题目
某汽轮机入口蒸汽的压力 p_1 = 1.3 , (MPa)、t_1 = 350 , (℃),出口蒸汽压力 p_2 = 0.005 , (MPa)。假定蒸汽在汽轮机内进行理想绝热膨胀,忽略进、出口动能差,求每千克蒸汽流过汽轮机所作的轴功及乏汽(排汽)的温度和干度。
某汽轮机入口蒸汽的压力 $p_1 = 1.3 \, \text{MPa}$、$t_1 = 350 \, \text{℃}$,出口蒸汽压力 $p_2 = 0.005 \, \text{MPa}$。假定蒸汽在汽轮机内进行理想绝热膨胀,忽略进、出口动能差,求每千克蒸汽流过汽轮机所作的轴功及乏汽(排汽)的温度和干度。
题目解答
答案
根据题目条件:
1. 入口状态:$ p_1 = 1.3 \, \text{MPa}, t_1 = 350^\circ \text{C} $,查表得 $ h_1 = 3157.9 \, \text{kJ/kg}, s_1 = 6.9308 \, \text{kJ/(kg·K)} $。
2. 出口压力 $ p_2 = 0.005 \, \text{MPa} $,对应 $ t_{\text{sat}} = 32.87^\circ \text{C}, s_f = 0.4762, s_g = 8.3938 $。
3. 等熵过程 $ s_2 = s_1 = 6.9308 $,得:
\[
x = \frac{s_2 - s_f}{s_g - s_f} = \frac{6.9308 - 0.4762}{7.9176} \approx 0.815
\]
4. 出口比焓:
\[
h_2 = h_f + x h_{fg} = 137.77 + 0.815 \times 2423.0 = 2112.5 \, \text{kJ/kg}
\]
5. 轴功:
\[
w = h_1 - h_2 = 3157.9 - 2112.5 = 1045.4 \, \text{kJ/kg}
\]
6. 出口温度 $ t_2 = t_{\text{sat}} = 32.87^\circ \text{C} $。
最终结果:
- 轴功 $ w = 1045.4 \, \text{kJ/kg} $。
- 出口温度 $ t_2 = 32.87^\circ \text{C} $。
- 干度 $ x \approx 0.815 $。
解析
本题考查理想绝热膨胀过程中蒸汽的热力性质计算,解题思路是先根据入口蒸汽的压力和温度确定其比焓和比熵,再利用等熵膨胀过程的性质确定出口蒸汽的状态参数,最后计算轴功、出口温度和干度。
- 确定入口蒸汽的比焓和比熵:
已知入口蒸汽的压力$p_1 = 1.3 \, \text{MPa}$、温度$t_1 = 350 \, \text{℃}$,通过查阅蒸汽表可得$h_1 = 3157.9 \, \text{kJ/kg}$,$s_1 = 6.9308 \, \text{kJ/(kg·K)}$。 - 确定出口压力对应的饱和温度和比熵:
已知出口蒸汽压力$p_2 = 0.005 \, \text{MPa}$,查阅蒸汽表可得该压力下的饱和温度$t_{\text{sat}} = 32.87^\circ \text{C}$,饱和液体比熵$s_f = 0.4762 \, \text{kJ/(kg·K)}$,饱和蒸汽比熵$s_g = 8.3938 \, \text{kJ/(kg·K)}$。 - 计算出口蒸汽的干度:
因为蒸汽在汽轮机内进行理想绝热膨胀,即等熵过程,所以$s_2 = s_1 = 6.9308 \, \text{kJ/(kg·K)}$。
根据干度的计算公式$x = \frac{s_2 - s_f}{s_g - s_f}$,将$s_2 = 6.9308 \, \text{kJ/(kg·K)}$,$s_f = 0.4762 \, \text{kJ/(kg·K)}$,$s_g = 8.3938 \, \text{kJ/(kg·K)}$代入可得:
$\begin{align*}x&=\frac{6.9308 - 0.4762}{8.3938 - 0.4762}\\&=\frac{6.4546}{7.9176}\\&\approx 0.815\end{align*}$ - 计算出口蒸汽的比焓:
查阅蒸汽表可得$p_2 = 0.005 \, \text{MPa}$时,饱和液体比焓$h_f = 137.77 \, \text{kJ/kg}$,汽化潜热$h_{fg} = 2423.0 \, \text{kJ/kg}$。
根据湿蒸汽比焓的计算公式$h_2 = h_f + x h_{fg}$,将$h_f = 137.77 \, \text{kJ/kg}$,$x = 0.815$,$h_{fg} = 2423.0 \ \text{kJ/kg}}$代入可得:
$\begin{align*}h_2&=137.77 + 0量\\&=137.77 + 0.815 \times 2423.0\\&=1\\&=137.77 + 1974.745\\&= 2112.545\\&\approx 2112.5 \, \text{kJ/kg}\end{align*}$ - **计算每千克蒸汽流过汽轮机所作的轴功}:
根据稳定流动能量方程,忽略进、出口动能差和位能差,轴[w = h_1 - h_2] 。
将$h_1 = 3157.9 \, \text{kJ/kg}$,$h_2 = 2112.5 \, \text{kJ/kg}$代入可得:
$\begin{align*}w&=3157.9 - 2112.5\\&= 1045.4 \, \text{kJ/kg}\end{align*}$ - 确定出口蒸汽的温度:
因为出口蒸汽处于湿蒸汽状态,其温度等于该压力下的饱和温度,即$t_2 = t_{\text{sat}} = 32.87^\circ \text{C}$。