题目
500 kPa 的饱和液氨进人锅炉加热成干饱和氨蒸气，然后进人压力同为 500 kPa 的过热器加热到 275 K，若氨的质量流量为 0.005 kg/s，求锅炉和过热器中的换热率。已知：氨进入和离开锅炉时的焓分别为 h_1 = -396.2 , (kJ/kg)、h_2 = -223.2 , (kJ/kg)，氨离开过热器时的焓为 h_3 = -25.1 , (kJ/kg)。
500 kPa 的饱和液氨进人锅炉加热成干饱和氨蒸气，然后进人压力同为 500 kPa 的过热器加热到 275 K，若氨的质量流量为 0.005 kg/s，求锅炉和过热器中的换热率。已知：氨进入和离开锅炉时的焓分别为 $h_1 = -396.2 \, \text{kJ/kg}$、$h_2 = -223.2 \, \text{kJ/kg}$，氨离开过热器时的焓为 $h_3 = -25.1 \, \text{kJ/kg}$。
题目解答
答案
根据题目给出的焓值：
1. 锅炉中换热率为：
\[
q_{\text{锅炉}} = \dot{m} (h_2 - h_1) = 0.005 \times (173) = 0.865 \, \text{kW}
\]
2. 过热器中换热率为：
\[
q_{\text{过热器}} = \dot{m} (h_3 - h_2) = 0.005 \times 198.1 = 0.9905 \, \text{kW}
\]
最终结果：
- 锅炉换热率：$ q_{\text{锅炉}} = 0.865 \, \text{kW} $；
- 过热器换热率：$ q_{\text{过热器}} = 0.9905 \, \text{kW} $。
解析
考查要点：本题主要考查稳态流动系统中的能量守恒方程应用，即通过焓变计算换热率。
解题核心思路：
- 明确过程：液氨在锅炉中被加热至干饱和蒸汽，再在过热器中进一步加热。
- 能量方程：对每个设备（锅炉、过热器），换热率等于质量流量乘以出口与入口的焓差，即：
$q = \dot{m} (h_{\text{出}} - h_{\text{入}})$ - 关键点：正确代入各状态点的焓值，注意单位统一。
锅炉中的换热率
- 焓差计算：
$h_2 - h_1 = -223.2 \, \text{kJ/kg} - (-396.2 \, \text{kJ/kg}) = 173 \, \text{kJ/kg}$ - 换热率计算：
$q_{\text{锅炉}} = \dot{m} (h_2 - h_1) = 0.005 \, \text{kg/s} \times 173 \, \text{kJ/kg} = 0.865 \, \text{kW}$
过热器中的换热率
- 焓差计算：
$h_3 - h_2 = -25.1 \, \text{kJ/kg} - (-223.2 \, \text{kJ/kg}) = 198.1 \, \text{kJ/kg}$ - 换热率计算：
$q_{\text{过热器}} = \dot{m} (h_3 - h_2) = 0.005 \, \text{kg/s} \times 198.1 \, \text{kJ/kg} = 0.9905 \, \text{kW}$