题目
某理想气体(相对分子质量为28)在1 089K、0.7091MPa下通过一透平机膨胀到0.1013MPa,透平机的排气以亚音速排出。进气的质量流量为35.4kg·h-1,输出功率为4.2kW,透平机的热损失为6700kJ·h-1。透平机进、出口连接管的内径为0.0160m,气体的比热容为1.005kJ·kg-1·h-1(设与压力无关)。试求透平机排气的温度及速度。
某理想气体(相对分子质量为28)在1 089K、0.7091MPa下通过一透平机膨胀到0.1013MPa,透平机的排气以亚音速排出。进气的质量流量为35.4kg·h-1,输出功率为4.2kW,透平机的热损失为6700kJ·h-1。透平机进、出口连接管的内径为0.0160m,气体的比热容为1.005kJ·kg-1·h-1(设与压力无关)。试求透平机排气的温度及速度。
题目解答
答案


解析
步骤 1:能量平衡方程
透平机的能量平衡方程为:$\Delta H + \dfrac{\Delta u^2}{2} = Q + W_S$,其中$\Delta H$为焓变,$\dfrac{\Delta u^2}{2}$为动能变化,$Q$为热损失,$W_S$为输出功率。
步骤 2:计算焓变
焓变$\Delta H = mC_P(T_2 - T_1)$,其中$m$为质量流量,$C_P$为比热容,$T_1$为进气温度,$T_2$为排气温度。
步骤 3:计算动能变化
动能变化$\dfrac{\Delta u^2}{2} = \dfrac{u_2^2 - u_1^2}{2}$,其中$u_1$为进气速度,$u_2$为排气速度。
步骤 4:计算进气速度
进气速度$u_1 = \dfrac{mV_1}{A}$,其中$V_1$为进气体积流量,$A$为管道截面积。
步骤 5:计算排气速度
排气速度$u_2 = \dfrac{u_1V_2}{V_1} = \dfrac{u_1P_1T_2}{P_2T_1}$,其中$V_2$为排气体积流量,$P_1$为进气压力,$P_2$为排气压力。
步骤 6:代入能量平衡方程求解
将焓变、动能变化、热损失和输出功率代入能量平衡方程,求解排气温度$T_2$和排气速度$u_2$。
透平机的能量平衡方程为:$\Delta H + \dfrac{\Delta u^2}{2} = Q + W_S$,其中$\Delta H$为焓变,$\dfrac{\Delta u^2}{2}$为动能变化,$Q$为热损失,$W_S$为输出功率。
步骤 2:计算焓变
焓变$\Delta H = mC_P(T_2 - T_1)$,其中$m$为质量流量,$C_P$为比热容,$T_1$为进气温度,$T_2$为排气温度。
步骤 3:计算动能变化
动能变化$\dfrac{\Delta u^2}{2} = \dfrac{u_2^2 - u_1^2}{2}$,其中$u_1$为进气速度,$u_2$为排气速度。
步骤 4:计算进气速度
进气速度$u_1 = \dfrac{mV_1}{A}$,其中$V_1$为进气体积流量,$A$为管道截面积。
步骤 5:计算排气速度
排气速度$u_2 = \dfrac{u_1V_2}{V_1} = \dfrac{u_1P_1T_2}{P_2T_1}$,其中$V_2$为排气体积流量,$P_1$为进气压力,$P_2$为排气压力。
步骤 6:代入能量平衡方程求解
将焓变、动能变化、热损失和输出功率代入能量平衡方程,求解排气温度$T_2$和排气速度$u_2$。