工程热力学复习参考题-第十章

第十章 水蒸气动力循环

一、选择题

1.朗肯循环中汽轮机排汽在凝汽器中放热是 D A．温度，压力都降低过程 B．等压但温度降低过程 C．等温但压力降低过程 D．既等温又等压过程 2.朗肯循环中水泵进出口的状态分别是 B A．过冷水，饱和水 B．饱和水，过冷水 C．过冷水，过冷水 D．饱和水，饱和水 3.朗肯循环中锅炉进出口工质的状态分别是 A A．过冷水，过热蒸汽 B．饱和水，饱和蒸汽 C．过冷水，湿蒸汽 D．饱和水，过热蒸汽 4.朗肯循环中汽轮机进出口的状态分别是 D A．过热蒸汽，饱和水 B．饱和蒸汽，湿蒸汽 C．湿蒸汽，过热蒸汽 D．过热蒸汽，湿蒸汽 5.朗肯循环中在锅炉进行的是 A A．等压吸热过程 B．等容吸热过程 C．等温吸热过程 D．变温吸热过程

6．朗肯循环中在汽轮机中进行的是 过程。B A．等压吸热 B．绝热膨胀 C．等压放热 D．绝热压缩

7．朗肯循环在凝汽器中进行的是 过程。C A．等压吸热 B．绝热膨胀 C．等压放热 D．绝热压缩

8．朗肯循环在水泵中进行的是 过程。D A．等压吸热 B．绝热膨胀 C．等压放热 D．绝热压缩

9.朗肯循环提高循环初压力受到的主要限制是 A A．汽轮机排汽干度 B．金属材料的强度 C．水泵功率 D．管道制造工艺 10.朗肯循环提高初温度受到的主要限制是 B A．汽轮机排汽干度 B．金属材料 C．水泵功率 D．环境温度

11.朗肯循环中汽轮机的排汽压力受到的主要限制是 D A．汽轮机排汽干度 B．金属材料 C．水泵功率 D．环境温度 12.电厂蒸汽动力循环采用再热是为了 C A．提高循环初参数 B．降低循环终参数 C．提高乏汽的干度 D．提高锅炉效率 13.朗肯循环采用回热后 C A．汽耗率和热耗率都上升 B．汽耗率和热耗率都下降 C．汽耗率上升但热耗率下降 D．汽耗率下降但热耗率上升 14.回热循环中混和式加热器出口水温度 B

A．随抽汽量增加而增加 B．由加热器的抽汽压力确定 C．随加热水的增加而减少 D．随加热器进口水温增加而增加 15.欲使回热加热器的出口水温度提高，应该 B A．增加抽汽量 B．提高抽汽压力 C．减少给水量 D．减少抽汽压力 16.其它蒸汽参数不变，提高初温度可使 A C D A．平均吸热温度提高 B．平均放热温度降低 C．热耗率降低 D．排汽干度提高 17.其它蒸汽参数不变，提高初压可使 A C A．平均吸热温度提高 B．平均放热温度降低 C．热耗率降低 D．排汽干度提高

18.初参数和背压相同的汽轮机，有摩阻的绝热膨胀与理想的绝热膨胀相比，其损失体现在 A B A．排汽焓上升 B．排汽熵增大 C．排汽焓降低 D．排汽熵减小 19.再热循环中，蒸汽通过再热器后其 B C D A．温度和压力增加 B．焓和温度增加 C．比体积和熵增加 D．熵和焓增加 20.朗肯循环采用回热后会使 A C D A．汽耗率提高 B．热耗率提高 C．循环热效率提高 D．平均吸热温度提高

二、填空题

1.朗肯循环提高循环初压主要受到乏汽干度的限制。 2.朗肯循环提高初温主要受到材料耐热性能的限制。 3.朗肯循环降低循环终参数主要受到环境温度的限制。

4.朗肯循环的新汽焓h1＝3400KJ/㎏，汽轮机排汽焓为1980 KJ/kg，排汽压力下对应得饱和水焓h2'＝138 KJ/kg,水泵耗功wp＝17 KJ/kg。该循环的热效率等于43.24%。

5.再热循环锅炉出口蒸汽焓h1＝3290 KJ/kg，汽轮机在高压缸做功396 KJ/kg，再热器出口焓h?＝3570 KJ/kg，汽轮机排汽压力下的饱和水焓h2'＝174 KJ/kg，排汽在凝汽器放热q2=2148 KJ/kg，水泵耗功16 KJ/kg。其循环热效率等于43.11%。

6.已知再热循环锅炉进出口蒸汽焓分别为hfw＝190 KJ/kg，h1＝3490 KJ/kg，汽轮机的排汽焓h2＝2322 KJ/㎏，蒸汽在锅炉再热器中吸热476 KJ/kg，汽轮机排汽压力下的饱和水焓h2'＝174 KJ/kg。其循环热效率等于43.11%。

7.已知一级回热循环（无再热，混和式加热器）的参数如下：新汽焓h1＝3436 KJ/kg,抽汽焓2922 KJ/kg，抽汽压力下饱和水焓719 KJ/kg，汽轮机排汽焓2132 KJ/kg，排汽在凝汽器放热1994 KJ/kg。如果不考虑泵功，该循环的热效率为41.71%。

三、简答题

1.试用T－s图分析朗肯循环的参数对循环热效率的影响？

2.蒸汽参数对循环热效率有何影响？改变蒸汽参数以提高循环热效率受到什么限制？

3.分析电厂蒸汽动力循环为何要采用再热？

4.将图示再热循环表示在T－s图上，并以此说明再热的目的？ 5．分析电厂蒸汽动力循环为何采用回热？

四、计算题

1.已知再热循环锅炉进出口蒸汽焓分别为 hfw＝190 KJ/kg，h1＝3490 KJ/kg，汽轮机的排汽焓h2＝2322 KJ/kg，锅炉再热器进出口的焓分别为hb＝3094 KJ/kg，h?＝3570 KJ/kg，汽轮机排汽压力下的饱和水焓h2'＝174 KJ/kg，求其水泵功和循环热效率。

【解】已知：h1＝3490kJ/kg，h2＝2322kJ/kg，hfw＝190kJ/kg，hb＝3094 kJ/kg，ha＝3570 kJ/kg，h2′＝174 kJ/kg （1）水泵功τb=hfw-h2′＝16kJ/kg

（2）循环吸热量q1＝(h1-hfw)+(ha-hb)＝3776kJ/kg （3）循环放热量q2＝h2-h2′＝2148kJ/kg （4）循环热效率ηt=1-q2/q1=43.11%

2.水蒸气再热循环的初压为17Mpa，初温为535℃，背压为5kPa。高压缸排汽压力为3.5Mpa,再热至新蒸汽温度。求（1）循环热效率；（2）若因节流使进入中压缸的蒸汽压力降为3Mpa，则热效率又为多少?

压力为17Mpa的过热蒸汽表

t（℃） v(m3/kg) h(kJ/kg) 530 540 0.019159 3370.90 0.019542 3399.12 s(kJ/kgK) 6.3746 6.4095 压力为0.005MPa的饱和水和饱和蒸汽性质表

v' (m3/kg) v”(m3/kg) h'(kJ/kg) 0.00100524 28.1941 137.77 h”(kJ/kg) s' (kJ/kgK) s”(kJ/kgK) 2561.59 0.4763 8.3960 压力为3.5MPa的饱和水和饱和蒸汽性质表

v' (m3/kg) v”(m3/kg) h'(kJ/kg) 0.00123454 0.057025 1049.76 h”(kJ/kg) s' (kJ/kgK) s”(kJ/kgK) 2801.96 2.7253 6.1228 压力为3.5Mpa的过热蒸汽表

t（℃） v(m3/kg) h(kJ/kg) 280 0.064768 2922.62 s(kJ/kgK) 6.3490 290 530 540 0.066626 2951.30 0.103347 3518.19 0.104758 3540.77 6.4004 7.2438 7.2717 压力为3MPa的饱和水和饱和蒸汽性质表

v' (m3/kg) v”(m3/kg) h'(kJ/kg) 0.00123454 0.057025 1049.76 h”(kJ/kg) s' (kJ/kgK) s”(kJ/kgK) 2801.96 2.7253 6.1228 压力为3Mpa的过热蒸汽表

t（℃） v(m3/kg) h(kJ/kg) 530 540 0.120998 3523.26 0.122629 3545.68 s(kJ/kgK) 7.3196 7.3474

【解】

已知：p1＝17Mpa，t1＝535℃；p2＝0.005Mpa；prh＝3.5Mpa，trh＝535℃；prh′＝3Mpa

（1）确定1点状态：

由p1、t1查压力为17Mpa的过热蒸汽表，经插值得到h1＝3385.01kJ/kg，s1=6.3921kJ/kg·K

（2）确定再热前a点状态：

由于1-a为定熵过程，sa=s1，查压力为3.5Mpa的饱和水和饱和蒸汽表可知，sa＞s” ，故a点状态为过热蒸汽。

由sa查3.5Mpa的过热蒸汽表，经插值得到ta＝288.38℃，ha＝2946.67kJ/kg 1kg蒸汽在高压缸内的作功量wTH =h1-ha＝438.34kJ/kg （3）确定再热后b点状态： 再热过程a-b为定压过程，pb＝pa＝prh，tb＝trh，查压力为3.5Mpa的过热蒸汽表，经插值得到hb＝3529.48kJ/kg，sb=7.2578kJ/kg·K 1kg蒸汽在再热器中的吸热量qrh=hb-ha＝582.81kJ/kg （4）确定排汽2点状态： 由于b-2为定熵过程，s2=sb，查压力为p2的饱和水和饱和蒸汽表可知，s'< s2< s” ，故在背压p2＝0.005Mpa下为湿蒸汽状态。 x2=(s2-s')/(s”-s')=0.8563 h2=x2h”+(1-x2)h'＝2213.24kJ/kg

1kg蒸汽在中低压缸内的作功量wTL =hb-h2＝1316.24kJ/kg （5）确定锅炉给水3点状态：

3点为排汽压力下的饱和水状态，故h3＝137.77kJ/kg 1kg新蒸汽在锅炉中的吸热量q1=h1-h3＝3247.24kJ/kg （6）计算再热循环热效率

1kg新蒸汽在汽轮机中的作功量wT = wTH＋wTL＝1754.58kJ/kg 循环热效率ηt=wT/（q1＋qrh）=45.81% （7）由于节流使再热后的压力降低，于是pb′＝prh′，tb′＝trh，查压力为3Mpa的过热蒸汽表，经插值得到hb′＝3534.47kJ/kg，sb′=7.3335kJ/kg·K 1kg蒸汽在再热器中的吸热量qrh′=hb′-ha＝587.8kJ/kg

由于b′-2′为定熵过程，s2′=sb′，查压力为p2的饱和水和饱和蒸汽表可知，

s'< s2′< s” ，故在背压p2＝0.005Mpa下为湿蒸汽状态。 x2′=(s2′-s')/(s”-s')=0.8658

h2′=x2′h”+(1-x2′)h'＝2236.42kJ/kg

1kg蒸汽在中低压缸内的作功量wTL′ =hb′-h2′＝1298.16kJ/kg 1kg新蒸汽在汽轮机中的作功量wT ′= wTH＋wTL′＝1736.5kJ/kg 循环热效率ηt′=wT′/（q1＋qrh′）=45.28%

3.某简单朗肯循环，蒸汽的初压力6MPa、初温600℃，冷凝器内维持压力10kPa，蒸汽质量流量为80k/s。假定锅炉内传热过程是在1400K的热源和水之间进行，冷凝器内冷却水的平均温度为25℃。试求：

(1)汽轮机作功； (2)循环热效率；

(3)各过程及循环作功能力的不可逆损失。已知T0=290.15K。

压力为6Mpa的过热蒸汽表

t（℃） v(m3/kg) h(kJ/kg) 600 0.065184 3656.21 s(kJ/kgK) 7.1664 压力为0.01MPa的饱和水和饱和蒸汽性质表

v' (m3/kg) v”(m3/kg) h'(kJ/kg) h”(kJ/kg) s' (kJ/kgK) s”(kJ/kgK) 0.00101023 14.6746 191.83 2584.78 0.6493 8.1511 【解】

已知：p1＝6Mpa，t1＝600℃；p2＝0.01Mpa；qm=80kg/s；TB=1400K，tw=25℃；T0=290.15K

（1）确定1点状态：

由p1 、t1查过热蒸汽表，得到h1＝3656.21kJ/kg，s1=7.1664kJ/kg·K （2）确定2点状态： 由于1-2为定熵过程，s2=s1，查压力为p2的饱和水和饱和蒸汽表可知，s'< s2< s” ，故在本题给定的背压p2下均为湿蒸汽状态。 x2=(s2-s')/(s”-s')=0.8687 h2=x2h”+(1-x2)h'＝2270.68kJ/kg （3）计算朗肯循环热效率

1kg新蒸汽在汽轮机中的作功量wT =h1-h2＝1385.53kJ/kg 汽轮机作功量PT＝qm×wT =1.108×105kW

1kg新蒸汽在锅炉中的吸热量q1=h1-h2'＝3464.38kJ/kg 1kg蒸汽在凝汽器中的放热量q2=h2-h2'＝2078.85kJ/kg 循环热效率ηt=wT/q1＝40％

（4）计算锅炉内传热过程的作功能力损失 锅炉内蒸汽的熵增ΔsB=s1-s2'＝6.5171kJ/kg·K 熵流ΔsfB=q1/TB＝2.4746kJ/kg·K 熵产ΔsgB=ΔsB-ΔsfB＝4.0425kJ/kg·K

作功能力损失IB＝qm×T0×ΔsgB=9.3836×104kW （5）计算凝汽器内传热过程的作功能力损失

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