沈维道《工程热力学》(第4版)课后习题(第10~13章)【圣才出品】

沈维道《工程热力学》（第4版）课后习题
第10章蒸汽动力装置循环
10-1简单蒸汽动力装置循环（即朗肯循环），蒸汽的初压p1＝3MPa，终压p2＝6kPa，初温如表10-1所示，试求在各种不同初温时循环的热效率ηt、耗汽率d及蒸汽的终干度x2，并将所求得的各值填写入表内，以比较所求得的结果。

表10-1
t1/℃300500
ηt0.34830.3716
d/（kg/J） 1.009×10－68.15×10－7
x20.7610.859
解：（1）当p1＝3MPa，t1＝300℃，p2＝6kPa时，查h-s图得：
h1＝2996kJ/kg、h2＝2005kJ/kg、x2＝0.761，t2′＝36℃
h2′＝c w t2′＝4.187×36＝150.7kJ/kg
若不计水泵耗功，则热效率
（2）当p1＝3MPa，t2＝500℃，p2＝6kPa时，查h-s图得：h1＝3453kJ/kg、h2＝2226kJ/kg、x2＝0.859、t2′＝36℃
若不计水泵耗功，则热效率
将计算的结果代入表格得表10-1所示，详见电子版答案10-1
10-2简单蒸汽动力装置循环，蒸汽初温t1＝500℃，终压p2＝0.006MPa，初压p1如表10-2所示，试求在各种不同的初压下循环的热效率ηt，耗汽率d及蒸汽终干度x2，并将所求得的数值填入表内，以比较所求得的结果。

表10-2
p1/MPa 3.015.0
ηt0.37160.4287
d（kg/J）8.15×10－7 6.05×10－7
x20.8590.746
解：（1）由题意可知，p1＝3MPa，t1＝500℃，p2＝6kPa，即为上题的第（2）点，详见10-1的第（2）点。

（2）当p1＝15MPa，t1＝500℃，查h-s图得，h1＝3305kJ/kg，s1＝6.345kJ/（kg·K）当p2＝6kPa时，查饱和水蒸气表得，s′＝0.5208kJ/（kg·K）、h′＝151.47kJ/kg
s″＝8.3283kJ/（kg·K）、h″＝2566.5kJ/kg
因为s2＝s1＝6.345kJ/（kg·K），故
忽略水泵动
10-3某蒸汽动力装置朗肯循环的最高运行压力是5MPa，最低压力是15kPa，若蒸汽轮机的排汽干度不能低于0.95，输出功率不小于7.5MW，忽略水泵功，试确定锅炉输出蒸汽必须的温度和质量流量。

解：当p2＝15kPa，x2＝0.95时，查水蒸气表得h′＝225.9kJ/kg，h″＝2598.2kJ/kg，s′＝0.755kJ/（kg·K），s″＝8.007kJ/（kg·K）
h2＝h′＋x2（h″－h′）＝225.9＋0.95×（2598.2－225.9）＝2479.6kJ/kg
s2＝s′＋x2（s″－s′）＝0.755＋0.95×（8.007－0.755）＝7.644kJ/（kg·K）由s1＝s2，p1＝5MPa时，查水蒸气表得：h1＝4032.1kJ/kg，t1＝576℃
计算不考虑水泵消耗功
10-4利用地热水作为热源，R134a作为工质的朗肯循环（T-s图如图10-1所示），在R134a离开锅炉时状态为85℃的干饱和蒸气，在气轮机内膨胀后进入冷凝器时的温度是40℃，计算循环热效率。

图10-1
解：查R134a在t＝85℃时的参数为：h1＝h″＝427.6kJ/kg，s1＝s″＝1.677kJ/（kg·K），p4＝2928.2kPa
在t＝40℃时查得p3＝1017.1kPa，h′＝256.4kJ/kg，h″＝419.4kJ/kg，s′＝1.19kJ/（kg·K），s″＝1.711kJ/（kg·K），v′＝0.0009m3/kg
汽轮机输出功为W t＝h1－h2＝427.6－408.8＝18.8kJ/kg
泵耗功为W p＝h4－h2＝v′（p4－p3）
＝0.0009×（2928.2－1017.1）＝1.72kJ/kg
h4＝h3＋W p＝256.4＋1.72＝258.2kJ/kg
q1＝h1－h4＝427.6－258.2＝169.5kJ/kg
q2＝h2－h3＝h2－h′＝408.8－256.4＝152.4kJ/kg
循环热效率
10-5某项R134a为工质的朗肯循环利用当地海水为热源。

已知R134a的流量为1000kg/s，当地表层海水的温度25℃，深层海水的温度为5℃。

若加热和冷却过程中，海水和工质的温差为5℃，试计算循环的功率和热效率。

解：由题意可知，t1＝25－5＝20℃，t2＝5＋5＝10℃
当t1＝20℃时，查R134a性质表得：h″＝h1＝409.8kJ/kg，s1＝s″＝1.718kJ/（kg·K），p4＝572.1kPa
当t2＝10℃时，查表得：p3＝414.9kPa，h″＝404.3kJ/kg，h′＝213.5kJ/kg、v′＝
0.0008m3/kg，s″＝1.722kJ/（kg·K）、s′＝1.048kJ/（kg·K）
由s2＝s1＝1.718kJ/（kg·K）可知
泵功
热效率
汽轮机输出功W T＝h1－h2＝409.8－403.2＝6.6kJ/kg
循环净功W net＝W T－W p＝6.6－0.126＝6.474kJ/kg
功率p＝q m W net＝1000×6.474＝6474kW
10-6某抽汽回热循环采用间壁式回热器，见图10-2。

该循环最高压力5MPa，锅炉输出蒸汽温度为650℃，抽汽压力1MPa，冷凝器工作温度45℃，送入锅炉的给水温度为200℃。

求：循环抽汽量和水泵A、B的耗功。

图10-2
解：由题意查得，当p max＝5MPa、t＝650℃时新蒸汽的熵和焓分别为s＝7.388kJ/kg，
h＝3782.6kJ/kg。

由于蒸汽在汽轮机内等熵膨胀，由s及抽汽压力p抽＝1MPa ＝p4，查得抽汽的焓h3＝3213kJ/kg。

抽汽在回热器内凝结得h4＝762.8kJ/kg，v4＝0.0011m3/kg、t s＝179.9℃，冷凝器内凝结水h1＝188.4kJ/kg、v1＝0.001m3/kg，p1＝9.6kPa，进入锅炉时的给水焓为h7＝853.8kJ/kg
水泵A的耗功为W pA＝v1（p max－p1）＝0.001×（5000－9.6）＝4.99kJ/kg
水泵B的耗功为W pB＝v4（p max－p4）＝0.011×（5000－1000）＝4.4kJ/kg
由能量守恒有
（1－α）h1＝αh3＝W pA＋W pB－h7＝0
得抽汽量
10-7设有两个蒸汽再热动力装置循环，蒸汽的初参数都为p1＝12.0MPa，t1＝450℃，终压都为p2＝0.004MPa，第一个再热循环再热时压力为2.4MPa，另一个再热时的压力为0.5MPa，两个循环再热后蒸汽的温度都为400℃。

试确定这两个再热循环的热效率和终湿度，将所得的热效率、终湿度和朗肯循环作比较，以说明再热时压力的选择对循环热效率和终湿度的影响。

注：湿度是指1kg湿蒸汽中所含和水的质量，即（1－x）。

图10-3h-s图
解：a．当再热压力为p b＝2.4MPa时，查p1＝12MPa，t1＝450℃的h-s图可得。