-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:5-11 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℃ 30 kg.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

5-12 140℃饱和水蒸气以4 kg.s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:

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:

5-14 1mol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

5-16 12MPa、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)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=0 W=0 ΔH=0

熵分析法

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,573.15 K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:

H=503.71kJ·kg S=7.2965 kJ·kgk H=3059kJ·kg S=7.2965kJ·kgk

混合过程为绝热:则 (先判断混合后所处状态) (a+b)H=aH+bH

由H的数据可知混合器中为压力700kPa的液体水和蒸汽的混合物

此时由饱和水和饱和水蒸气查得水和蒸汽的焓、熵分别为:

H=697.21kJ·kg S=1.9922 kJ·kgk

H=2763.5kJ·kg S=6.7080kJ·kgk

在水和蒸汽的混合物中,水的摩尔分数为: