工程熱力學(xué)思考題答案

1、第十章 蒸汽動(dòng)力裝置循環(huán)1、干飽和蒸汽朗肯循環(huán)（圖10-1 中循環(huán) 6-7-3-4-5-6 ）與同樣初壓力下的過熱蒸汽朗肯循環(huán)（圖10-1 中循環(huán) 1-2-3-4-5-6-1 ）相比較，前者更接近卡諾循環(huán)，但熱效率卻比后者低，如何解釋此結(jié)果答： 循環(huán) 6-7-3-4-5-6 局限于飽和區(qū)，吸熱溫度受到水的臨界溫度的制約，其平均吸熱溫度較低，故其熱效率較循環(huán)低。2、本世紀(jì)二三十年代，金屬材料的耐熱性僅達(dá)400，為使蒸汽初壓提高，用再熱循環(huán)很有必要。其后，耐熱合金材料有進(jìn)展，加之其他一些原因，在很長(zhǎng)一段時(shí)期內(nèi)不再設(shè)計(jì)制造按再熱循環(huán)工作的設(shè)備。但近年來隨著初壓提高再熱循環(huán)再次受到注意。請(qǐng)分析其原因。

2、答： 朗肯循環(huán)中提高新蒸汽壓力和溫度都可以提高循環(huán)的熱效率，在本世紀(jì)二三十年代，材料的耐熱性較差，通過提高蒸汽的溫度而提高熱機(jī)的效率比較困難，因此采用再熱循環(huán)來提高蒸汽初壓。隨著耐熱材料的研究通過提高蒸汽的溫度而提高熱機(jī)的效率就可以滿足工業(yè)要求。 因此很長(zhǎng)一段時(shí)期不再設(shè)計(jì)制造再熱循環(huán)工作設(shè)備。近年來使用的蒸汽初壓大大提高，由于初壓的提高使得乏氣干度迅速降低，引起氣輪機(jī)內(nèi)部效率降低，另外還會(huì)侵蝕汽輪機(jī)葉片縮短汽輪機(jī)壽命，所以乏氣干度不宜太低，必須提高乏氣干度，就要使用再熱循環(huán)。3、圖10-13 所示回?zé)嵯到y(tǒng)中采用的是混合式回?zé)崞?，靠蒸氣與水的混合達(dá)到換熱的目的。另有一種表面式換熱器，如圖10-2

3、6 所示，蒸汽在管外冷凝，將凝結(jié)熱量傳給管內(nèi)的水，這種布置可減少系統(tǒng)中高壓水泵的數(shù)量。試分析這種系統(tǒng)在熱力學(xué)分析上與混合式系統(tǒng)有否不同抽汽加熱器圖 10-26答：回?zé)嵫h(huán)的計(jì)算最重要的是計(jì)算抽氣量: 對(duì)于混合式回?zé)峒訜崞鳎浩錈崞胶夥匠虨?1h0' h4h0 h 01O101hn' h4可得：上h01 h4對(duì)于表面式換熱器：熱平衡方程為:假設(shè)在理想換熱情況下，沒有熱損失。1h0h41'h0h。,10101可得:h0,1h4h01h4所以在理想情況下，這兩種回?zé)崞鳑]有差別。4、各種實(shí)際循環(huán)的熱效率無論是內(nèi)燃機(jī)循環(huán)，燃?xì)廨啓C(jī)循環(huán)，或是蒸汽循環(huán)都肯定地與工質(zhì)性質(zhì)有關(guān)，這些事實(shí)是

4、否與卡諾定理相矛盾 答：不矛盾。因?yàn)榭ㄖZ定理當(dāng)中的可逆循環(huán)忽略了循環(huán)當(dāng)中所有的不 可逆因素，不存在任何不可逆損失，所以這時(shí)熱能向機(jī)械能轉(zhuǎn)化只由熱源的條件所決定。而實(shí)際循環(huán)中存在各種不可逆損失，由于工質(zhì)性質(zhì)不同，不可逆因素和不可逆程度是各不相同的， 因此其熱效率與工質(zhì)性質(zhì)有關(guān)。5、 蒸汽動(dòng)力循環(huán)中，在動(dòng)力機(jī)中膨脹作功后的乏汽被排入冷凝器中，向冷卻水放出大量的熱量q2， 如果將乏汽直接送入汽鍋中使其再吸熱變?yōu)樾抡羝?，不是可以避免在冷凝器中放走大量熱量，從而減少對(duì)新汽的加熱量q1 大大提高熱效率嗎這樣想法對(duì)不對(duì)為什么答：這樣的想法是不對(duì)的。因?yàn)楦鶕?jù)熱力學(xué)第二定律，工質(zhì)要完成一個(gè)循環(huán)必須要在一個(gè)熱源和

5、一個(gè)冷源間進(jìn)行，如果去掉冷卻水，那么蒸汽動(dòng)力循環(huán)就只有一個(gè)熱源，而沒有冷源，這樣循環(huán)裝置就變成了第二類永動(dòng)機(jī)了，這樣循環(huán)是無法自發(fā)進(jìn)行的。6、用蒸汽作為循環(huán)工質(zhì)，其吸熱和放熱接近定溫過程，而我們又常說以定溫吸熱和定溫放熱最為有利，可是為什么在大多數(shù)情況下蒸汽循環(huán)反較柴油機(jī)循環(huán)的熱效率低答： 熱效率的高低最終是取決于平均放熱溫度和平均吸熱溫度的大小的。 ：柴油機(jī)的汽缸壁因?yàn)橛欣鋮s水和進(jìn)入氣缸的空氣冷卻，燃燒室和活塞都可以冷卻，其材料可以承受較高燃?xì)鉁囟?，燃?xì)鉁囟韧ǔ？筛哌_(dá)1800-2300K,而蒸汽循環(huán)蒸汽過熱器外面是高溫燃?xì)饫锩媸钦羝?，所以過熱器壁面溫度必定高于蒸汽溫度，這與柴油機(jī)是不同的，蒸

6、汽循環(huán)的最高蒸汽溫度很少超過 600K.O這樣比較柴油機(jī)的平均吸熱溫度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于蒸汽循環(huán)的，因此大多數(shù)情況下，蒸汽循環(huán)反較柴油機(jī)循環(huán)的熱效率低。7、應(yīng)用熱泵來供給中等溫度（例如100上下）的熱量是比直接利用高溫?zé)嵩吹臒崃縼淼脻?jì)，因此有人設(shè)想將乏汽在冷凝器中放出熱量的（100 以下）的鍋爐給水，這樣雖然需要增添熱泵設(shè)備。但卻可以取消低溫段的抽汽回?zé)?，使抽汽回?zé)嵩O(shè)備得以簡(jiǎn)化，而對(duì)循環(huán)熱效率也能有所補(bǔ)益。這樣的想法在理論上是否正確答： 這種想法是不正確的?；?zé)嵫h(huán)是是通過減少了溫差傳熱不可逆因素，從而使熱效率提高，使該循環(huán)向卡諾循環(huán)靠近了一步。而該題中的想法恰恰是又增加了溫差傳熱不可逆因素。因此對(duì)效率提高是沒有好處的。8、蒸汽動(dòng)力裝置中水泵進(jìn)出口的壓力差遠(yuǎn)大于燃?xì)廨啓C(jī)壓氣機(jī)的壓力差，為什么蒸汽動(dòng)力循環(huán)中水泵消耗的功可以忽略答： 因?yàn)殡m然蒸汽動(dòng)力裝置中水泵進(jìn)出口的壓力差大，但是水泵功約只占汽輪機(jī)作功的2%左右，在粗略計(jì)算中可以把水泵功忽略，而在燃?xì)廨啓C(jī)裝置中，壓氣機(jī)耗功占了燃?xì)廨啓C(jī)輸出功的很大部分（約60%） ，因此不能忽略。10、熱量利用系數(shù)說明了全部熱量的利用程度，為什么又說它不能完善地衡量循環(huán)的經(jīng)濟(jì)性答： ：熱量利用系數(shù)說明了全部熱量的利用程度，但是不能完全的衡量循環(huán)的經(jīng)濟(jì)性。能量分為可用能與不可用能，能量的品位是不同的。在實(shí)際工程應(yīng)用中用的