《工程热力学》课程教学资源（例题讲解）第10章 动力循环及制冷循环

工程热力学例题与习题第10章动力循环及制冷循环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t,=550°c，P,=30bar，P,=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各状态点的恰、摘值：h,=3568.6KJ/kgs, =7.3752kJ/kgKh,=2236kJ/kgS,=7.3752kJ/kgkh,=137.8kJ /kgS,=0.4762kJ/kgKh,=140.9kJ/kg则1）水泵所消耗的功量为w,=ha-h,=140.9-137.78=3.1kJ/kg2）汽轮机作功量w,=h,-hz=3568.6-2236=1332.6kJ/kg3）汽轮机出口蒸汽干度P,=0.05bar时的s,=0.4762kJ/kgks,=8.3952kJ/kgk.则 x=5-s22=0.87S2-S2或查h-s图可得x=0.87.100—

工程热力学例题与习题 —100— 第 10 章 动力循环及制冷循环 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 1 t =550 C 0 ， 1 p =30bar， 2 p =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： 1 h =3568.6KJ/kg 1 s =7.3752kJ/kgK 2 h =2236kJ/kg 2 s =7.3752kJ/kgK 3 h =137.8kJ /kg 3 s =0.4762kJ/kgK 4 h =140.9kJ/kg 则 1) 水泵所消耗的功量为 wp = h4 − h3 =140.9-137.78=3.1kJ/kg 2) 汽轮机作功量 wt = h1 − h2 =3568.6-2236=1332.6kJ/kg 3) 汽轮机出口蒸汽干度 2 p =0.05bar 时的 ' 2 s =0.4762kJ/kgK " 2 s =8.3952kJ/kgK. 则 = − − = ' 2 " 2 ' 2 2 s s s s x 0.87 或查 h-s 图可得 x =0.87

工程热力学例题与习题4）循环净功W。=Wrw,=1332.6-3.1=1329.5kJ/kg5）循环热效率qi=h -h4 =3568.6-140.9=3427.7KJ/kgWo=0.39=39%故=q1(i）p3a=6.867bar，ta=490℃水泵的功w=v(p2a-p)-0.8=0.001(686.7-9.81)→0.8=0.846kJ/kgWner=923.57-0.846=922.72kJ/kg(ii)pa=58.86 bar，ta=490℃水泵的功w=v(P2b-p)-0.8=0.001(5886-9.81)÷0.8=7.34 kJ/kgWner=1057.5-7.34=1050.16kJ/kg例2：在一理想再热循环中，蒸汽在68.67bar、400℃下进入高压汽轮机，在膨胀至9.81bar后，将此蒸汽定压下再热至400℃，然后此蒸汽在低压汽轮机中膨胀至0.0981bar，对每公斤蒸汽求下列各值：（1）高压和低压汽轮机输出的等功：（2）给水泵的等熔压缩功：（3）循环热效率：（4）蒸汽消耗率。解：参考图10.2理想再热循环的T-s图。7T58.86baN6.867bar4s.4ss图10.2理想再热循环的T-s图图10.1朗肯循环的T-s图—101-

工程热力学例题与习题 —101— 4) 循环净功 w0 = wT − wp =1332.6-3.1=1329.5kJ/kg 5) 循环热效率 q1 = h1 −h4 =3568.6-140.9=3427.7KJ/kg 故 1 0 q w T = =0.39=39% （i）p3a=6.867bar，t3a=490℃ 水泵的功 w p = v( p2a − p1 )  0.8 =0.001(686.7-9.81)÷0.8=0.846kJ/kg wnet=923.57-0.846=922.72kJ/kg (ii) p3b=58.86 bar，t3b=490℃ 水泵的功 w p = v( p2b − p1 )  0.8 =0.001(5886-9.81)÷0.8=7.34 kJ/kg wnet=1057.5-7.34=1050.16 kJ/kg 例 2：在一理想再热循环中，蒸汽在 68.67bar、400℃下进入高压汽轮 机，在膨胀至 9.81bar 后，将此蒸汽定压下再热至 400℃，然后此蒸汽在 低压汽轮机中膨胀至 0.0981bar，对每公斤蒸汽求下列各值：（1）高压和 低压汽轮机输出的等熵功；（2）给水泵的等熵压缩功；（3）循环热效率； （4）蒸汽消耗率。 解：参考图 10.2 理想再热循环的 T-s 图。 图 10.2 理想再热循环的 T-s 图 图 10.1 朗肯循环的 T-s 图 s T 58.86bar 6.867bar 1 2a 2b 3b 3a 4sb 4sa T s 2' 1 3 6' 6 4

工程热力学例题与习题在状态点3的压力p3=68.67bar，温度t3=400℃。从水蒸汽表查得h=3157.26kJ/kg·K，Sg=6.455kJ/kg·K，V3=0.04084m/kg。从点3等摘膨胀至43，p=9.81bar，从h-s图查得h4=2713.05kJ/kg。在点5的压力p=9.81bar，温度t=400℃，从水蒸汽表查得h=3263.61kJ/kg，vs=0.3126m/kg。从点5等膨胀至6s，6s点的压力pes=0.0981bar，从h-s图查得hs=2369.76kJ/kg。在状态点1，压力p=0.0981bar，液体的焰h=190.29kJ/kg，液体的比容v=0.001m/kg。（1）高压汽轮机输出的等熵功；Wt()=hs-h4=3157.26-2713.05=444.21kJ/kg低压汽轮机的输出功：Wt)=h.-he=3263.61-2369.76=893.88kJ/kg2）假设液体的比容保持常数，给水泵的等摘压缩功为：w=v(p2s-p)=0.001(6867-9.81)=6.857kJ/kg(3)循环的热效率：(h,-ha)+(h,-he)-(hz,-h,)Na=(h,-h)+(h,-h,)444.21+893.88-6.8572960.1+550.56=0.379=37.9%36003600（4）蒸汽耗率==2.70kg/kW· hWnet1331.224点的状态参数p4=37.278bar，t,=400℃，从水蒸汽表查得h=3215.46kJ/kg。显然，由于汽轮机背压p2的提高使背压式蒸汽发电厂的循环热效率低于凝汽式蒸汽发电厂的循环热效率。但从能量利用的角度来看，背压循环的“能量利用系数”K又比凝汽循环高。已被利用的能量K=工质从热源得到的能量—102—

工程热力学例题与习题 —102— 在状态点 3 的压力 p3=68.67bar，温度 t3=400℃。 从 水 蒸 汽 表 查 得 h3=3157.26kJ/kg · K ， s3=6.455kJ/kg · K ， v3=0.04084m3 /kg。 从点 3 等熵膨胀至 43，p4=9.81bar，从 h-s 图查得 h4s=2713.05kJ/kg。 在 点 5 的压 力 p5=9.81bar， 温度 ts=400 ℃， 从 水蒸 汽 表查 得 h5=3263.61kJ/kg, v5=0.3126m3 /kg。从点 5 等熵膨胀至 6s，6s 点的压力 p6s=0.0981bar，从 h-s 图查得 h6s=2369.76kJ/kg。在状态点 1，压力 p1=0.0981bar，液体的焓 h1=190.29kJ/kg，液体的比容 v1=0.001m3 /kg。 （1）高压汽轮机输出的等熵功； wt(h)=h3-h4s=3157.26-2713.05=444.21 kJ/kg 低压汽轮机的输出功： wt(L)=hs-h6s=3263.61-2369.76=893.88 kJ/kg (2)假设液体的比容保持常数，给水泵的等熵压缩功为： wp=v(p2s-p1)=0.001(6867-9.81)=6.857kJ/kg (3)循环的热效率： 0.379 37.9% 2960.1 550.56 444.21 893.88 6.857 ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) 3 3 5 4 3 4 5 6 2 1 = = + + − = − + − − + − − −  = s s s s s th h h h h h h h h h h （4）蒸汽耗率 2.70 1331.22 3600 3600 = = = wnet kg/kW·h 4 点 的 状 态 参 数 p4=37.278bar ， t4=400 ℃ ， 从 水 蒸 汽 表 查 得 h4=3215.46kJ/kg。显然，由于汽轮机背压 p2的提高使背压式蒸汽发电厂的 循环热效率低于凝汽式蒸汽发电厂的循环热效率。但从能量利用的角度来 看，背压循环的“能量利用系数”K 又比凝汽循环高。 工质从热源得到的能量 已被利用的能量 K =

工程热力学例题与习题凝汽循环WK ==0.409q1背压循环（理想情况下）K=W-=1qi实际上由于各种热损失和电、热负荷之间的不协调，一般K=0.7左右。例3：某蒸汽动力循环。汽轮机进口蒸汽参数为p=13.5bar，t,=370℃,汽轮机出口蒸汽参数为pa=0.08bar的干饱和蒸汽，设环境温度t=20℃试求：（1）汽轮机的实际功量、理想功量、相对内效率：（2）汽轮机的最大有用功量、焰效率：（3）汽轮机的相对内效率和焰效率的比较。解：先将所研究的循环表示在h-s图（图10.3）上，然后根据已知参数在水蒸气图表上查出有关参数：hh=3194.7kJ/kgsi=7.2244kJ/(kg-K)Pih, =h"=h,=2577.1 kJ/kgS, = s,=s, =8.2295 kJ/(kg ·K)Rh,=173.9 kJ/kg2'hr-h,x=号一岁=7224-0.5926=0.8684s-s8.2295-0.5926SSI-Srss=0.5926 kJ/(kg ·K)图10.3h,=h,+x,(h,-h)=173.9+0.8684(25771173.9)=2259(1)汽轮机的实际功量W2=h-h=3194.7-2577.1=汽轮机的理想功量Wi2.=h, -h.=3194.7-2259汽轮机的相对内效率617.6Wi2= 0.661n =934.8W12-103—

工程热力学例题与习题 —103— 凝汽循环 0.409 1 = = q w K 背压循环（理想情况下） 1 1 2 = − = q w q K 实际上由于各种热损失和电、热负荷之间的不协调，一般 K=0.7 左右。 例 3：某蒸汽动力循环。汽轮机进口蒸汽参数为 p1=13.5bar，t1=370 ℃,汽轮机出口蒸汽参数为 p2=0.08bar 的干饱和蒸汽，设环境温度 t0=20℃, 试求：（1）汽轮机的实际功量、理想功量、相对内效率；（2）汽轮机的 最大有用功量、熵效率；（3）汽轮机的相对内效率和熵效率的比较。 解：先将所研究的循环表示在 h-s 图（图 10.3）上，然后根据已知参 数在水蒸气图表上查出有关参数： h1=3194.7kJ/kg s1=7.2244kJ/(kg·K) h2 = h2  = h2   = 2577.1 kJ/kg s2 = s2  = s2   = 8.2295 kJ/(kg·K) h2   =173.9 kJ/kg s2   = 0.5926 kJ/(kg·K) k J k g h h x h h 173.9 0.8684(25771 173.9) 2259.9 / ( ) 2 2 2 2 2 = + − = =  +  −       (1)汽轮机的实际功量 w12=h1-h2=3194.7-2577.1=617.6 kJ/kg 汽轮机的理想功量 w12 = h1 − h2 = 3194.7 − 2259.9 = 934.8 kJ/kg 汽轮机的相对内效率 0.661 934.8 617.6 12 12  = = = w  w ri 0.8684 8.2295 0.5926 7.2244 0.5926 2 2 2 2 2 = − − =  −  −  =      s s s s x s h h1 r P1 1 2' 1 2 -h hr h -1 -1 h r h s1-sr 图 10.3

工程热力学例题与习题（2）汽轮机的最大有用功和效率汽轮机的最大有用功Wmax=er-er=(h,-Ts,)-(h,-T,s,)=(3194.7-293x7.2244)-(2577.1-293×2.2295)=912.1kJ/kg汽轮机的效率617.6Wi2-6=0.677N3x =912.1Wn-max（3）汽轮机的相对内效率和效率的比较计算结果表明，汽轮机的对内效率n，小于熵效率neo。因为这两个效率没有直接联系，它们表明汽轮机完善性的依据是不同的。汽轮机的相对内效率n，是衡量汽轮机在给定环境中，工质从状态可逆绝热地过渡到状态2所完成的最大有用功量（即两状态摘的差值）利用的程度，即实际作功量与最大有用功量的比值。由图10.3可见，汽轮机内工质实现的不可逆过程1-2，可由定过程1-2和可逆的定压定温加热过程2”-2两个过程来实现。定焰过程1-2的作功量为wiz.=h-h.=934.8kJ/kg在可逆的定压定温加热过程2＇-2中，使x=0.8684的湿蒸汽经加热变为相同压力下的干饱和蒸汽，其所需热量为92=h2-hz。因为加热过程是可逆的，故可以想象用一可逆热泵从环境（T。=293K）向干饱和蒸汽（T,=314.7K）放热。热泵消耗的功量为W2 2=q2-T. =(h, -h,)-T,(s, -,)=22.7kJ/kg。T,故1-2过程的最大有用功为Wnmax=Wi2-Wz2=934.8-22.7=912.1kJ/kg与前面计算结果相同。显见，n,与n的差别为104

工程热力学例题与习题 —104— （2）汽轮机的最大有用功和熵效率 汽轮机的最大有用功 k J k g w e e h T s h T s n x x 912.1 / (3194.7 293 7.2244) (2577.1 293 2.2295) ( ) ( ) max 1 3 1 0 1 2 0 2 = = −  − −   = − = − − − 汽轮机的熵效率 0.677 912.1 617.6 max 12 3 = = = n x w w （3）汽轮机的相对内效率和熵效率的比较 计算结果表明，汽轮机的对内效率 ri 小于熵效率 exo 。因为这两个效 率没有直接联系，它们表明汽轮机完善性的依据是不同的。 汽轮机的相对内效率 ri 是衡量汽轮机在给定环境中，工质从状态可逆 绝热地过渡到状态 2 所完成的最大有用功量（即两状态熵的差值）利用的 程度，即实际作功量与最大有用功量的比值。 由图 10.3 可见，汽轮机内工质实现的不可逆过程 1-2，可由定熵过程 1-2’和可逆的定压定温加热过程 2’-2 两个过程来实现。定熵过程 1-2’ 的作功量为 w12 = h1 − h2 = 934.8 kJ/kg 在可逆的定压定温加热过程 2′-2 中，使 x2′=0.8684 的湿蒸汽经加热 变为相同压力下的干饱和蒸汽，其所需热量为 q2=h2-h2′。因为加热过程是 可逆的，故可以想象用一可逆热泵从环境（T0=293K）向干饱和蒸汽 （T2=314.7K）放热。热泵消耗的功量为 w2′2=q2-T0 ( 2 2 ) 0 ( 2 2 ) 22.7 2 2 = h − h  −T s − s  = T q kJ/kg。 故 1-2 过程的最大有用功为 w n•max = w12 − w22 = 934.8 − 22.7 = 912.1 kJ/kg 与前面计算结果相同。 显见， ri 与 ex 的差别为

工程热力学例题与习题W12nWi2W.2W2而nerWmemaxW12+W22例4一理想蒸汽压缩制冷系统，制冷量为20冷吨，以氟利昂22为制冷剂，冷凝温度为30℃，蒸发温度为-30℃。求：（1）1公斤工质的制冷量qo；(2)循环制冷量；（3）消耗的功率；（4）循环制冷系数：（5）冷凝器的热负荷。解参考图10.4所示：（1）1公斤工质的制冷量qo从1gp-h图查得：h,=147kcal/kg，hs=109kcal/kg，qo=h-hs=147-109=38kca1/kg该装置产生的制冷量为20冷吨（我国1冷吨等于3300kca1/h）(2)循环制冷的剂量m1gp冷凝器HH电动机）蒸发器h20×3300=1736.8kg/h..m:38(3）压缩机所消耗的功及功率—105—

工程热力学例题与习题 —105— 12 12   = w w ri 而 12 2 2 12 max 12 •  +   = = w w w w w n ex 例 4 一理想蒸汽压缩制冷系统，制冷量为 20 冷吨，以氟利昂 22 为 制冷剂，冷凝温度为 30℃，蒸发温度为-30℃。求：（1）1 公斤工质的制 冷量 q0;(2)循环制冷量；（3）消耗的功率；（4）循环制冷系数；（5）冷 凝器的热负荷。 解 参考图 10.4 所示： （1）1 公斤工质的制冷量 q0 从 1gp-h 图查得：h1=147kcal/kg,h5=109kcal/kg, q0=h1-h5=147-109=38 kcal/kg 该装置产生的制冷量为 20 冷吨（我国 1 冷吨等于 3300kcal/h） (2)循环制冷的剂量 m (a) (b) 图 10.4 20 3300 38 ( ) 0 0 0 1 5  = =  = = − mq m Q mq m h h ∴ 1736.8 38 20 3300 =  m = kg/h (3)压缩机所消耗的功及功率 h lgp 蒸发器 电动机 冷凝器 1 2 4 5 1 2 4 3 5 s=0

工程热力学例题与习题w=h,-h,=158.5-147=11.5kca1/kgW=mw=1736.8x11.5=19973.2kca1/h19973.22=23.22kWN.=860(4）循环制冷系数8. = =- 38=3.3W11.5W（5）冷凝器热负荷Q因h=hs，Q=mqk=m(hz-h)=1736.8×(158.5-109)=85971.6kca1/h10.3思考及练习题1：各种气体动力循环和蒸汽动力循环，经过理想化以后可按可逆循环进行计算，但所得理论热效率即使在温度范围相同的条件下也并不相等。这和卡诺定理有矛盾吗。2.能否在蒸汽动力循环中将全部蒸汽抽出来用于回热（这样就可以取消凝汽器，从而提高热效率，能否不让之汽凝结放出热量，而用压缩机将乏汽直接压入锅炉，从而减少热能损失，提高热效率。3.采用加热和再热的目的是什么？为什么在相同的温度范围内，回热循环的热效率高于朗肯循环的热效率？（用TS图说明）。4.分析动力循环经济性的方法有哪几种？各有何特点？5.蒸汽动力循环热效率低的主要原因是什么？如何提高热能的利用率？采用热电循环热效率是提高了还是降低了？6由于冷凝器作用，蒸汽排汽温度已接近自然环境温度，即已充分利用了可能达到的冷源温度，为什么说大量热量损失到外界去了？7.能否在蒸汽动力装置中将全部蒸汽抽出来用于回热。（这样就可取消冷凝器）从而提高热效率？能否不让之汽凝结放热，而用压缩机直接将乏汽压入锅炉，从而节约热能，提高热效率？—106—

工程热力学例题与习题 —106— w = h2 − h1 =158.5−147 =11.5 kcal/kg W = mw=1736.811.5 =19973.2 kcal/h 23.22 860 19973.2 Nth = = kW (4)循环制冷系数 3.3 11.5 0 0 38   = = = = w q W Q （5）冷凝器热负荷 QK 因 h4=hs,Qk=mqk=m(h2-h4)=1736.8×(158.5-109)=85971.6 kcal/h 10．3 思考及练习题 1．各种气体动力循环和蒸汽动力循环，经过理想化以后可按可逆循环 进行计算，但所得理论热效率即使在温度范围相同的条件下也并不相等。 这和卡诺定理有矛盾吗。 2．能否在蒸汽动力循环中将全部蒸汽抽出来用于回热(这样就可以取 消凝汽器，从而提高热效率，能否不让乏汽凝结放出热量，而用压缩机将 乏汽直接压入锅炉，从而减少热能损失,提高热效率。 3．采用加热和再热的目的是什么？为什么在相同的温度范围内，回热 循环的热效率高于朗肯循环的热效率？（用 T-S 图说明）。 4．分析动力循环经济性的方法有哪几种？各有何特点？ 5．蒸汽动力循环热效率低的主要原因是什么？如何提高热能的利用 率？采用热电循环热效率是提高了还是降低了？ 6．由于冷凝器作用，蒸汽排汽温度已接近自然环境温度，即已充分利 用了可能达到的冷源温度，为什么说大量热量损失到外界去了？ 7．能否在蒸汽动力装置中将全部蒸汽抽出来用于回热。（这样就可取 消冷凝器）从而提高热效率？能否不让乏汽凝结放热，而用压缩机直接将 乏汽压入锅炉，从而节约热能，提高热效率？

工程热力学例题与习题8.能量利用系数说明了全部能量利用的程度，为什么又说不能完善地说明循环的经济性呢？9.在蒸汽的朗肯循环中，如何理解热力学第一、二定律的指导作用？10.既然卡诺循环在一定温限中热效率最高，为什么理论蒸汽动力循环不采用卡诺循环，而采用朗肯循环？11.将朗肯循环表示在p-、T-S、h-s上，并说明采用过热蒸汽的原因。12.提高朗肯循环热效率有哪些主要途径？利用T-S图和h-s图说明13：空气压缩制冷循环中，循环增压比P/p越小，制冷系数是越大还是越小？增压比减小，循环的制冷量如何变化？（在T-S图上分析）。T14.如图（10.5），设想蒸汽压缩制冷循环按12341运行，循环净功未变，仍等于h4-hz，而从冷源吸取的热量从h3-hz，增加到h-h2，这显然是有利的。这种考虑对吗？15.试述实际采用的各种制冷装置循环与逆卡诺循环的主要差异是什么？S图10.516.为什么有的制冷循环中采用膨胀机，：气压缩制冷能否采用节流阀？17.热泵供热循环与制冷循环有何异同？18.在蒸汽制冷中对制冷剂有何基本要求？一般常用的制冷剂有哪几种?19.在一回热循环中，进入汽轮机的蒸汽为37.278bar、400℃，离开汽轮机为0.0981bar、在膨胀至3.924bar后，从汽轮机抽出一些蒸汽对来自凝汽器的给水加热，流体离开加热器时为3.924bar的饱和水。假设膨胀和压缩都是等熵，求循环的热效率。20.某核动力循环。锅炉从t=320℃的核反应堆吸入热量6产生压力—107—

工程热力学例题与习题 —107— 8．能量利用系数说明了全部能量利用的程度，为什么又说不能完善地 说明循环的经济性呢？ 9．在蒸汽的朗肯循环中，如何理解热力学第一、二定律的指导作用？ 10．既然卡诺循环在一定温限中热效率最高，为什么理论蒸汽动力循 环不采用卡诺循环，而采用朗肯循环？ 11．将朗肯循环表示在 p-v、T-S、h-s 上，并说明采用过热蒸汽的原 因。 12．提高朗肯循环热效率有哪些主要途径？利用 T-S 图和 h-s 图说明。 13．空气压缩制冷循环中，循环增压比 p2/p1越小，制冷系数是越大还 是越小？增压比减小，循环的制冷量如何变化？（在 T-S 图上分析）。 14．如图（10.5），设想蒸汽压缩制冷 循环按 12341 运行，循环净功未变，仍等于 h4-h2，而从冷源吸取的热量从 h3-h2，增加到 h2-h2′，这显然是有利的。这种考虑对吗？ 15．试述实际采用的各种制冷装置循环 与逆卡诺循环的主要差异是什么？ 16．为什么有的制冷循环中采用膨胀机，有的则代而采用节流阀？空 气压缩制冷能否采用节流阀？ 17．热泵供热循环与制冷循环有何异同？ 18．在蒸汽制冷中对制冷剂有何基本要求？一般常用的制冷剂有哪几 种？ 19．在一回热循环中，进入汽轮机的蒸汽为 37.278bar、400℃，离开 汽轮机为 0.0981bar、在膨胀至 3.924bar 后，从汽轮机抽出一些蒸汽对来 自凝汽器的给水加热，流体离开加热器时为 3.924bar 的饱和水。假设膨胀 和压缩都是等熵，求循环的热效率。 20．某核动力循环。锅炉从 t1=320℃的核反应堆吸入热量 Q1产生压力 2' T 3 4 s 2 1 图 10.5

工程热力学例题与习题为72bar的干饱和蒸汽（点1），水蒸气经汽轮机作功后在0.08bar压力下排出（点2），乏汽在冷凝器中向to=20℃的环境定压放热后变为40℃的过冷水（点3），最后过冷水经泵送回锅炉（点4）完成循环。已知该厂的额定功率为750000kW,汽轮机的相对内效率n，=0.7，泵效率n，=0.8。试求：TTIkgT2Tmkg(1m) kgSS温度t=-18℃、压力pr=1bar，绝热压缩到p2=5.5bar，经由冷却器放热后，温度t3=15℃，求循环致冷系数。22.某空气致冷装置。冷藏室的温度保持-8℃，大气环境温度为25℃。已知致冷量Q=100000kJ/h。求：（1）该致冷装置循环致冷系数可能达到的最大值：（2）该装置必须消耗的最小功率：（3）每小时传给大气环境的热量。（（1）=ε=8.030：（2)N=3.46kW：（3）Q=112456kI/h）23.某空气致冷装置。空气进入膨胀机的温度t，=20℃、压力p=6bar绝热膨胀到p,=1bar，经由冷藏室吸热后，温度t,=-10℃。试求：（1）膨胀机出口温度：（2）压缩机出口温度；（3）1kg空气的吸热量；（4）1kg空气传给大气环境的热量：（5）循环消耗净功量：（6）循环致冷系数：（7）同温度范围内逆向卡诺循环的致冷系数。（（1）t=-97.4℃：（2）tz=165.8℃C；(3)q2=87.7kJ/kg；(7)=8.767）。24.某空气致冷装置。空气进入压缩机的压力pi=1bar，绝热压缩到—108—

工程热力学例题与习题 —108— 为 72bar 的干饱和蒸汽（点 1），水蒸气经汽轮机作功后在 0.08bar 压力 下排出（点 2），乏汽在冷凝器中向 t0=20℃的环境定压放热后变为 40℃的 过冷水（点 3），最后过冷水经泵送回锅炉（点 4）完成循环。已知该厂的 额定功率为 750000kW,汽轮机的相对内效率 ri =0.7，泵效率  p =0.8。试求: 蒸汽的质量流量，并对该循环进行热力学分析。 21．一空气致冷装置，如图 10.7 所示。空气进入压缩机的温度 t1=-18 ℃、压力 p1=1bar，绝热压缩到 p2=5.5bar，经由冷却器放热后，温度 t3=15 ℃，求循环致冷系数。 22．某空气致冷装置。冷藏室的温度保持-8℃，大气环境温度为 25℃。 已知致冷量 Q0=100000kJ/h。求：（1）该致冷装置循环致冷系数可能达到 的最大值；（2）该装置必须消耗的最小功率；（3）每小时传给大气环境 的热量。（（1）εmax=εc=8.030; (2)Nmin=3.46kW； （3）Q1=112456 kJ/h） 23．某空气致冷装置。空气进入膨胀机的温度 t3=20℃、压力 p3=6bar 绝热膨胀到 pt=1bar，经由冷藏室吸热后，温度 t1=-10℃。试求：（1）膨 胀机出口温度；（2）压缩机出口温度；（3）1kg 空气的吸热量；（4）1kg 空气传给大气环境的热量；（5）循环消耗净功量；（6）循环致冷系数； （7）同温度范围内逆向卡诺循环的致冷系数。（（1）t4=-97.4℃；（2） t2=165.8℃；(3)q2=87.7kJ/kg；(7)εc=8.767）。 24．某空气致冷装置。空气进入压缩机的压力 p1=1bar，绝热压缩到 图 10.6 图 10.7 s T 1 2 1' 2' 3 4 5 6 1kg mkg (1-m)kg s T 1 T 2 T 1 2 3 4

工程热力学例题与习题p2=5bar，经由冷却器放热后，温度t3=30℃。已知冷藏室的温度为-5℃，求：（1）膨胀机出口温度：（2）1kg空气的吸热量：（3）1kg空气的放热量：（4）循环净耗功量；（5）循环致冷系数；（6）同温度范围内逆向卡诺循环的致冷系数；（7）若冷藏室温度为0℃时，循环净耗功量。（（1)t3=-81.7C；(2)q=77.0kJ/kg；(3)q=122.0kJ/kg；（4）w=45.0kJ/kg；（5）=1.711；（6）=7.657；（7）W=48.0kJ/kg）。25.一空气制冷装置的制冷量Q=836400kJ/h。空气压缩机吸入空气的压力p=0.981bar，温度t，=-10℃，经压缩后空气的压力p2=0.981bar，温度ti=-10℃，经压缩后空气的压力p2=3.924bar，空气进入膨胀机的温度为20℃。求：（1）电动机、压气机、膨胀机的功率：（2）装置的制冷系数（3）空气的质量流量：（4）传给冷却水的热量。26.空气制冷装置的制冷量Q=83736kJ/h，已知制冷装置中空气的最高压力p2=4.905bar，最低压力p=1.076bar。开始压缩时空气温度t，=0℃由冷却器出来时的温度t3=20℃。如空气被压缩和膨胀时的多变指数n=1.28，求：（1）装置的制冷系数；（2）原动机的理论功率。27.一空气制冷系统产生10冷吨的冷量，它由离心式压缩机、冷却器和空气涡轮机所组成，此涡轮与压缩机直接连接，其压缩和膨胀过程都遵循不可逆的绝热过程pv=C，压缩过程n=1.6，膨胀时n=1.3，压缩机进口压力p:=0.8276bar，温度t=21℃，涡轮进口压力p3=1.45bar、温度t3=38℃，为一稳定流动过程，忽略动能的变化。试画出流体流动的过程图和T-S图，并求：（1）压缩终了的温度tz：（2）膨胀终了的温度t4：（3）空气的流量；（4）净功率；（5）制冷系数。10.4自测题一、是非题1.空气压缩式致冷循环中，循环压力比pz/p,越大，则致冷系数就越大。（）2.过冷温度越大，蒸气压缩致冷系数就越小。（）-109—

工程热力学例题与习题 —109— p2=5bar,经由冷却器放热后，温度 t3=30℃。已知冷藏室的温度为-5℃，求： （1）膨胀机出口温度；（2）1kg 空气的吸热量；（3）1kg 空气的放热量； （4）循环净耗功量；（5）循环致冷系数；（6）同温度范围内逆向卡诺循 环的致冷系数；（7）若冷藏室温度为 0℃时，循环净耗功量。（（1）t3=-81.7 ℃；(2)q2=77.0kJ/kg；(3)q1=122.0kJ/kg；（4）ω=45.0kJ/kg；（5）ε =1.711；（6）εc=7.657；（7）W=48.0kJ/kg）。 25．一空气制冷装置的制冷量 Q0=836400kJ/h。空气压缩机吸入空气的 压力 p1=0.981bar，温度 t1=-10℃，经压缩后空气的压力 p2=0.981bar，温 度 t1=-10℃,经压缩后空气的压力 p2=3.924bar，空气进入膨胀机的温度为 20℃。求：（1）电动机、压气机、膨胀机的功率；（2）装置的制冷系数； （3）空气的质量流量；（4）传给冷却水的热量。 26．空气制冷装置的制冷量 Q0=83736kJ/h，已知制冷装置中空气的最 高压力 p2=4.905bar，最低压力 p1=1.076bar。开始压缩时空气温度 t1=0℃, 由冷却器出来时的温度 t3=20℃。如空气被压缩和膨胀时的多变指数 n=1.28，求：（1）装置的制冷系数；（2）原动机的理论功率。 27．一空气制冷系统产生 10 冷吨的冷量，它由离心式压缩机、冷却器 和空气涡轮机所组成，此涡轮与压缩机直接连接，其压缩和膨胀过程都遵 循不可逆的绝热过程 pv n =C，压缩过程 n=1.6，膨胀时 n=1.3，压缩机进口 压力 p1=0.8276bar，温度 t1=21℃,涡轮进口压力 p3=1.45bar、温度 t3=38 ℃，为一稳定流动过程，忽略动能的变化。试画出流体流动的过程图和 T-S 图，并求：（1）压缩终了的温度 t2；（2）膨胀终了的温度 t4；（3）空气 的流量；（4）净功率；（5）制冷系数。 10．4 自测题 一、是非题 1．空气压缩式致冷循环中，循环压力比 2 1 p / p 越大，则致冷系数就越 大。（ ） 2．过冷温度越大，蒸气压缩致冷系数就越小。（ ）