工程熱力學(xué)思考題及答案第十一章

1、IITANG沈維道、將智敏、童鈞耕工程熱力學(xué)課后思考題答案工程熱力學(xué)思考題及答案第計(jì)章蒸汽動(dòng)力循環(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：圖10-1中循環(huán)67345-6局限于飽和區(qū)，上限溫度受制丁臨界溫度，導(dǎo)致其平均吸熱溫度較低，故即使實(shí)現(xiàn)卡諾循環(huán)，其熱效率也不高。本世紀(jì)二三十年代，金屬材料的耐熱性僅達(dá)400C,為使蒸汽初壓提高，用再熱循環(huán)很有必耍。其后，耐熱合金材料有進(jìn)展，加之其他一些原因，在很長一段時(shí)期內(nèi)不再設(shè)計(jì)制造按再熱循

2、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。答：通過對(duì)熱機(jī)的效率進(jìn)行分析后知道，提高蒸汽的過熱溫度和蒸汽的壓力，都能使熱機(jī)效率提高。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。近年來要求使用的蒸汽初壓提高，由丁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，必須提高乏氣溫度，就耍使用再熱循環(huán)。3、圖11-2所示回?zé)嵯?/p>

3、統(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10-3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？k112O-1A圖答：計(jì)算回?zé)嵫h(huán)主耍是計(jì)算抽氣量。 IITANG如a-心41MuA-l工（1-）圖11-4（a）混合式回?zé)崞魇疽鈭D表面式回?zé)崞魇疽鈭D # N-jN-j+1+工(1-匕兒腫=(1-匕Kj*=i*=i其抽氣量仍是通過熱平衡方程求取勺（力0j“0J=（力0jho.j+l）1）對(duì)丁混合式回?zé)峒訜崞鲗?duì)如圖11-4所示的N級(jí)抽汽回?zé)岬牡趈級(jí)加熱器，列出質(zhì)量守恒方程為N

4、-jjV-j+1勺+工(1-m)=乞(1-)*=!*=1能量守恒方程為解得第j級(jí)抽氣量2）對(duì)丁表而式回?zé)峒訜崞?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)是否與卡諾定理相矛盾？答：這與卡諾定理并不矛盾。卡諾定理當(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，由丁工質(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)。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工,如果將乏汽冇接送入汽鍋中

5、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6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)閺臒崃W(xué)第二定律來講一個(gè)非IH發(fā)過程的進(jìn)行必定耍有一個(gè)H發(fā)過程的進(jìn)行來作為補(bǔ)充條件。乏氣向冷卻水排熱就是這樣一個(gè)補(bǔ)充條件，是不可缺少的。用蒸汽作為循環(huán)工質(zhì)，其吸熱和放熱接近定溫過程，而我們乂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：柴汕機(jī)的汽缸壁因?yàn)橛欣鋮s水和進(jìn)入氣缸的空氣冷卻，燃燒室和葉片都可以冷卻，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

6、面是高溫燃?xì)饫锩媸钦羝赃^熱器壁而溫度必定高丁蒸汽溫度，這與柴油機(jī)是不同的，蒸汽循環(huán)的最高蒸汽溫度很少超過600K.O因此蒸汽循環(huán)的熱效率較低。KTANG應(yīng)用熱泵來供給中等溫度（例如100C上下）的熱量是比蟲接利用高溫?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一部分用熱泵提高溫度，用以加熱低溫段（100C以下）的鍋爐給水，這樣雖然需耍增添熱泵設(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乂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。熱量利用系數(shù)歹說明了全部熱量的利用程度，為什么乂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，但是不能完善的衡量循環(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)