，由进口截面积、忽略位能变化，则5-2有一水泵每小时从水井抽出的水并泵入储水槽中，水井深，储水槽的水位离地面，水泵用功率为的电机驱动，在泵送水过程中，只耗用该电机功率的45％。储水槽的进、出水位的质量流量完全相等，水槽内的水位维持不变，从而确保水作稳态流动。在冬天，井水温度为℃,为防止水槽输出管路发生冻结现象，在水的输入管路上安设一台

2、加热器对水进行加热，使水温保持在℃，试计算此加热器所需净输入的热量。【解】：流动体系由水井、管路、泵、加热器和储水槽组成。计算基准：以一小时操作记，稳流过程：水热容：5-3水蒸气在透平机中等熵膨胀，其状态由6MPa、600℃变为10kPa。如果水蒸气的质量流量为，试计算透平机的输出功率。【解】：水蒸气在透平中为等熵膨胀，查水蒸气表知6MPa、600℃过热水蒸气熵和焓值分别为：,出口处为湿蒸汽，查10kPa的饱和水蒸气和饱和水的熵和焓值为：，，由以上数据可确定出口处水蒸气的干度出口处水蒸气的焓值为：等熵膨胀为绝热可逆过程，忽略动、位能变化，由能量平衡方程知：5-

3、11设有一股温度为90℃，流量为20kg/s的热水与另一股温度为50℃，流量为30kg.s-1的温水绝热混合。试求此过程产生的熵。此绝热混合过程是否可逆？解：90℃20kg.s-1和50℃30kg.s-1在绝热条件下混合成温度为T3的水，求：混合过程：焓换算或设水的热容相等：或查附表水所以5-12140℃饱和水蒸气以4kg.s-1的流率进入换热器，加热20℃的空气，水蒸气与空气逆向流动。如果饱和水蒸气离开换热器时冷凝为140℃的饱和水。求热流体传热过程的熵产生量。【解】：选择水蒸汽未研究体系，因为是稳流过程，作功为零，且忽略动、位能变化。则能量平衡方程：简化为

4、：由稳流系统的熵平衡式得熵产生得表达式由水蒸气表查得：140℃下的饱和蒸汽，140℃下的饱和水，得：5-141mol理想气体在400K由0.1013MPa经等温不可逆压缩到1.013MPa，压缩过程的热被移到300K的贮热器，实际压缩功比同样的可逆压缩功多20％，计算气体与贮热器的熵变及总熵变。【解】：理想气体等温过程的可逆轴功为：不可逆轴功为可逆轴功的1.2倍由热力学第一定律知：气体熵变设储热器温度不变则：总熵变5-1612MPa、700℃的水蒸气供给一个透平机，排出的水蒸气的压力为0.6MPa。（a）在透平机中进行绝热可逆膨胀，求过程理想功和损失功。（b）

5、如果等熵效率为0.88，求过程的理想功、损失功和热力学效率。【解】：（a）入口水蒸气性质可由水蒸气h-s图查得：，绝热可逆膨胀为等熵过程出口为过热蒸汽，由压力和熵值由h-s图查得出口焓值由热力学第一定律理想功绝热可逆膨胀的损失功（b）等熵效率为0.88时对于该绝热过程由h-s图查得不可逆绝热过程的出口熵值设环境温度为298K，损失功热力学效率5-23有一温度为℃、流量为的热水和另一股温度为℃、流量为的水绝热混合。试分别用熵分析和有效能分析计算混合过程的有效能损失。大气温度为℃。问此过程用哪个分析方法求有效能损失较简便？为什么？解：求得Q＝0W3＝0ΔH＝0熵分

6、析法有效能分析法5-24某厂因生产需要，设有过热蒸汽降温装置，将℃的热水和、℃的蒸汽等压绝热混合。大气温度为℃。求绝热混合过程有效能损失。解：设：393.15K时水的下标用a表示，573.15K时过热蒸汽的下标用b表示，混合后的性质用下标m表示由饱和水、饱和水蒸汽表及过热蒸汽表查得:Ha=503.71kJ·kg-1Sa=7.2965kJ·kg-1k-1Hb=3059kJ·kg-1Sb=7.2965kJ·kg-1k-1混合过程为绝热：则（先判断混合后所处状态）（a+b）Hm=aHa+bHb由Hm的数据可知混合器中为压力700kPa的液体水和蒸汽的混合物此时由饱和

7、水和饱和水蒸气查得水和蒸汽的焓、熵分别为：Hf=697.21kJ·kg-1Sf=1.9922kJ·kg-1k-1Hg=2763.5kJ·kg-1Sg=6.7080kJ·kg-1k-1在水和蒸汽的混合物中，水的摩尔分数为：