工程热力学(第五版)课后习题答案(全章节)

2-3．把CO2压送到容积3m3的储气罐里，起始表压力

pg130kPa，终了表压力

pg20.3Mpa，温

度由t1＝45℃增加到t2＝70℃。试求被压入的CO2的质量。当地大气压B＝101.325 kPa。 解：热力系：储气罐。 应用理想气体状态方程。 压送前储气罐中CO2的质量

m1p1v1RT1 p2v2RT2

压送后储气罐中CO2的质量

m2根据题意

容积体积不变；R＝188.9

p1pg1B

（1） （2） （3） （4）

p2pg2BT1t1273 T2t2273

压入的CO2的质量

mm1m2vp2p1()RT2T1

（5）

将（1）、(2)、(3)、(4)代入（5）式得 m=12.02kg

第二章 气体的热力性质

2-2.已知

N2的M＝28，求（1）N2的气体常数；Np0.1MPa，

（2）标准状态下2的比容和密度；（3）

t500℃时的摩尔容积Mv。

解：（1）

N2的气体常数

RR08314M28＝296.9J/(kgK)

N2的比容和密度

（2）标准状态下

vRT296.9273p1013253m/kg ＝0.8

13v＝1.25kg/m

p0.1MPa，t500℃时的摩尔容积Mv

（3）

R0TMv ＝p

＝.27m3/kmol

2-5当外界为标准状态时，一鼓风机每小时可送300 m3的空气，如外界的温度增高到27℃，大气压降低到99.3kPa，而鼓风机每小时的送风量仍为300 m3，问鼓风机送风量的质量改变多少？ 解：同上题

mm1m2

vp2p130099.3101.325()()1000RT2T1287300273＝41.97kg

2-6 空气压缩机每分钟自外界吸入温度为15℃、压力为0.1MPa的空气3 m3，充入容积8.5 m3的储气罐内。设开始时罐内的温度和压力与外界相同，问在多长时间内空气压缩机才能将气罐的表压力提高到0.7MPa？设充气过程中气罐内温度不变。 解：热力系：储气罐。 使用理想气体状态方程。 第一种解法：

首先求终态时需要充入的空气质量

p2v271058.5m2RT2287288kg

压缩机每分钟充入空气量

pv11053mRT287288kg

所需时间

tm2m19.83min

第二种解法

将空气充入储气罐中，实际上就是等温情况下把初压为0.1MPa一定量的空气压缩为0.7MPa的空气；或者说0.7MPa、8.5 m3的空气在0.1MPa下占体积为多少的问题。 根据等温状态方程

pvconst

0.7MPa、8.5 m3的空气在0.1MPa下占体积为

V1p2V20.78.559.5P10.1 m3

，则要压缩59.5 m3的空气需要的时间

压缩机每分钟可以压缩0.1MPa的空气3 m3

 2-9

59.5319.83min

解：（1）氮气质量

pv13.71060.05mRT296.8300＝7.69kg

（2）熔化温度

pv16.51060.05TmR7.69296.8＝361K

2－14 如果忽略空气中的稀有气体，则可以认为其质量成分为

go223.2%，gN276.8%。试求

空气的折合分子量、气体常数、容积成分及在标准状态下的比容和密度。 解：折合分子量

M11gi0.2320.768M3228i＝28.86

气体常数

RR08314M28.86＝288J/(kgK)

容积成分

ro2go2M/Mo2rN2

＝20.9％

1－20.9％＝79.1％

标准状态下的比容和密度

M28.8622.422.4＝1.288 kg /m3 1v

＝0.776 m3/kg

2-15 已知天然气的容积成分

rCH497%，

rC2H60.6%rC3H80.18%，

，

rC4H100.18%，

rCO20.2%，

rN21.83%。试求：

天然气在标准状态下的密度； 各组成气体在标准状态下的分压力。 解：（1）密度

MriMi(97160.6300.18440.18580.2441.8328)/100＝16.48

0M16.480.736kg/m322.422.4

pirip

98.285kPa

（2）各组成气体在标准状态下分压力 因为：

pCH497%*101.325同理其他成分分压力分别为：（略）

2－8 在一直径为400mm的活塞上置有质量为3000kg的物体，气缸中空气的温度为18℃，质量为2.12kg。加热后其容积增大为原来的两倍。大气压力B＝101kPa，问：（1）气缸中空气的终温是多少？（2）终态的比容是多少？（3）初态和终态的密度各是多少？ 解：热力系：气缸和活塞构成的区间。 使用理想气体状态方程。 （1）空气终态温度

T2V2T1V1582K

（2）空气的初容积

p=3000×9.8/(πr2)+101000=335.7kPa

V1mRT1p0.527 m3

空气的终态比容

v2或者

V22V1mm＝0.5 m3/kg

v2RT2p0.5 m3/kg

（3）初态密度

1m2.12V10.527＝4 kg /m3

2

1v22 kg /m3

3－5，有一闭口系统，从状态1经a变化到状态2，如图，又从状态2经b回到状态1；再从状态1经过c变化到状态2。在这个过程中，热量和功的某些值已知，如表，试确定未知量。

过程 1-a-2 2-b-1 1-c-2 解：闭口系统。 使用闭口系统能量方程

(1)对1-a-2和2-b-1组成一个闭口循环，有

热量Q（kJ） 10 -7 x2 膨胀功W（kJ） x1 -4 2 QW

即10＋（－7）＝x1+（－4） x1=7 kJ

(2)对1-c-2和2-b-1也组成一个闭口循环 x2＋（－7）＝2+（－4） x2=5 kJ

(3)对过程2-b-1，根据

QUW

UQW7(4)－3 kJ

3-6 一闭口系统经历了一个由四个过程组成的循环，试填充表中所缺数据。 过程 1～2 2～3 Q（kJ） 1100 0 W（kJ） 0 100 ΔE（kJ） 1100 -100 3～4 4～5 解：同上题

-950 0 0 50 -950 -50 第三章 热力学第一定律

3－1 安静状态下的人对环境的散热量大约为400KJ/h，假设能容纳2000人的大礼堂的通风系统坏了：（1）在通风系统出现故障后的最初20min内礼堂中的空气内能增加多少？（2）把礼堂空气和所有的人考虑为一个系统，假设对外界没有传热，系统内能变化多少？如何解释空气温度的升高。 解：（1）热力系：礼堂中的空气。 闭口系统

根据闭口系统能量方程

QUW

因为没有作功故W=0；热量来源于人体散热；内能的增加等于人体散热。

Q200040020/60＝2.67×105kJ

（1）热力系：礼堂中的空气和人。 闭口系统

根据闭口系统能量方程

QUW

因为没有作功故W=0；对整个礼堂的空气和人来说没有外来热量， 所以内能的增加为0。

空气温度的升高是人体的散热量由空气吸收，导致的空气内能增加。

3-7 解：热力系：1.5kg质量气体 闭口系统，状态方程：

pavb

U1.5[(1.5p2v285)(1.5p1v185)]＝90kJ

由状态方程得 1000＝a*0.2+b 200=a*1.2+b 解上两式得： a=-800 b=1160 则功量为

1.2W1.5pdv1.5[(800)v21160v]10.221＝900kJ

过程中传热量

2QUW

＝990 kJ

3－8 容积由隔板分成两部分，左边盛有压力为600kPa，温度为27℃的空气，右边为真空，容积为左边5倍。将隔板抽出后，空气迅速膨胀充满整个容器。试求容器内最终压力和温度。设膨胀是在绝热下进行的。 解：热力系：左边的空气 系统：整个容器为闭口系统 过程特征：绝热，自由膨胀 根据闭口系统能量方程

QUW绝热

Q0

自由膨胀W＝0 因此ΔU=0

对空气可以看作理想气体，其内能是温度的单值函数，得

mcv(T2T1)0T2T1300K根据理想气体状态方程

p2

RT2p1V11p1V2V26＝100kPa

3-9 一个储气罐从压缩空气总管充气，总管内压缩空气参数恒定，为500 kPa，25℃。充气开始时，罐内空气参数为100 kPa，25℃。求充气终了时罐内空气的温度。设充气过程是在绝热条件下进行的。 解：开口系统 特征：绝热充气过程 工质：空气（理想气体）

根据开口系统能量方程，忽略动能和未能，同时没有轴功，没有热量传递。

0m2h2m0h0dE

没有流出工质m2=0 dE=dU=(mu)cv2-(mu)cv1

终态工质为流入的工质和原有工质和m0= mcv2-mcv1 mcv2 ucv2- mcv1ucv1=m0h0 h0=cpT0 ucv2=cvT2 ucv1=cvT1

(1)

p1Vmcv1=RT1 p2Vmcv2 =RT2

代入上式(1)整理得

T2kT1T2T1(kT0T1)p1p2=398.3K

3－10

供暖用风机连同加热器，把温度为t10℃的冷空气加热到温度为t2250℃，然后送入建

筑物的风道内，送风量为0.56kg/s，风机轴上的输入功率为1kW，设整个装置与外界绝热。试计算：（1）风机出口处空气温度；（2）空气在加热器中的吸热量；（3）若加热器中有阻力，空气通过它时产生不可逆的摩擦扰动并带来压力降，以上计算结果是否正确？ 解：开口稳态稳流系统

CpTQTm（1）风机入口为0℃则出口为

Q1000Cp0.561.0061031.78℃ mt2t1t1.78℃

空气在加热器中的吸热量

CpT0.561.006(2501.78)＝138.84kW Qm(3)若加热有阻力，结果1仍正确；但在加热器中的吸热量减少。加热器中

Qh2h1u2P2v2(u1P1v1)，p2减小故吸热减小。

3－11

一只0.06m3的罐，与温度为27℃、压力为7MPa的压缩空气干管相连接，当阀门打开，空气流

进罐内，压力达到5MPa时，把阀门关闭。这一过程进行很迅速，可认为绝热。储罐的阀门关闭后放置较长时间，最后罐内温度回复到室温。问储罐内最后压力是多少？ 解：热力系：充入罐内的气体

由于对真空罐充气时，是焓变内能的过程

mhmu

TcpcvT0kT01.4300420K

罐内温度回复到室温过程是定容过程

p2 3－12

T2300P15T420＝3.57MPa

压力为1MPa和温度为200℃的空气在一主管道中稳定流动。现以一绝热容器用带阀门的管道与

它相连，慢慢开启阀门使空气从主管道流入容器。设（1）容器开始时是真空的；（2）容器装有一个用弹簧控制的活塞，活塞的位移与施加在活塞上的压力成正比，而活塞上面的空间是真空，假定弹簧的最初长度是自由长度；（3）容器装在一个活塞，其上有重物，需要1MPa的压力举起它。求每种情况下容器内空气的最终温度？ 解:（1）同上题

TkT01.4473662K=3℃

（2）huw h=cpT0

L=kp

wpAdLpAkdp111kpAppVRT222

cpc0.5RT=vT0552K=279℃

同（2）只是W不同

wpdVpVRT

cpcRT=v 3－13

T0T0473K＝200℃

解：Wh

对理想气体

hcpT

ucvT 3－14

解：（1）理想气体状态方程

T2T1p22*293p1＝586K

（2）吸热：

QmcvT

p1VRTRT1k1＝2500kJ

3-15 解：烟气放热等于空气吸热 1m3空气吸取1.09 m3的烟气的热

Q1.09245＝267kJ tQ267vc1.29311.01＝205℃

t2=10+205=215℃

3-16 解：

m1h1m2h2(m1m2)h3

hcpT代入得：

Tm1cT1m2cT2120*773＋210473(m1m2)c330＝582K

＝309℃ 3－17

解：等容过程

kcpcpR1.4

QmcvTm

3-18 解：定压过程

RT2RT1p2vp1vk1k1＝37.5kJ

T1=

p1V2068.41030.03mR1287=216.2K

T2=432.4K 内能变化：

Umcvt1(1.010.287)216.2焓变化：

＝156.3kJ

HkU1.4156.3218.8 kJ

功量交换：

V22V10.06m3

＝62.05kJ

WpdVp(V2V1)2068.40.03热量交换：

QUW156.362.05=218.35 kJ

第四章 理想气体的热力过程及气体压缩

4-1 1kg空气在可逆多变过程中吸热40kJ，其容积增大为v210v1，压力降低为热为定值，求过程中内能的变化、膨胀功、轴功以及焓和熵的变化。 解：热力系是1kg空气

p2p1/8，设比

n过程特征：多变过程

ln(p2/p1)ln(1/8)ln(v1/v2)ln(1/10)＝0.9

因为

qcnT内能变化为

cv5R2＝717.5J/(kgK)

cp77Rcv25＝1004.5J/(kgK)

cvnk5cvJ/(kgK) n1＝3587.5

＝8×103J

cn

ucvTqcv/cn膨胀功：

wqu＝32 ×103J

28.8 ×103J

＝1.4×8＝11.2 ×103J

轴功：

wsnw焓变：

hcpTkuscpln熵变： 4－2

v2p2cvlnv1p1＝0.82×103J/(kgK)

有1kg空气、初始状态为

p10.5MPa，t1150℃，进行下列过程：

（1）可逆绝热膨胀到

p20.1MPa；

p20.1MPa，T2300K；

（2）不可逆绝热膨胀到（3）可逆等温膨胀到（4）可逆多变膨胀到

p20.1MPa；

p20.1MPa，多变指数n2；

试求上述各过程中的膨胀功及熵的变化，并将各过程的相对位置画在同一张解：热力系1kg空气 膨胀功：

pv图和Ts图上

RT1p2w[1()k1p1熵变为0 （2）

k1k]＝111.9×103J

wucv(T1T2)＝88.3×103J

scplnT2p2RlnT1p1＝116.8J/(kgK)

p1p2＝195.4×103J/(kgK)

wRT1ln（3）

sRlnp1p2＝0.462×103

J/(kgK)

RT1p2w[1()n1p1（4）

p2T2T1()p1scpln

n1nn1n]＝67.1×103J

＝1.2K

T2p2RlnT1p1＝－346.4J/(kgK)

4-3 具有1kmol空气的闭口系统，其初始容积为1m3，终态容积为10 m3，当初态和终态温度均100℃时，试计算该闭口系统对外所作的功及熵的变化。该过程为：（1）可逆定温膨胀；（2）向真空自由膨胀。

wmRTln解：（1）定温膨胀功

V2101.293*22.4*287*373*lnV117140kJ

smRlnV2V119.14kJ/K

(2)自由膨胀作功为0

smRln

V2V119.14kJ/K

4－4 质量为5kg的氧气，在30℃温度下定温压缩，容积由3m3变成0.6m3，问该过程中工质吸收或放出多少热量？输入或输出多少功量？内能、焓、熵变化各为多少？

qmRTln解：放热627.2kJ

V20.65*259.8*300*lnV13－627.2kJ

因为定温，内能变化为0，所以

内能、焓变化均为0 熵变：

wq

smRlnV2V1－2.1 kJ/K

4－5 为了试验容器的强度，必须使容器壁受到比大气压力高0.1MPa的压力。为此把压力等于大气压力。温度为13℃的空气充入受试验的容器内，然后关闭进气阀并把空气加热。已知大气压力B＝101.3kPa，试问应将空气的温度加热到多少度？空气的内能、焓和熵的变化为多少？ 解：（1）定容过程

T2T1p2100101.3286*p1101.3568.3K

内能变化：

ucv(T2T1)5*287*(568.3286)2202.6kJ/kg

hcp(T2T1)

7*287*(568.3286)2283.6 kJ/kg

scvln 4-6

p2p10.49 kJ/(kg.K)

6kg空气由初态p1＝0.3MPa，t1=30℃，经过下列不同的过程膨胀到同一终压p2＝0.1MPa：（1）

定温过程；（2）定熵过程；（3）指数为n＝1.2的多变过程。试比较不同过程中空气对外所作的功，所进行的热量交换和终态温度。 解：（1）定温过程

WmRTlnp10.36*287*303*lnp20.1573.2 kJ

QW

T2=T1=30℃ （2）定熵过程

Rp2WmT1[1()k1p1Q＝0

k1k1k2870.1]6**303*[1()1.410.31.411.4]351.4 kJ

p2T2T1()kp1（3）多变过程

221.4K

p2T2T1()p1Wmn1n＝252.3K

R287[T1T2]6**[303252.3]n11.21436.5 kJ

Qmcn(T2T1)6*cvnk*(252.3303)n1218.3 kJ

4－7 已知空气的初态为p1＝0.6MPa，v1=0.236m3/kg。经过一个多变过程后终态变化为p2＝0.12MPa，v2=0.815m3/kg。试求该过程的多变指数，以及每千克气体所作的功、所吸收的热量以及内能、焓和熵的变化。

n解：（1）求多变指数1千克气体所作的功

ln(p2/p1)ln(0.12/0.6)ln(v1/v2)ln(0.236/0.815)＝1.30

w11[p1v1p2v2]*(0.6*0.2360.12*0.815)n11.31146kJ/kg

吸收的热量

qcn(T2T1)nkRnk1(T2T1)(p2v2p1v1)n1k1n1k1

1.31.41(0.12*0.8250.6*0.236)1.311.41=36.5 kJ/kg

内能：

uqw146-36.5＝－109.5 kJ/kg

焓：

hcp(T2T1)k(p2v2p1v1)k1－153.3 kJ/kg

scpln熵：

v2p20.8150.12cvln1004.5*ln717.4*lnv1p10.2360.6＝90J/(kg.k)

p24-8 1kg理想气体由初态按可逆多变过程从400℃降到100℃，压力降为

1p16，已知该过程的膨胀

功为200kJ，吸热量为40 kJ，设比热为定值，求该气体的解：

cp和

cv

ucv(T2T1)qw160kJ

cv＝533J/(kg.k)

n1nRRT1p2w(T1T2)[1()n1n1p1解得：n＝1.49 R=327 J/(kg.k) 代入解得：

]=200 kJ

cp＝533+327=860 J/(kg.k)

4-9将空气从初态1，t1=20℃,定熵压缩到它开始时容积的1/3，然后定温膨胀，经过两个过程，空气的容积和开始时的容积相等。求1kg空气所作的功。

RT1p2w1[1()k1p1解：

＝-116 kJ/kg

k1k]RT1v1287*293[1()k1][131.41]k1v21.41

T2T1(v1k1)v2＝4.7K

v3287*4.7*ln(1/3)v2＝143.4 kJ/kg

w2RT2lnw=w1+w2=27.4 kJ/kg

4-10 1kg氮气从初态1定压膨胀到终态2，然后定熵膨胀到终态3。设已知以下各参数：t1=500℃，v2=0.25m3/kg ，p3＝0.1MPa，v3=1.73m3/kg。求（1）1、2、3三点的温度、比容和压力的值。（2）在定压膨胀和定熵膨胀过程中内能的变化和所作的功。

p2p3(解：(1)

v3k1.731.4)0.1*()v20.25＝1.5 MPa

P2v21.5*0.25*106T2R296.8p1=p2=1.5 MPa

＝1263K

T1v2T2v1==0.15 m3/kg

P3v30.1*1.73*106T3R296.8(2) 定压膨胀

=583 K

ucv(T2T1)3 kJ/kg

wR(T2T1)145.4 kJ/kg

定熵膨胀

ucv(T3T2)505 kJ/kg

wR[T2T3]k1-505 kJ/kg

或者：其q=0,wu= -505 kJ/kg

4-11 1标准m3的空气从初态1 p1＝0.6MPa，t1=300℃定熵膨胀到状态2，且v2=3v1。空气由状态2继续被

定温压缩，直到比容的值和开始时相等，v3=v1，求1、2、3点的参数（P,T,V）和气体所作的总功。

v1解：

RT1287*573p161050.274 m3/kg

p2p1(v1k1)0.6*()1.4v23 0.129 MPa v1k11)573*()0.4v23369K

T2T1(V2=3V1=0.822 m3 T3=T2=369K V3=V1=0.274 m3

p3p2(v23v1)0.129*v3v10.387 MPa

4－12 压气机抽吸大气中的空气，并将其定温压缩至p2＝5MPa。如压缩150标准m3空气，试求用水冷却压气机气缸所必须带走的热量。设大气处于标准状态。

QWp1V1ln解：

p10.1013250.101325*106*150*lnp25-59260kJ

4-13 活塞式压气机吸入温度t1=20℃和压力p1＝0.1MPa的空气，压缩到p2＝0.8MPa，压气机每小时吸气量为600标准m3。如压缩按定温过程进行，问压气机所需的理率为多少千瓦？若压缩按定熵过程进行，则所需的理率又为多少千瓦？ 解：定温：

mpV100000600RT287*273*36000.215kg/s

p1p2－37.8KW

k1k1.411.4WsmRT1ln定熵

kRT1p2W1sm[1()k1p11.4*287*2930.8]0.215*[1()1.410.1]＝－51.3 KW

4－14 某工厂生产上需要每小时供应压力为0.6MPa的压缩空气600kg；设空气所初始温度为20℃，压力为0.1MPa。求压气机需要的最小理率和最大理率。若按n＝1.22的多变过程压缩，需要的理率为多少？

解：最小功率是定温过程 m=600/3600=1/6 kg/s

WsmRT1lnp1p2＝－25.1 KW

最大功率是定熵过程

kRT1p2W1sm[1()k1p1多变过程的功率

k1k]－32.8 KW

nRT1p2W1sm[1()n1p1n1n]－29.6 KW

4－15 实验室需要压力为6MPa的压缩空气，应采用一级压缩还是二级压缩？若采用二级压缩，最佳中间压力应等于多少？设大气压力为0.1，大气温度为20，压缩过程多变指数n=1.25，采用中间冷却器能将压缩气体冷却到初温。试计算压缩终了空气的温度。 解：压缩比为60，故应采用二级压缩。 中间压力：

p2p1p30.775MPa

n1n

p3T3T2()p2=441K

4-16 有一离心式压气机，每分钟吸入p1＝0.1MPa，t1=16℃的空气400 m3，排出时p2＝0.5MPa，t2=75℃。设过程可逆，试求：

(1)此压气机所需功率为多少千瓦？ (2)该压气机每分钟放出的热量为多少千焦？

m解：（1）󰀀

p1V1RT1=8.04kg/s

n

ln(p2/p1)ln(v1/v2)=1.13

Wsmnwm󰀀 󰀀󰀀

nR(T1T2)n11183KW

Qm（2）󰀀

nkcv(T2T1)n1=-712.3kJ/s

4－17 三台空气压缩机的余隙容积均为6％，进气状态均为0.1MPa、27℃，出口压力均为0.5MPa，但压缩过程的指数不同，分别为：n1=1.4，n2=1.25，n3=1。试求各压气机的容积效率（假设膨胀过程的指数和压缩过程的指数相同）。

p2v1c[()n1]p1解：

0.5v10.06*[()1.41]0.10.87

11n=1.4: n=1.25：

v=0.84

n=1：

v=0.76

第五章 热力学第二定律

t,c5-1 ⑴ ⑵ ⑶ 5-2

T1T2873313.14%T1873

W0t,cQ10.14100.14 kW

Q21t,cQ110.1410035.86 kWt,cT1T2100040060%T11000

W0t,cQ10.61000600 kJ < 700 kJ

该循环发动机不能实现 5-3

q1cpT2T11.011000300707 kJ/kgTp3pRT3ln3RT3ln3p1p2T21.41.41q2RT3ln1300 0.287300ln1000w344.248.68%q1707

362.8 kJ/kg

wq1q2707362.8344.2 kJ/kgt,c5-4

T1T2100030070%T11000

wt,cq10.7707495 kJ/kg

Q25-5 ⑴

T2263Q1100000765 kJ/hT1293

2,c⑵

PQ1T12939.77T1T2293263

2,c1000002.84 kW9.773600

⑶

P100000 kJ/h10000027.78 kW3600

2,c5-6 ⑴

PQ1T129314.65T1T2293273

2,c2010000.455 kW9.773600

TT1200T212t2203600由T1T2℃

P得

T1313 K40℃

5-7 5-8

Qt2,cQ10.351000015000 kJ/hQ2Q11t1000010.37000 kJ/h

Q总QQ215000700022000 kJ/h5-9 可逆绝热压缩终态温度

T2

K

可逆过程QUW0，不可逆过程QUW0 且W1.1W，则U1.1U

T2T11.1T2T13001.1410.6300421.7pT2T12p110.33000.11.411.4410.6mcvT2T11.1mcvT2T1K

T2p2421.70.3SmcplnRln0.11.01ln0.287lnT1p13000.1

=0.00286 kJ/kg.K

T2581,c27.37T1T22932585-10 理论制冷系数：

PQ2制冷机理率：散热量：

1,c1257004.74 kW7.373600

Q1Q2P1257004.743600142756 kJ/hm冷却水量：5-11 ⑴

Q11427564867.2 kg/hcH2Ot4.197

W1Q1U11003070 kJ热源在完成不可逆循环后熵增0.026kJ/kg.K 则第二个过程热源吸热：

QQ2T10.0261006000.026115.6 kJT

工质向热源放热：

WQ2U2115.63085.6 kJ5-12 可逆定温压缩过程熵变：

sRln

p210.287ln0.66 kJ/kgKp10.1

可逆过程耗功：

wRT1lnp10.10.287400ln2 kJ/kgp21

实际耗功：

w1.25w1.252330 kJ/kg

因不可逆性引起的耗散损失：

qww330266 kJ/kgss

总熵变：5-13

q660.660.44 kJ/kgKT0300

q1cvT2T1，

q2cpT3T1

cpT3T1TT1vv1q2w11131131q1q1cvT2T1T2T11p2p11q1RT1ln

5-14

p1pq2cvT1T2RT2ln4p2，p3

1q21q1cvT1T2RT2lnRT1ln，

p4p3p1p2

T1T2pT2ln41p31pT1ln1p2

5-15 ⑴

T11940 KT2660 K1⑵

T2660166%T11940

W0Q1100066%660 kJ

T600W0,maxQ11210001700 kJT20001

WW0,maxW0700660 kJ40 kJm1

5-16

p1V14000.10.445 kgRT10.287313

m2p2V22000.10.238 kgRT20.287293

mTm2T20.4453130.238293T11306 Km1m20.4450.238

Um1cvTT1m2cvTT20pm1m2RT0.4450.2380.2873060.3 MPaV1V20.10.1

Sm1s1m2s2TpTp m1cplnRlnm2cplnRlnT1p1T2p23060.3 0.4451.01ln0.287ln3130.43060.3 0.2381.01ln0.287ln0.0093 kJ/K2930.2

T2T15-17 ⑴

p24002.51000 Kp1

q1cvT2T10.7231000400433.8 kJ/kgq2RT3lnv110.287400ln2.3 kJ/kgv310

⑵

wq1q2433.82.3169.5 kJ/kg

1q22.3139.0%q1433.8

5-18 ⑴

WsmwmRT1T2201

201201.41T2T1298258.2 KmR0.51.40.287

pT2T12p1⑵

12980.41.411.4229.4 K

Wsmwm 34.5 kWRT1T20.287298229.40.51.411.41

n1npT2T12p15-19

13030.11.311.3515.5 K

qn1.31.40.287cvT2T1515.5303n11.311.41 50.8 kJ/kg

s1q50.80.175 kJ/kgKT0290

T2pRln2T1p1

环境熵变：空气熵变：

1.005lns2cpln515.510.287ln0.127 kJ/kgK3030.1

孤立系统熵变：

sisos1s20.1750.1270.048 kJ/kgK

p2T2T1p15-20

w10.280011.411.4505.1 K

RT1T20.2968800505.1218.8 kJ/kg11.41

exu1exu2u1u2p0v2v1T0s2s1RTRT cvT1T2p021p1p2505.1800 218.81000.2968167.6 kJ/kg2001000 排开环境所作的功为作功能力损失（51.2kJ/kg）

n1n1.211.2pT2T12p15-21

w0.28001611.8 K

RT1T20.2968800611.8279.3 kJ/kgn11.21 RT0.2968800v110.237 m3/kgp11000 v2

TppRT2scpln2Rln2lnRln2T1p11T1p1RT20.2968611.80.908 m3/kgp2200 1.40.2968611.80.2ln0.2968ln0.20 kJ/kgK1.418000.1

exu1exu2u1u2p0v2v1T0s2s1RT1T2p0v2v1T0s10.2968 800611.81000.9080.2373000.21.41 132.5 kJ/kg m5-22

p1V12001013.94 kgRT10.287500

QmcpT2T113.941.0056005001400.7 kJscplnT26001.005ln0.1832 kJ/kgKT1500

ExqQT0ms1400.730013.940.1832634.6 kJAnqT0ms30013.940.1832766.1 kJ

RT1T21.40.287500320ws180.74 kJ/kg11.415-23

scplnT2p3200.1Rln21.005ln0.287lnT1p15000.5

0.0134 kJ/kgKexh1exh2h1h2T0s2s1cpT1T2T0s 1.0055003203000.0134184.92 kJ/kg

exws180.7497.7%exh1exh2184.92

15-24 ⑴

T230020167.3%T1100020

t1⑵

T0300170%T11000

LQ1t10000.70.67327 kJ⑶

Q2Q11100010.673327 kJ

1111SQ1Q2T1T1T0T21111 10003270.09 kJ/K9801000300320

LT0Siso3000.0927 kJ

符合！

第六章 习题解答

vuuvpTppTvTpTTvpT 6-1

hhpvpvTTvTpTvTpvT pvRRcpcvTTRTTvbvpp6-2

paRTducvdTTpdvpdvdv2vvbTv6-3 ⑴

积分：

u2u1T11av1v2

h2h1Tds11p2v2p1v1av1v2

⑵

cvRpdTdvdvTvbTv Rlnv2bv1b

2s2s1TpvpcpcvTTTvTvTp⑶

vpTvTpRpTvvb，

pvT

pvT

RT2ap2vTvbv32

TcpcvR2vb2avb21vbRTv3

pRTducvdTTpdvcdTpdvvvbTva cvdT2dvv6-4 dscvcvRpdTdvdTdvTTvbTv

RT2a3vR26-5 dhTdsvdp

hTsp（湿蒸气区T恒定）

hpTvssT T6-6

hppTv0ssvv sv

svp0, 0, 0TpsTpT

6-7

qcvdTTv21RTpdvdvvbTv

v2bv1b

qRTlnvbvRTln6-8

1vvTppTvp11vTvvppTTvvpT

vvTp

pTducvdTTpdvcdTpvdvTv ⑴

vdhcpdTvTdpcpdTvTvdpTp⑵

⑶

cpTcpcvTcvdsdpdvdpdvTpvTvpTvTdscvpdTdvTTv

6-9

2pcvT20cvTTv v与v无关，仅与T有关 6-10

TdscpdTvdp

TdsvcdTpdv

vTsTvvppppTpTT

ppcpTcppvvsvvsvcv

vpvpjpTvspv

qRTlnv2b200.031688.314500lnv1b50.031686-11 5782.7 kJ/kmol

1111ua137.20.6 kJ/kmol520v1v2

wqu5782.720.65762.1 kJ/kmol

p2r112833.4711p1RT1T20.4614273.16258.156-12 1.3072

lnp2p1e1.3072611.2e1.3072165.4 Pa

第七章 水蒸气

7-1当水的温度t=80℃，压力分别为0.01、0.05、0.1、0.5及1MPa时，各处于什么状态并求出该状态下的焓值。

解：查表知道 t=80℃时饱和压力为0.047359MPa。

因此在0.01、0.05、0.1、0.5及1MPa时状态分别为过热、未饱和、未饱和，未饱和、未饱和。焓值分别为29.3kJ/kg，334.9 kJ/kg，335 kJ/kg，335.3 kJ/kg，335.7 kJ/kg。

7－2已知湿蒸汽的压力p=1MPa干度x=0.9。试分别用水蒸气表和h-s图求出hx，vx，ux，sx。

解：查表得：h``＝2777kJ/kg v``＝0.1943m3/kg

u``= h``－pv``=2582.7 kJ/kg s``=6.5847 kJ/(kg.K)

hx＝xh``+(1-x)h`=2575.6 kJ/kg vx＝xv``+(1-x)v`=0.1749 m3/kg ux＝xu``+(1-x)u`=2400 kJ/kg sx＝xs``+(1-x)s`=6.14 kJ/(kg.K)

7-3在V＝60L的容器中装有湿饱和蒸汽，经测定其温度t＝210℃，干饱和蒸汽的含量mv=0.57kg，试求此湿蒸汽的干度、比容及焓值。 解：t＝210℃的饱和汽和饱和水的比容分别为：

h`=762.6 kJ/kg

v`＝0.0011274 m3/kg u`＝h`－pv`=761.47 kJ/kg s`＝2.1382 kJ/(kg.K)

v``＝0.10422m3/kg h``＝2796.4kJ/kg

mvx

v`＝0.0011726 m3/kg

h`=7.8 kJ/kg

m湿饱和蒸汽的质量：

Vxv``(1x)v`m

解之得： x=0.53

比容：vx＝xv``+(1-x)v`=0.0558 m3/kg 焓：hx＝xh``+(1-x)h`=1904kJ/kg

7－4将2kg水盛于容积为0.2m3的抽空了的密闭刚性容器中，然后加热至200℃试求容器中（1）压力；（2）焓；（3）蒸汽的质量和体积。 解：（1）查200℃的饱和参数 h``＝2791.4kJ/kg

h`=852.4 kJ/kg

v``＝0.12714m3/kg v`＝0.0011565m3/kg 饱和压力1.5551MPa。 刚性容器中水的比容：

v0.22＝0.1 m3/kg因此是湿蒸汽。

压力是饱和压力1.5551MPa。 干度：

xvxv`v``v`＝0.78

焓：hx＝xh``+(1-x)h`=23.8kJ/kg 蒸汽的质量和体积： mv=x×m=0.78×2=1.56kg V= mv×v``＝0.19834m3

7-5已知8 m3的湿蒸汽，在p＝0.9 MPa时，其湿度（1－x）＝0.65，求此湿蒸汽的质量与焓。

解：p＝0.9 MPa的饱和参数 h``＝2773kJ/kg

h`=742.6 kJ/kg

v``＝0.21484m3/kg v`＝0.0011213m3/kg 湿蒸汽的质量：

vxv``(1x)v`0.0759 m3/kg

mVv＝105.4kg

焓：h=mhx＝x(h``+(1-x)h`)=105.4×1453.24kJ =1.53×103 kJ

7-6有一台采暖锅炉，每小时能生产压力p＝1 MPa（绝对）、x＝0.95的蒸汽1500kg。当蒸汽的流速c≮25m/s时，管道中的压力损失可以不计，求输汽管的内径最小应多大？

解：p＝1 MPa、x＝0.95的比容 查表饱和参数v``＝0.1943m3/kg vxv``(1x)v`0.184 m3/kg 蒸汽体积流量：

vv`＝0.0011274m3/kg

mv3600＝0.077m3/s

输汽管的半径最小为 内径：0.0626m

rvc＝0.0313m

7-7某空调系统采用p＝0.3 MPa、x＝0.94的湿蒸汽来加热空气。暖风机空气的流量为每小时4000标准m3，空气通过暖风机（从0℃）被加热到120℃。设蒸汽流过暖风机后全部变为p＝0.3 MPa的凝结水。求每小时需要多少千克蒸汽（视空气的比热为定值）。 解：空气吸收的热量：

pV11054000qmcptcpt1.01120RT287273＝619000kJ/h

p＝0.3 MPa的饱和参数： h``＝2725.5kJ/kg

h`=561.4 kJ/kg

p＝0.3 MPa、x＝0.94蒸汽的焓 hx＝xh``+(1-x)h`=2595.7kJ/kg 需要蒸汽

msqhh`304.28 kg /h

法二：

湿蒸汽中起加热作用的仅为干饱和蒸汽

4000*1.293*1.005*120m0.94*(2725.5561.4)＝306.6 kg /h

7-8气缸中盛有0.5kg、t＝120℃的干饱和蒸汽，在定容下冷却至80℃。求此冷却过程中蒸汽放出的热量。 解：t＝120℃的干饱和蒸汽参数： v``＝0.202m3/kg h``＝2706.6kJ/kg

p1=0.198MPa

xm(h``h`)macpt容积：V=mv``=0.44601 m3 t＝80℃的饱和蒸汽参数 v`＝0. 0010292m3/kg h``＝23.8kJ/kg 比容：干度：

vxx v``＝3.4104m3/kg

h`=334.92 kJ/kg p2=0.047359MPa

V0.44601m0.5＝0.202 m3/kg

vxv`v``v`＝0.26

焓：hx＝xh``+(1-x)h`=935.2kJ/kg

放出的热量：q=m(h``120-hx-vx(p2-p1))=817 kJ

7－9有一刚性容器，用一薄板将它分隔为A、B两部分。在A中盛有1kg、压力pA＝0.5 MPa的干饱和蒸汽，B中盛有2kg pB＝1 MPa，x＝0.80的湿蒸汽。当隔板抽去后，经过一段时间容器中的压力稳定在p3＝0.7 MPa。求（1）容器的总容积及终了时蒸汽的干度；（2）由蒸汽传给环境的热量。 解：（1）容器的总容积 pA＝0.5 MPa的干饱和蒸汽参数 v``＝0.37481m3/kg

h``＝2748.5kJ/kg

uA＝2561.1kJ/kg

A占容积：VA=mAv``=0.37481 m3 pB＝1 MPa的饱和蒸汽参数 v``＝0.1943m3/kg h``＝2777kJ/kg

v`＝0.0011274m3/kg h`＝762.6kJ/kg

vB=xv``+(1-x)v`=0.155 m3/kg hB＝xh``+(1-x)h`=2374kJ/kg uB＝2219kJ/kg

B占容积：VA=mBv=0.31 m3 总容积:V=VA+VB=0.685 m3 0.7MPa的饱和蒸汽参数

v``＝0.27274m3/kg v`＝0.0011082m3/kg h``＝2762.9kJ/kg 蒸汽比容：蒸汽干度：

vx h`＝697.1kJ/kg

Vm0.228 m3/kg vxv`v``v`＝0.84

（2）由蒸汽传给环境的热量

终了时的焓：hx＝xh``+(1-x)h`=2502kJ/kg ux＝2342.4kJ/kg

qmAuAmBuB(mAmB)ux＝-193.7 kJ

7－10将1kgp1=0.6MPa，t1=200℃的蒸汽在定压条件下加热到t2=300℃，求此定压加热过程加入的热量和内能的变化量。若将此蒸汽再送入某容器中绝热膨胀至p3=0.1MPa，求此膨胀过程所作的功量。 解：查表p1=0.6MPa，t1=200℃ h1=2850kJ/kg h2=3061kJ/kg

v1=0.352 m3/kg （u1=2639 kJ/kg）

v2=0.4344 m3/kg

查表p2=0.6MPa，t2=300℃

s2=7.372 kJ/(kg.K) （u2=2801 kJ/kg） 查表p3=0.1MPa，s=7.372 h3=2680kJ/kg

v3=1.706 m3/kg

（u3=2509 kJ/kg）

定压过程加入的热量和内能变化量 q=h2-h1=211kJ/kg

uhpv2110.6106(0.43440.352)=162 kJ/kg

绝热膨胀过程所作的功量

wuh2h3(p2v2p3v3)＝292 kJ/kg

7-11汽轮机进汽参数为：p1=3MPa，t1=450℃，蒸汽在汽轮机中绝热膨胀到p2=5kPa后排入冷凝器。求：（1）可逆绝热膨胀时蒸汽的终参数及汽轮机所作的功；（2）若蒸汽在汽轮机中为不可逆绝热膨胀，引起的熵产为0.25kJ/(kg.K)，则汽轮机作的功将为多少？

解：查表p1=3MPa，t1=450℃的参数 h1=3344kJ/kg

s1=7.083 kJ/(kg.K)

则绝热膨胀到p2=5kPa，s2=7.083 kJ/(kg.K) 时蒸汽的终参数 t2=32.88℃

wthh2=2160kJ/kg v2=23.52 m3/kg

汽轮机所作的功

1184 kJ/kg

（2）不可逆绝热膨胀后的熵为 s3=7.083 +0.25＝7.333kJ/(kg.K)

p3=5kPa蒸汽的终参数：h3=2236kJ/kg 汽轮机所作的功

7-12有一台工业锅炉，每小时能生产压力p1=1.4MPa，t1=300℃的过热蒸汽10t。已知给水的温度25℃；从锅筒引出的湿蒸汽的干度x＝0.96；湿蒸汽在过热蒸汽中再加热至300℃；煤的发热值为29400kJ/kg。试求（1）若锅炉的耗煤量B＝

wth1108 kJ/kg

1430kg/h，求锅炉效率；（2）湿蒸汽在过热器中所吸收的热量及内能的变化量。 解：（1）煤的总发热量Q14302940042.042MkJ/h p1=1.4MPa，t1=300℃的过热蒸汽的参数： h1=3040kJ/kg

v1＝0.1823m3/kg

取水为定值比热，其的焓值：h0＝25×4.1868＝104 kJ/kg 单位蒸汽吸热量：q=h1-h0=2936 kJ/kg 总吸热量：Q2mq29.36 MkJ/h

锅炉效率：

Q2Q69.84％

（2）湿蒸汽的参数 v2＝0.136 m3/kg h2＝2708kJ/kg 定压过程吸收的热量 q=m(h1-hx)= 3.32MkJ 内能的变化:

um(hpv)=2.65MkJ

7-13有一废热锅炉，进入该锅炉的烟气温度为ty1=600℃排烟温度为ty2=200℃。此锅炉每小时可产生ts=100℃的干饱和蒸汽200kg，锅炉进水温度为20℃，锅炉效率为60％。（1）求每小时通过的烟气量；（2）试将锅炉中烟气的放热过程与蒸汽的吸热过程定性的表示在同一t-s图上。 解：ts=100℃的干饱和蒸汽的焓：h=2676.3kJ/kg 20℃水的焓：h0=20*4.186=83.7 kJ/kg

水的吸热量：q1=200*(2676.3-83.7)=518520kJ/h 烟气的放热量：

q10.6q=8200 kJ/h

烟气量：

myvq8200ct1.01400＝2139kg/h

RT287*673p100000=1.93m3/kg mvV=y4128 m3/h

7-14湿蒸汽进入干度计前的压力p1=1.5MPa，经节流后的压力p2=0.2MPa，温度

t2=130℃。试用焓熵图确定湿蒸汽的干度。 解：节流前后焓不变 查h-s图得：x=0.97

第八章 湿空气

8-1 温度t20℃，压力p0.1MPa，相对湿度70％的湿空气2.5m3。求该湿空气的含湿量、水蒸气分压力、露点、水蒸气密度、干空气质量、湿空气气体常数。如该湿空气在压力不变的情况下，被冷却为10℃的饱和空气，求析出的水量。

解：（1）水蒸气分压力：

根据t20℃，查水蒸气表得对应的饱和压力为

pvps0.70.0023368ps0.0023368 MPa

0.00163576 MPa

＝10.34g/kg(a)

d622含湿量：

pvps622BpvBpspv露点：查水蒸气表，当

t14.35℃

3v81.03m/kg

0.00163576 MPa时，饱和温度即露点

水蒸气密度：

10.01234kg/m3 vpaV(1051635.76)2.5maRT287293a干空气质量：2.92㎏ 求湿空气质量

mma(10.001d)2.95㎏

R湿空气气体常数：

287p10.378v510288.8J/(kgK)

ps查在t10℃，查水蒸气表得对应的饱和压力为

pvps1.228 kPa

d2622含湿量：析出水量：

pvBpv＝7.73g/kg(a)

＝7.62g

mwma(d2d)8-2 温度t25℃，压力p0.1MPa，相对湿度50％的湿空气10000kg 。求该湿空气的露点、绝对湿度、含湿量、湿空气密度、干空气密度、湿空气容积。 解：水蒸气分压力：

根据t25℃，查水蒸气表得对应的饱和压力为

pvpsps3.169kPa

0.5×3.169=1.58kPa

pv露点：查水蒸气表，当t 13.8℃

''1.58kPa时，饱和温度即露点

3t25℃,vs＝43.36m/kg

绝对湿度：

vs/vs''3kg/m＝0.0115

d622含湿量：

vpvps622BpvBps＝9.985g/kg(a)

RaT287298(10.001606d)(10.0016069.985)5p10

湿空气密度：

3m/kg ＝0.867

10.001d3kg/mv1.16 11a3vvkg/ma干空气密度：1.15

湿空气容积：

8-3查表题

Vmavmv10.001d8600 m3

8－4 压力B为101325Pa的湿空气，在温度t1＝5℃，相对湿度1＝60％的状态下进入加热器，在t2＝20℃离开加热器。进入加热器的湿空气容积为V1＝10000 m3。求加热量及离开加热器时湿空气的相对湿度。 解：查饱和空气状态参数

t1＝5℃，ps,1＝872Pa t2＝20℃，ps,2＝2.337kPa 分别计算状态参数：

t1＝5℃， 1＝60％时

pv1

＝872×60％＝523.2 Pa

d1622pv1Bpv13.2g/kg(a)

h11.01t10.001d1(25011.85t1)13.08kJ/kg(a)

在加热器中是等湿过程：d2d13.2g/kg(a)

h21.01t20.001d2(25011.85t2)28.32 kJ/kg(a)

查图得湿空气相对湿度：

2＝23％

干空气的质量：

mapaV(101325523.2)10000RaT28727812634kg

加热量：

qma(h2h1)12634(28.3213.08)1.9×105kJ

8－5 有两股湿空气进行绝热混合，已知第一股气流的V1＝15m3/min，t1＝

20℃，1＝30％；第二股气流的V2＝20m3/min，t2＝35℃，2＝80％。如两

股气流的压力均为1013×102Pa，试分别用图解法及计算法求混合后的焓、含湿量、温度、相对湿度。 解：图解法略。 计算法：

查饱和空气状态参数

t1＝20℃，ps,1＝2.337kPa，h1= 31.14kJ/kg(a)

t2＝35℃，ps,2＝5.622kPa，h2=109.4 kJ/kg(a)

1ps1B1ps14.37g/kg(a) 2ps2d2622B2ps228.9g/kg(a)

d1622ma1ma2pa1V(1013002337)15RaT28729317.65 kg 21.75 kg

pa2V(1013005322)20RaT287308焓：

hcma1h1ma2h2ma1ma2＝74.34 kJ/kg(a)

dcma1d1ma2d2ma1ma2=17.9 g/kg(a)

tc查图得：28.5℃

c

＝73％

8-6已知湿空气的h60kJ/kg(a) ，t=25℃，试用B＝0.1013MPa的焓湿图，确定该湿空气的露点、湿球温度、相对湿度、水蒸气分压力。 解：露点19℃ 湿球温度20.8℃ 相对湿度69％

ps3.167kPa

pvps水蒸气分压力

＝2185Pa

8-7 在容积V＝60℃的房间内，空气的温度和相对湿度分别为21℃及70％。问空气的总质量及焓kg值各为多少？设当地大气压为B＝0.1013MPa。 解：空气21℃对应的饱和压力：水蒸气的分压力：

pvpsps2.485kPa

＝1.7295 kPa

温度21℃和相对湿度分别为70％的空气焓：48.77kJ/kg(a)

mapaV(1013001729.5)60RaT287294干空气的质量：70.8kg

d622空气的含湿量： 空气的总质量：空气的焓值：

pvBpv10.8g/kg(a)

＝71.5 kg

mma(10.001d)mah70.8×48.77＝3452.9 kJ

8-8将温度t1＝15℃，1＝60％的空气200m3加热到t2＝35℃，然后送入到干燥器。空气在干燥器总与外界绝热的情况下吸收物料总的水份，离开干燥器的相对湿度增至3＝90％。设当地大气压力B＝0.1013MPa。试求(1)空气在加热器中的吸热量；（2）空气在干燥器中吸收的水份。 解：查表

t1＝15℃，ps1＝1.704 kPa t2＝35℃，ps,2＝5.622kPa 计算状态参数：

t1＝15℃，1＝60％时

pv11ps1＝1.02 kPa

d1622pv1Bpv16.33g/kg(a)

h11.01t10.001d1(25011.85t1)31.15kJ/kg(a)

在加热器中是等湿过程：d2d16.3g/kg(a) h21.01t20.001d2(25011.85t2)51.5 kJ/kg(a) 查图得湿空气相对湿度：

2＝18％

干空气的质量：

mapaV(1013001020)200RaT287288242.6kg

加热量：

qma(h2h1)4937.8kJ

干燥器中是绝热过程h3=h2=51.5 kJ/kg(a) 由3＝90％查表得d3＝12.g/kg(a) 吸收的水份：

mwma(d3d2)＝1538.4g

8-9某空调系统每小时需要tc＝21℃，c＝60％的湿空气12000m3。已知新空气的温度t1＝5℃，1＝80％，循环空气的温度t2＝25℃，2＝70％。新空气与循环空气混合后送入空调系统。设当时的大气压力为0.1013MPa。试求（1）需预先将新空气加热到多少度？（2）新空气与循环空气的流量各为多少（kg/h）？ 解：已知：t1＝5℃，1＝80％， t2＝25℃，2＝70％ 查h-d图可得： h1=15.86 kJ/kg(a) d1=4.32g/kg(a) ，

h2=60.63 kJ/kg(a) d2=13.93 g/kg(a)

求tc＝21℃，c＝60％的水蒸气分压力 hc＝44.76 kJ/kg(a)，dc=9.3g/kg(a)，

maps1

＝2.485kPa，

pv1

＝1.49kPa，

求干空气质量：

ma1paV(1013001490)12000RaT28729414195kg/h

根据混合空气的焓和含湿量计算公式可得： 6839 kg/h

ma2 7356 kg/h h=27.7 kJ/kg(a)

根据d=d1=4.32 g/kg(a)查图得 t=17℃

8-10为满足某车间对空气温度及相对湿度的要求，需将t1＝10℃，1＝30％的空气加热加湿后再送入车间，设加热后空气的温度t2＝21℃，处理空气的热湿比

＝3500。试求空气终了时的状态参数d2、h2、2。 解：由t1＝10℃，1＝30％，＝3500查图得： h2＝56 kJ/kg(a)，d2=13.5g/kg(a)，2＝85％

8-11某空调系统每小时需要t2＝21℃，2＝60％的湿空气若干（其中干空气质量

ma4500 kg/h）。现将室外温度t1＝35℃，1＝70％的空气经处理后达到上

述要求。（1）求在处理过程中所除去的水分及放热量；（2）如将35℃的纯干空气4500 kg冷却到21℃，应放出多少热量。设大气压力B＝101325Pa。 解：（1）查h-d图

t2＝21℃，2＝60％

t1＝35℃，1＝70％得 h1=99.78 h2=44.76

kJ/kg(a) kJ/kg(a)

d1=25.17 g/kg(a) d2=9.3 g/kg(a)

=71.4 kg/h

处理过程除去的水分放热量：

mwma(d1d2)qma(h1h2)＝247.6 kJ/h

（2）将35℃的纯干空气4500 kg冷却到21℃，放出热量

qmacp(t1t2)＝63630kJ

8－12已知湿空气的温度t＝18℃，露点td＝8℃,试求相对湿度、绝对湿度及含湿量。如将上述湿空气加热至40℃，其相对湿度、绝对湿度有何变化？如将其冷却至饱和状态，求其相对湿度与绝对湿度。当时大气压力为0.1013MPa。 解：(1)查图得：

vs152％ ＝65.08m3/kg

v11sd16221vs＝0.008kg/m3

pv1Bpv16.7g/kg(a)

(2) 相对湿度2=14％

vs ＝19.5m3/kg

v22s绝对湿度饱和温度为8℃

vs2vs＝0.0072kg/m3

(3) 冷却至饱和状态3=100％

＝120.9m3/kg

绝对湿度

s＝0.00827kg/m3

8-13冷却塔中水的温度由38℃被冷却至23℃，水流量100×103kg/h。从塔底进入的湿空气参数为温度15℃，相对湿度50％,塔顶排出的是温度为30℃的饱和空气。求需要送入冷却塔的湿空气质量流量和蒸发的水量。若欲将热水（38℃）冷却到进口空气的湿球温度，其他参数不变，则送入的湿空气质量流量又为多少？设大气压力B＝101325Pa。 解：查h-d图

t1＝15℃，1＝50％

t2＝30℃，2＝100％得 h1=28.45 kJ/kg(a) h2=99.75kJ/kg(a)

d1=5.28 g/kg(a) d2=27.2 g/kg(a)

由t3＝38℃和t4＝23℃，取水的平均定压比热水的焓值：

hw3hw4cpm＝4.1868kJ/(kg.K)

＝159.1 kJ/kg ＝96.3 kJ/kg

mw3(hw3hw4)(h2h1)hw4(d2d1)103＝90.7×103kg(a)/h

干空气的质量：

ma送入湿空气的质量

mma(10.001d1)＝91.2×103kg/h

蒸发的水量

mwma(d2d1)103＝1988 kg/h

hw4

（2）查图湿球温度为9.7℃，

ma＝40.6kJ/kg

mw3(hw3hw4)(h2h1)hw4(d2d1)103＝168.3×103kg(a)/h

送入湿空气的质量

mma(10.001d1)＝169.2×103kg/h

8－14某厂房产生余热16500kJ/h，热湿比＝7000。为保持室内温度t2＝27℃及相对湿度2＝40％的要求，向厂房送入湿空气的温度t1＝19℃，求每小时的送风量为多少千克及厂房的产湿量。大气压力B＝101325Pa。 解：厂房的余湿：查图得h2=49.84 送干空气量送风量

d1000h1000165007000＝2.357kg/h

kJ/kg ,h1=35 kJ/kg，d1=6.3 g/kg(a)

maQh2h11112 kg/h

＝1.12×103kg/h

mma(10.001d1)第九章 气体和蒸汽的流动

9-1压力为0.1MPa，温度为20℃的空气，分别以100、300、500及1000m/s的速度流动，当被可逆绝热滞止后，问滞止温度及滞止压力各多少？ 解：h1=

cpT1=1.01×293=296kJ/kg

c2h0=h1+2

当c=100m/s时：

h0=301 kJ/kg，T0＝当c=300m/s时：

h0cpTp0p1(0)k1T1＝298K，＝0.106 MPa

kh0=341 kJ/kg，T0＝337.6K，p0= 0.158MPa 当c=500m/s时：

h0=421 kJ/kg，T0＝416.8K，p0= 0.33MPa 当c=1000m/s时：

h0=796 kJ/kg，T0＝788.1K，p0= 0.308MPa

1kg/s的空气在喷管内作定熵流动，9-2质量流量m在截面1-1处测得参数值p1= 0.3MPa，t1＝200℃，c1=20m/s。在截面2-2处测得参数值p2＝0.2MPa。求2-2截面处的喷管截面积。 解：

pcp10.5280.30.1584>0.2 MPa

采用渐缩喷管。 c1=20m/s较小忽略。

因此2-2截面处是临界点

p2T2T1()p1v2k1k421K

RT2P20.6m3/kg

c2f22kRT1p2[1()k1p1k1k]323m/s

v2mc20.00185m3

9-3渐缩喷管进口空气的压力p1= 2.53MPa，t1＝80℃，c1=50m/s。喷管背压pb= 1.5MPa。求喷管出口的气流速度c2，状态参数v2、t2。如喷管出口截面积f2=1cm2，求质量流量。 解:

pcp10.5282.53=1.33<1.5 MPa

没有到临界。 滞止温度：

c12T0T12cp＝3.24K

kT0p0p1()k1T1滞止压力：＝2.56 MPa

c22kRT0p2[1()k1p0k1kk1k]317.5 m/s

p2T2T1()p1v2＝304K

RT2P20.058 m3/kg f2c2mv20.55 m3/s

9-4如上题喷管背压pb= 0.1MPa。求喷管出口的气流速度及质量流量？ 解：

pcp10.5282.53=1.33 MPa >pb

所以渐缩喷管进口截面压力p2＝pc＝1.33 MPa 由定熵过程方程可得：（按c1＝0处理）

p2T2T1()p1k1k＝294K

c2＝a＝KRT2＝344 m/s

v2RT2P20.0634 m3/kg f2c2mv20.3 m3/s

9-5空气流经喷管作定熵流动，已知进口截面上空气参数p1= 0.7MPa，t1＝947℃，c1=0m/s。喷管出口处的压力p2分别为0.5 MPa及0.12 MPa，质量流量均为0.5kg/s。试选择喷管类型，计算喷管出口截面处的流速及出口截面积。 m解：（1）p2＝0.5MPa

pcp10.5280.7=0.37 MPa 未到临界，选用渐缩喷管。

p2T2T1()p1c2k1k＝1108K

2kR[T1T2]k1474 m/s RT2v2P20.636 m3/kg

f2v2mc26.7cm2

（2）p2＝0.12MPa

pcp10.5280.7=0.37 MPa>pb

选缩放喷管。

p2T2T1()p1c2k1k＝737K

2kR[T1T2]k1985 m/s RT2v2P21.76 m3/kg

f2

v2mc28.9cm2

9-6空气流经一断面为0.1m2的等截面通道，在截面1-1处测得c1=100m/s，p1=

0.15MPa，t1＝100℃；在截面2-2处，测得 c2=171.4m/s，p2＝0.14MPa。若流动无摩擦损失，求（1）质量流量；（2）截面2-2处的空气温度；（3）截面1-1与截面2-2之间的传热量。 解：（1）质量流量

v1mRT1P10.71 m3/kg fc1v114.08 kg /s

（2）

T2v2fc20.1171.4m14.08＝1.22 m3/kg

p2v2R595K qmcpt（3）

3141kJ/s

9-7有p1= 0.18MPa，t1＝300℃的氧气通过渐缩喷管，已知背压pb= 0.1MPa。喷管出口直径d2=10mm。如不考虑进口流速的影响，求氧气通过喷管的出口流速及质量流量。 解： p2＝0.1 MPa

pcp10.5280.18=0.1 MPa =pb

出口为临界流速

cc2kRT1k1416.7 m/s

k1k质量流量

p2T2T1()p1v2＝484K

RT2P21.26 m3/kg fcmv20.026 kg /s

1.5kg/s。9－8空气通过一喷管，进口压力p1= 0.5MPa，t1＝600K，质量流量为m如该喷管的出口处压力为p2= 0.1MPa，问应采用什么型式的喷管？如不考虑进口流速影响，求定熵膨胀过程中喷管出口气流流速及出口截面积。如为不可逆绝热流动，喷管效率η＝0.95，则喷管气体出口速度及出口截面积各为多少？ 解：

pcp10.5280.5=0.2 MPa >p2

所以应采用缩放喷管。 (1)出口流速：

p2()p1k1k0.6314

k1kp2T2T1()p1＝378.8K

v2c2RT2P21.09 m3/kg

2kRT1p2[1()k1p1k1k]667m/s

fmv2c2＝24.5cm2

'c(2)2c2650 m/s

T2'T1(T1T2)390 K

RT2'vP21.12 m3/kg

'2mv'2f'c2＝25.8cm2

9-9某燃气p1= 1MPa，t1＝1000K，流经渐缩渐扩喷管。已知喷管出口截面上的压力p2=0. 1MPa，进口流速c1＝200m/s，喷管效率η＝0.95，燃气的质量流量50kg/s，燃气的比热k＝1.36，定压质量比热cp＝1kJ/(kg.K)。求喷管的喉部m截面积和出口截面积。 解：进口流速c1＝200m/s

c12220 kJ/kg远小于燃气的进口焓cpT1＝1000 kJ/kg

忽略。 出口流速：

p2()p1k1k0.36

k1kp2T2T1()p1＝3.6K

955m/s

c244.72cp(T1T2)'c2c2931 m/s

T2'T1(T1T2)566 K

R'2k1cpk＝2.7 kJ/(kg.K)

RT2'vP21.5 m3/kg 出口截面积

mv'2f'c2＝805cm2

(2)喉部流速：

pcp10.535 MPa

TcT1k1k＝847.4K 552m/s

cckRTc)vcRTcPc0.4193 m3/kg

喉部截面积

mv'cf'cc＝380cm2

9-10水蒸气压力p1= 0.1MPa，t1＝120℃以500m/s的速度流动，求其滞止焓、滞止温度和滞止压力。

解：p1= 0.1MPa，t1＝120℃时水蒸气焓 h1=2716.8 kJ/kg，s1=7.4681 kJ/(kg.K) 滞止焓

h0= h1+c2/2=2841.8 kJ/kg 查表得 p0=0.19 MPa t0=185.7℃

9-11水蒸气的初参数p1= 2MPa，t1＝300℃，经过缩放喷管流入背压pb= 0.1MPa的环境中，喷管喉部截面积20cm2。求临界流速、出口速度、质量流量及出口截面积。

解：h1=3023 kJ/kg，s1=6.765 kJ/(kg.K) pc= 0.6×2=1.092 MPa

hc=2881 kJ/kg，vc=2.0 m3/kg h2=24 kJ/kg，v2=1.53 m3/kg cc=

44.72h1hc532.9 m/s

c2=44.72h1h21066.7 m/s 质量流量

mf2fminccvc0.533 kg /s mv2c2＝76.4cm2

9-12解：h1=3231 kJ/kg， 节流后s=7.203 kJ/(kg.K) h2=3148 kJ/kg，v2=0.2335 m3/kg pb/p>0.6 渐缩喷管

c2=44.72h1h2407.4 m/s

mfc2v20.35 kg /s

9-13解：查表得 h2=2736 kJ/kg

由p1= 2MPa等焓过程查表得 x1＝0.97 t1=212.4℃

t2t1130212.4p2p1(0.12)103.4K/MPa

j9-14解:查表得：h1=3222 kJ/kg h2=3066 kJ/kg

c2=44.72h1h2558.6 m/s

'c2c2

＝519 m/s

动能损失：

2c2(1)221 kJ/kg

29-15解：

scvlnvT2Rln2T1v10.199 kJ/(kg.K)

（理想气体的绝热节流过程温度相等）

用损

exh1h2T0(s1s2)T0s＝59.7 kJ/kg

得

9-16解：由

T2T1(2cpT1c12/2cpT2c2/2p2k/(k1))2c12cp(T2T1)c2/2p1355K ＝337m/s

第十章 动力循环

10-1蒸汽朗肯循环的初参数为16.5MPa、550℃，试计算在不同背压p2=4、6、8、10及12kPa

时的热效率。

解：朗肯循环的热效率

th1h2

h1h3h1为主蒸汽参数由初参数16.5MPa、550℃定 查表得：h1=3433kJ/kg s1=6.461kJ/(kg.K) h2由背压和s1定 查h-s图得：

p2=4、6、8、10、12kPa时分别为

h2=1946、19、2020、2045、2066 kJ/kg h3是背压对应的饱和水的焓 查表得。

p2=4、6、8、10、12kPa时饱和水分别为

h3=121.41、151.5、173.87、191.84、205.29 kJ/kg 故热效率分别为：

44.9％、44％、43.35％、42.8%、42.35％

10-2某朗肯循环的蒸汽参数为：t1＝500℃、p2＝1kPa，试计算当p1分别为4、9、14MPa时；（1）初态焓值及循环加热量；（2）凝结水泵消耗功量及进出口水的温差；（3）汽轮机作功量及循环净功；（4）汽轮机的排汽干度；（5）循环热效率。 解：（1）当t1＝500℃，p1分别为4、9、14MPa时初焓值分别为： h1=3445、3386、3323 kJ/kg

熵为s1=7.09、6.658、6.39 kJ/(kg.K)

p2＝1kPa(s2=s1)对应的排汽焓h2：1986、1865、1790 kJ/kg 3点的温度对应于2点的饱和温度t3=6.98℃、焓为29.33 kJ/kg s3=0.106 kJ/(kg.K)

3`点压力等于p1，s3`=s3， t3`=6.9986、7.047、7.072℃

则焓h3`分别为：33.33、38.4、43.2 kJ/kg

循环加热量分别为：q1=h1-h3`=3411、3347、3279.8 kJ/kg （2）凝结水泵消耗功量： h3`-h3 进出口水的温差t3`-t3 （3）汽轮机作功量h1-h2 循环净功w0h1-h2-( h3`-h3)

（4）汽轮机的排汽干度

s2=s1=7.09、6.658、6.39 kJ/(kg.K)

p2＝1kPa对应的排汽干度0.79、0.74、0.71 （5）循环热效率初焓值h1 排汽焓焓h2 h3` w0＝ q1焓h3 循环加热量q1=h1-h3` 凝结水泵消耗功量h3`-h3 进出口水的温差t3`-t3 0.0186 0.067 0.092 汽轮机作功量h1-h2 循环净功循环热效率（％） 42.78 45.17 46.74 w0 3445 1986 3386 1865 3323 1790 33.33 29.33 3411 38.4 43.2 29.33 3347 29.33 3279.8 4 9.07 13.87 1459 1521 1533 1455 1512 1519

10-3一理想朗肯循环，以水作为工质，在循环最高压力为14MPa、循环最高温度0℃和循环最低压力7 kPa下运行。若忽略泵功，试求：（1）平均加热温度；（2）平均放热温度；（3）利用平均加热温度和平均放热温度计算循环热效率。 解：1点焓和熵分别为：3433kJ/kg、6.529 kJ/(kg.K) 2点焓和熵分别为：2027kJ/kg、6.529 kJ/(kg.K) 3点焓和熵分别查饱和压力下的饱和水表为： 163.38kJ/kg、0.5591 kJ/(kg.K) （1） 平均加热温度

thh1h37.7K

s1s3平均放热温度

（2）

tch2h3312.17K

s2s3循环热效率

（3）

1tc43％ th

10-4一理想再热循环，用水作为工质，在汽轮机入口处蒸汽的状态为14 MPa、0℃，再热状态为3 MPa、0℃和排汽压力7 kPa下运行。如忽略泵功，试求：（1）平均加热温度；（2）平均放热温度；（3）利用平均加热温度和平均放热温度计算循环热效率。 解：1点焓和熵分别为：3433kJ/kg、6.529 kJ/(kg.K) 3点焓和熵分别查饱和压力下的饱和水表为： 163.38kJ/kg、0.5591 kJ/(kg.K)

再热入口焓B：压力为3 MPa，熵为6.529 kJ/(kg.K)，

hB=2988 kJ/kg

再热出口焓A：hA=37 kJ/kg，sA=7.347 kJ/(kg.K) 2点焓和熵分别为：2282kJ/kg、7.347 kJ/(kg.K)

（4） 平均加热温度

thh1h3(hAhB)5K

sAs3平均放热温度

（5）

tch2h3312K

s2s3循环热效率

（6）

1tc44.7％ th

10-5某回热循环，新汽压力为10 MPa，温度为400℃，凝汽压力50kPa，凝结水在混合式回热器中被2 MPa的抽汽加热到抽汽压力下的饱和温度后经给水泵回到锅炉。不考虑水泵消耗的功及其他损失，计算循环热效率及每千克工质的轴功。 解：1点焓和熵分别为：h1=3096kJ/kg、s1=6.211 kJ/(kg.K) 排汽2点焓为：h2=2155kJ/kg

3点焓和熵分别查饱和压力下的饱和水表为：h3=340.57kJ/kg 抽汽点4的焓（查2 MPa和s4=s1）：h4=2736 kJ/kg 2 MPa对应的饱和温度212.37℃，h5=908.6 kJ/kg 求抽汽率

h5h3908.6340.57＝0.237 h4h32736340.57循环功量：

w0h1h4(1)(h4h2)794 kJ/kg

热效率：w0w036.2％ q1h1h5

10-6 某厂的热电站功率12MW，使用背压式汽轮机p1＝3.5MPa ，t1＝435℃、p2＝0.8 MPa，排汽全部用于供热。假设煤的发热值为20000kJ/kg，计算电厂的循环热效率及耗煤量。设锅炉效率为85％。如果热、电分开生产，电能由p2＝7kPa的凝汽式汽轮机生产，热能（0.8 MPa的230℃的蒸汽）由单独的锅炉供应，其他条件相同，试比较耗煤量。设锅炉效率同上。 解：1点的焓h1=3303 kJ/kg、s1= 6.957kJ/(kg.K) 排汽点焓（s2=s1）h2=2908 kJ/kg

锅炉进口水焓（0.8 MPa对应的饱和水焓）h3=720.9 kJ/kg 热效率：总耗煤量：

h1h2＝15.3％

h1h3P12106＝4.61kg/s=16.6t/h m732100.850.15320000100.85有15.3％的热能发电，发电煤耗为：

m1=m=0.705 kg/s＝2. t/h

p2＝7kPa对应的排汽焓和锅炉进口水焓： h2=2161 kJ/kg h3=163.38 kJ/kg 电的耗煤量：

Pm12000010.85P12106＝1.96 kg/s＝7.06 h1h20.36200000.85200000.85h1h3t/h

供热煤耗量相同14.06 t/h。

总煤耗：m=7.06+14.06=21.12 t/h

10-7小型供热、供电联合电站，进入汽轮机新蒸汽的压力为1 MPa、温度为200℃，汽轮机供热抽汽压力为0.3 MPa，抽汽通过热交换器后变成0.3 MPa的饱和液体，返回动力循环系统。汽轮机乏汽压力为40kPa。汽轮机需要输出1MW的总功率，而热交换器要求提供500kW的供热率。设汽轮机两段（即抽汽前后）的相对内效率都为0.8。试计算进入汽轮机的总蒸汽量和进入热交换器的抽汽量。

解：0.3 MPa的饱和液体、饱和汽、汽化潜热的焓：

561.4 kJ/kg，2725.5 kJ/kg、2181.8 kJ/kg 进入热交换器的抽汽量：m1500＝0.23kg/s

2181.8新汽焓h1=2827 kJ/kg，s1=6.693 kJ/(kg.K) 排汽焓(s2=s1)h2=2295 kJ/kg 抽汽焓(s3=s1)h3=2604 kJ/kg

1103/0.8m1(h1h3)乏汽量：m2＝2.25 kg/s

h1h2总蒸汽量：m=m1+m2=2.48 kg/s

10-8奥托循环压缩比＝8，压缩冲程初始温度为27℃，初始压力为97kPa，燃料燃烧当中对工质的传热量为700 kJ/kg，求循环中的最高压力、最高温度、循环的轴功及热效率。设工质k=1.41，cv＝0.73 kJ/(kg.K)。 解：热效率

1轴功：

1k157.4％

wq401.5kW

T2T1k1＝703.7K

最高温度

T3T2q＝1662.6K cvp2p1k1.82MPa

最高压力（定容）

p3p2T34.3MPa T2

10-9狄塞尔循环压缩比＝15，压缩冲程初始压力为105kPa，初始温度为20℃，循环吸热量为1600 kJ/kg，设工质k=1.41，cp＝1.02kJ/(kg.K)。求循环中各点压力、温度、热效率。 解：2点的压力和温度：

T2T1k1＝8K

p2p1k4.78 MPa

3点压力和温度： p3=p2 T3qT22458K cp4点的压力和温度：

v4v1v1T2＝5.4 v3v3T3T3v2T2v3p4p3()k0.443 MPa

v4p4T4T3()p3k1k＝1231K

k1v3T4热效率： ＝52％ 4.2 1k1v2T1k(1)10－10燃气轮机进气参数为p1＝0.1MPa、t1＝17℃、＝8，工质定压吸热终了温度t3＝600℃，设k=1.41，cp＝1.02kJ/(kg.K)。求循环热效率、压气机消耗的功及燃气轮机装置的轴功。

解：循环热效率

11(k1)/k=45.3%

p2=p1=0.8 MPa T2T1(k1)/k＝530K

压气机消耗的功：wch2h1cp(T2T1)245 kJ/kg

T4T3(k1)/k＝478K

燃气轮机作功：w1cp(T3T4)403 kJ/kg

燃气轮机装置的轴功ww1wc158 kJ/kg q1cp(T3T2)350 kJ/kg



w4 q1第十一章 制冷循环

11-1空气压缩致冷装置致冷系数为2.5，致冷量为84600kJ/h，压缩机吸入空气的压力为0.1MPa，温度为-10℃，空气进入膨胀机的温度为20℃，试求：压缩机出口压力；致冷剂的质量流量；压缩机的功率；循环的净功率。 解：压缩机出口压力

(1p2(k1)/k)1p1 故：p2p1(11)(k/(k1))＝0.325 MPa

p4p1 p3p2T3=20+273=293K T4T3(p4(k1)/k)＝209K p3致冷量：q2cp(T1T4)＝1.01×（263-209）＝.5kJ/kg 致冷剂的质量流量mQp20.43kg/s T2T1()(k1)/k＝368K q2p1压缩功：w1=cp(T2-T1)=106 kJ/kg

压缩功率：P1=mw1=45.6kW

膨胀功：w2= cp(T3-T4)=84.8 kJ/kg 膨胀功率:P2=mw2=36.5kW 循环的净功率:P=P1-P2=9.1 KW

11-2空气压缩致冷装置，吸入的空气p1=0.1MPa，t1=27℃，绝热压缩到p2=0.4MPa，经冷却后温度降为32℃，试计算：每千克空气的致冷量；致冷机消耗的净功；致冷系数。 解：已知T3=32+273=305K

T2T1(p2(k1)/k)＝446K p1p4(k1)/k)＝205K p3T4T3(致冷量：q2cp(T1T4)＝1.01×（300-205）＝96kJ/kg 致冷机消耗的净功: W=cp(T2-T1)－cp(T3-T4)=46.5kJ/kg 致冷系数：q22.06 w11－3蒸气压缩致冷循环，采用氟利昂R134a作为工质，压缩机进口状态为干饱和蒸气，蒸发温度为-20℃，冷凝器出口为饱和液体，冷凝温度为40℃，致冷工质定熵压缩终了时焓值为430kJ/kg，致冷剂质量流量为100kg/h。求：致冷系数；每小时的制冷量；所需的理率。

解：在lgp-h图上查各状态点参数。

,p1=0.133MPa h1=386kJ/kg s1=1.739 kJ/(kg•K) ,p2=1.016 MPa h2=430 kJ/kg ,h3=419 kJ/kg h5=h4=256 kJ/kg

致冷量：q2=h1-h5=386-256=130 kJ/kg 每小时的制冷量:Q2=m×q2=12900kJ/h 压缩功：w=h2-h1=430-386=44 kJ/kg 致冷系数:q22.95 w理率P=mw=100×44/3600=1.22kW

11-4用一台氨蒸气压缩致冷机，氨的蒸发温度为-5℃，冷凝温度为30℃，冷凝器中冷却水的进口温度为12℃，出口水温为20℃，欲在每小时内将1000kg0℃的水制成冰，已知冰的融解热为340kJ/kg，试求：该致冷机每小时的制冷量；氨每小时的流量；致冷机的功率；冷却水每小时的消耗量。 解：致冷机每小时的制冷量： Q=1000×340=340000 kJ

在lgp-h图上查各状态点参数。

p1=335.7kPa h1=1452kJ/kg s1=5.6856 kJ/(kg•K) p2=1.1686 MPa h2=1620 kJ/kg h5=h4=343 kJ/kg

致冷量：q2=h1-h5=1114 kJ/kg 氨每小时的流量；mQ＝305.2kg q2致冷机的功率：P=mw=m(h2-h1)=14kW 冷凝器热负荷：Q1=m(h2-h4)=390000 kJ/h 冷却水每小时的消耗量：m2Q1=1.16×104kg/h

cpw(2012)511-5一台氨致冷装置，其致冷量Q0410kJ/h，蒸发温度－15℃，冷凝温度30℃，过冷

温度25℃，从蒸发器出口的蒸气为干饱和状态。求（1）理论循环的致冷系数；（2）致冷剂

的质量流量；（3）消耗的功率。

解：查表得压力和焓分别为：h1=1400 kJ/kg, p1=0.35MPa, s1=5.75 kJ/(kg•K) h2=1650 kJ/kg, p2=1.2MPa, s2=5.75 kJ/(kg•K), h3=320 kJ/kg 制冷量：q2=h1-h3=1080 kJ/kg 压缩功：w=h2-h1=250 kJ/kg （1）致冷系数:q24.32 wQ＝370kg/h q2（2）致冷剂的质量流量：m（3）消耗的功率Pmw25.7kW 11-6

11-7一台用氟利昂R134a为致冷剂的蒸汽压缩致冷装置，被用作室内供热，它要求的最大加热量是将标准状况下30m3/min的空气从5℃加热到30℃，冷凝器的最低温度必须较空气的最高温度高20℃，蒸发温度为-4℃。求：热泵的供热负荷；致冷剂流量；所需功率。 解：（1）热泵的供热负荷：

标准状况下30m3/min的空气的质量为：

mV1.2930=38.7kg/min=0.5kg/s Qmcpt0.51.012516.3kJ/s

冷凝器温度为30+20＝50℃，蒸发温度为-4℃ 查表得压力和焓分别为：h1=395 kJ/kg, s1=1.725 kJ/(kg•K) h3=272 kJ/kg

制热量：q1=h1-h3+h2-h1=158 kJ/kg 压缩功：w=h2-h1=35 kJ/kg （2）致冷剂的质量流量：m

h2=430 kJ/kg,

Q＝0.103kg/s q1（3）消耗的功率Pmw3.6kW

11-8热泵利用井水作为热源，将20℃的空气8×104m3/h加热到30℃，使用氟利昂R134a为致冷剂，已知蒸发温度为5℃，冷凝温度为35℃，空气的定压容积比热为

cp1.256kJ/(m3K)，井水的温度降低7℃，试求理论上必需的井水量、压缩机功率和

压缩机的压气量（m3/h）。

解：查表得压力和焓分别为：h1=400 kJ/kg, 制热量：q1=h2-h3 =170 kJ/kg 吸热量：q2=h1-h3＝150 kJ/kg 压缩功：w=h2-h1=20 kJ/kg

h2=420 kJ/kg,

h3=250 kJ/kg

加热空气额热量：Qmacpt80000×1.256×10=1×106kJ/h

致冷剂流量：mQ＝5.88×103kg/h q1必需的井水量：mw=mq2/(4.18*7)=30143 kg/h 压缩机功率: Pmw32.6kW

氟利昂R134a在35℃时比容为0.018 m3/kg

压缩机的压气量: 5.88×103/0.018=3.27×105 m3/h 11-9

解：制冷量：Q＝m2×cp×(t2-t1)=1000×4.18×8=3.344×104kJ/min 蒸发器内压力： 1.001(7℃) 冷凝器内压力：4.2 kPa

补充水量：Q/r=3.344×104/2484/0.98=13.7 kg/min

第十三章：干燥

通过本章的学习，应熟练掌握表示湿空气性质的参数，正确应用空气的H–I图确定空气的状态点及其性质参数；熟练应用物料衡算及热量衡算解决干燥过程中的计算问题；了解干燥过程的平衡关系和速率特征及干燥时间的计算；了解干燥器的类型及强化干燥操作的基本方法。

二、本章思考题

1、工业上常用的去湿方法有哪几种？ 态参数？

11、当湿空气的总压变化时，湿空气H–I图上的各线将如何变化? 在t、H相同的条件下，提高压力对干燥操作是否有利? 为什么?

12、作为干燥介质的湿空气为什么要先经预热后再送入干燥器？

13、采用一定湿度的热空气干燥湿物料，被除去的水分是结合水还是非结合水？为什么？

14、干燥过程分哪几种阶段？它们有什么特征？ 15、什么叫临界含水量和平衡含水量？ 16、干燥时间包括几个部分？怎样计算？

17、干燥哪一类物料用部分废气循环？废气的作用是什么？

18、影响干燥操作的主要因素是什么？调节、控制时应注意哪些问题？ 三、例题

例题13-1：已知湿空气的总压为101.3kN/m2 ,相对湿度为50%，干球温度为20o C。试用I-H图求解：

(a)水蒸汽分压p； (b)湿度Ｈ；

(c)热焓Ｉ； (d)露点td ； (e)湿球温度tw ；

(f)如将含500kg/h干空气的湿空气预热至117oC，求所需热量Ｑ。 解 ：

由已知条件：Ｐ＝101.3kN/m2，Ψ0＝50%，t0=20o C在I-H图上定出湿空气的状态点Ａ点。

(a)水蒸汽分压p

过预热器气所获得的热量为

每小时含500kg干空气的湿空气通过预热所获得的热量为

例题13-2：在一连续干燥器中干燥盐类结晶，每小时处理湿物料为1000kg，经干燥后物料的含水量由40%减至5%（均为湿基），以热空气为干燥介质，初始湿度H1为0.009kg水•kg-1绝干气，离开干燥器时湿度H2为0.039kg水•kg-1绝干气，假定干燥过程中无物料损失，试求：

（1） 水分蒸发是qm,W （kg水•h-1）； （2） 空气消耗qm,L（kg绝干气•h-1）；

原湿空气消耗量qm,L’（kg原空气•h-1）；

（3）干燥产品量qm,G2（kg•h-1）。 解：

qmG1=1000kg/h, w1=40℃, w2=5% H1=0.009, H2=0.039

qmGC=qmG1(1-w1)=1000(1-0.4)=600kg/h x1=0.4/0.6=0.67, x2=5/95=0.053

①qmw=qmGC(x1-x2)=600(0.67-0.053)=368.6kg/h ②qmL(H2-H1)=qmw

qmLqmw368.612286.7

H2H10.0390.009qmL’=qmL(1+H1)=12286.7(1+0.009)=12397.3kg/h ③qmGC=qmG2(1-w2) ∴qmG2

qmGC600631.6kg/h 1w210.05