第6章蒸汽动力循环与制冷循环 、选择题 1.蒸汽压缩制冷循环过程中,制冷剂蒸发吸收的热量一定制冷剂冷却和冷凝放出的热量 A大于B等于C小于 2.从制冷原理和生产应用方面说明制冷剂的选择原则 答(1)潜热要大。因为潜热大,冷冻剂的循环量可以减小。氨在这方面具有显著的优点,它的潜热比 氟里昂约大10倍,常用于大型制冷设备。 (2)操作压力要合适。即冷凝压力(高压)不要过高,蒸发压力(低压)不要过低。因为冷凝压力 高将增加压缩机和冷凝器的设备费用,功率消耗也会增加;而蒸发压力低于大气压力,容易造成空气漏 入真空操作的蒸发系统,不利于操作稳定。在这方面氨和氟里昂也是比较理想的。 (3)冷冻剂应该具有化学稳定性。冷冻剂对于设备不应该有显著的腐蚀作用。氨对铜有强烈的腐蚀 作用,对碳钢则腐蚀不强;氟里昂则无腐蚀 (4)冷冻剂不应有易燃和易爆性 (5)冷冻剂对环境应该无公害。氟里昂Fl1I、F12对大气臭氧的破坏已被公认,将逐渐被禁用,无 公害的氟里昂替代品已大量应用 综合以上各点,氨作为冷冻剂常用于大型冷库和工业装置。而无公害氟里昂常用于小型冷冻机和家用电 器 3某蒸汽压缩制冷过程制冷剂在250K吸收热量Q1在300K放出热量Q压缩和膨胀过程是绝热 的,向制冷机输入的功为ws,判断下列问题的性质。A可逆的B不可逆的C不可能的 (1).Q=200 Ws=400kJ Q_2000 (A)1可逆300-250 W400 7=可该制冷过程是可逆的 (2).Q=1000kJQH=-1500kJ 250 1000 (B)n可逆= 300-250 W,-Qn-Q21500-1000 77同逆该制冷过程是不可能的 4.卡诺制冷循环的制冷系数与有关 A制冷剂的性质B制冷剂的工作温度 C制冷剂的循环速率D压缩机的功率 B
58 第 6 章 蒸汽动力循环与制冷循环 一、选择题 1. 蒸汽压缩制冷循环过程中，制冷剂蒸发吸收的热量一定 制冷剂冷却和冷凝放出的热量 A 大于 B 等于 C 小于 （C） 2. 从制冷原理和生产应用方面说明制冷剂的选择原则。 答（1）潜热要大。因为潜热大，冷冻剂的循环量可以减小。氨在这方面具有显著的优点，它的潜热比 氟里昂约大 10 倍，常用于大型制冷设备。 （2）操作压力要合适。即冷凝压力（高压）不要过高，蒸发压力（低压）不要过低。因为冷凝压力 高将增加压缩机和冷凝器的设备费用，功率消耗也会增加；而蒸发压力低于大气压力，容易造成空气漏 入真空操作的蒸发系统，不利于操作稳定。在这方面氨和氟里昂也是比较理想的。 （3）冷冻剂应该具有化学稳定性。冷冻剂对于设备不应该有显著的腐蚀作用。氨对铜有强烈的腐蚀 作用，对碳钢则腐蚀不强；氟里昂则无腐蚀。 （4）冷冻剂不应有易燃和易爆性。 （5）冷冻剂对环境应该无公害。氟里昂 F11、F12 对大气臭氧的破坏已被公认，将逐渐被禁用，无 公害的氟里昂替代品已大量应用。 综合以上各点，氨作为冷冻剂常用于大型冷库和工业装置。而无公害氟里昂常用于小型冷冻机和家用电 器 3. 某蒸汽压缩制冷过程,制冷剂在２5０K吸收热量 QL,在３００K放出热量-QH,压缩和膨胀过程是绝热 的，向制冷机输入的功为 Ws，判断下列问题的性质。A 可逆的 B 不可逆的 C 不可能的 (1). QL =2000kJ Ws=400kJ （ A ） 250 5 300 250 = = − 可逆 2000 5 400 L s Q W = = = = 可逆 该制冷过程是可逆的 (2). QL=1000kJ QH=－1500kJ ( B ) 250 5 300 250 = = − 可逆 1000 2 1500 1000 L L s H L Q Q W Q Q = = = = − − − 可逆 该制冷过程是不可逆的 (3). Ws=100kJ QH=－700kJ ( C ) 250 5 300 250 = = − 可逆 700 100 6 100 L H s s s Q Q W W W − − − = = = = 可逆 该制冷过程是不可能的 4. 卡诺制冷循环的制冷系数与 有关。 A 制冷剂的性质 B 制冷剂的工作温度 C 制冷剂的循环速率 D 压缩机的功率 ( B )
算题 1为使冷库保持-20℃需将419000kJh的热量排向环境,若环境温度T0=27℃,试求理想情况下每小时 所消耗的最小功和排向大气的热量。 273-20 5.385= Q T0-727-(-20) W=g=41900 s538=77838/h Q0=-Q-W=-419000-77838=-496838//h 2.利用热泵从90℃的地热水中把热量传到160℃的热源中,每消耗1kw电功,热源最多能得到多少 热量? 解 T160+273 5=Q TR-7o160 Q=5m×Pmn=6.19×1=6.19W 3某燕汽动力循环操作条件如下:冷凝器出来的饱和水,由泵从0.035Mpa加压至15Mpa进入锅炉, 蒸汽高开锅炉时被过热器加热至280℃。 求:(1)上述循环的最高效率。 2)在锅炉和冷凝器的压力的饱和温度之间运行的卡诺循 环的效率,以及离开锅炉的过热蒸汽温度和冷凝器饱和温度之2 间运行的卡诺循环的效率。 (3)若透平机是不可逆绝热操作,其焰是可逆过程的80% 求此时的循环效率。 解 (1)各状态点的热力学性质,可由附录水蒸汽表查得 H6=30346KJ·kg H1-H4=「FdP=(P-P)=10245×10-×(15-00510=1.5,4g H1=30346+1.5k/kg(由于液体压力增加其焓增加很少,可以近似H1=H6) H4=29927KJ·kg-1S4=68381k/kg-·K-1 该循环透平机进行绝热可逆操作,增压泵也进行绝热可逆操作时效率最高 S5=S4=68381,由0.035Mpa,查得 气相,S3=77153kJkg·K(查饱和蒸汽性质表)
59 4 5’ 1 T S 2 3 6 5 二、计算题 1.为使冷库保持-20℃,需将 419000kJ/h 的热量排向环境，若环境温度 T0=27℃，试求理想情况下每小时 所消耗的最小功和排向大气的热量。 解： 0 ( ) 273 20 5.38 27 20 c c T T T − = = = − − − c s Q W = 419000 77838 / 5.38 c s Q W kJ h = = = 0 419000 77838 496838 / Q Q W kJ h = − − = − − = − c s 2． 利用热泵从 90℃的地热水中把热量传到 160℃的热源中，每消耗 1kw 电功，热源最多能得到多少 热量？ 解： 0 160 273 6.19 160 90 R R T T T + = = = − − 1 HP net Q P = 1 6.19 1 6.19 Q P kW = = = HP net 3.某蒸汽动力循环操作条件如下：冷凝器出来的饱和水，由泵从 0.035Mpa 加压至 1.5Mpa 进入锅炉， 蒸汽离开锅炉时被过热器加热至 280℃。 求：(1) 上述循环的最高效率。 (2) 在锅炉和冷凝器的压力的饱和温度之间运行的卡诺循 环的效率，以及离开锅炉的过热蒸汽温度和冷凝器饱和温度之 间运行的卡诺循环的效率。 (3) 若透平机是不可逆绝热操作，其焓是可逆过程的 80%。 求此时的循环效率。 解： (1) 各状态点的热力学性质，可由附录水蒸汽表查得 1 6 H KJ kg 303.46 − = 1 2 3 6 1 1 6 1 2 ( ) 1.0245 10 (1.5 0.035) 10 1.5 P P H H VdP V P P kJ kg − − − = = − = − = 1 1 303.46 1.5 − H = + kJ kg （由于液体压力增加其焓增加很少，可以近似 H H 1 6 = ） 1 4 H KJ kg 2992.7 − = 4 S = 6.8381 −1 −1 kJ kg K 该循环透平机进行绝热可逆操作，增压泵也进行绝热可逆操作时效率最高。 5 4 S S = = 6.8381 ，由 0.035Mpa，查得 气相， 1 1 7.7153 − − Sg = kJ kg K （查饱和蒸汽性质表）
液相,S1=09852k八·kg-·K-(查饱和水性质表内插) 气相含量为x S3=xxSx+(1-x)S=x×7.7153+(1-x)x0.9852=6838 x=0.87 H5=x,H2+(1-x)H=087×26314(1-087)×30346=232877·g H4-H52992.7-2328.77 0.247 H4-H12992.7-30396 冷凝器压力0035Mpa,饱和温度为7269℃;锅炉压力1.5Mpa,饱和温度为19832℃。卡诺循环运 行在此两温度之间,卡诺循环效率 7高-7低19832-7269 19832+2730.267 若卡诺循环运行在实际的二个温度之间,其效率为 7=-T低280-7269 280+2730.375 (3)不可逆过程的焓差为0.80-H5),而吸收的热仍为H2-H1,因此效率 080(H4-H5) 0.80×0.247=0.198 4.在25℃时,某气体的PVT可表达为P=RT+64×104P,在25℃,30MPa时将该气体进行节流膨 胀,向膨胀后气体的温度上升还是下降 解;判断节流膨胀的温度变化,依据Joue- Thomson效应系数μy 由热力学基本关系式可得到 T (aT) (aP)H 将PT关系式代入上式,PV=R7+64×10P→pRT R +64×10,其中()p= R RT-P-64×104=6.4×10 可见,节流膨胀后,温度比开始为高 5.将典型的燕汽压缩制冷循环的TS图分别在PH图和HS图上表示出来 解:压缩机的可逆绝热过程是等熵过程,节流过程常可看作为等焓过程,则循环可用如下P-H和 HS图表示
60 液相， 1 1 0.9852 − − Sl = kJ kg K （查饱和水性质表内插） 气相含量为 x S3 = x Sg + (1− x)Sl = x 7.7153 + (1− x) 0.9852 = 6.8381 x = 0.87 1 5 (1 ) 0.87 2631.4 (1 0.87) 303.46 2328.77 H x H x H kJ kg g l − = + − = + − = 4 5 4 1 2992.7 2328.77 0.247 2992.7 303.96 H H H H − − = = = − − 冷凝器压力 0.035Mpa，饱和温度为 72.69℃；锅炉压力 1.5Mpa，饱和温度为 198.32℃。卡诺循环运 行在此两温度之间，卡诺循环效率 0.267 198.32 273 198.32 72.69 = + − = − = 高 高 低 卡 T T T 若卡诺循环运行在实际的二个温度之间，其效率为 0.375 280 273 280 72.69 = + − = − = 高 高 低 卡 T T T (3) 不可逆过程的焓差为 0.80(H2-H3) ，而吸收的热仍为 H2 − H1 ，因此效率 4 5 4 1 0.80( ) 0.80 0.247 0.198 H H H H − = = = − 4. 在 25℃时，某气体的 P-V-T 可表达为 PV=RT+6.4×104P，在 25℃，30MPa 时将该气体进行节流膨 胀，向膨胀后气体的温度上升还是下降？ 解；判断节流膨胀的温度变化，依据 Joule-Thomson 效应系数μJ。 由热力学基本关系式可得到： p P H J C V T V T P T − = = ( ) ( ) ( ) 将 P-V-T 关系式代入上式， PV RT P 4 = + 6.410 → 4 = + 6.410 P RT V ，其中 P R T V P = ( ) 0 6.4 10 6.4 10 4 4 − = − = − = − = p p p p J P C C C RT PV C V P R T 可见，节流膨胀后，温度比开始为高。 5．将典型的蒸汽压缩制冷循环的 T-S 图分别在 P-H 图和 H-S 图上表示出来。 解：压缩机的可逆绝热过程是等熵过程，节流过程常可看作为等焓过程，则循环可用如下 P-H 和 H-S 图表示
6.某蒸汽压缩制冷循环,制冷量Q为3×104J·h2,蒸发室温度为-15℃,冷凝器用水冷却,进口 为8℃。若供给冷凝器的冷却水量无限大时,计算制冷循环消耗的最小功为多少?如果冷凝器用室温 (25℃)空气冷却时,其消耗的最小功又是多少? 解:首先需要明确的是:在所有的制冷循环中,逆卡诺循环的制冷效率最髙,即功耗最小。循环效 率有如下的关联式 T(蒸发温度)Q(制冷量) T2(冷凝温度)-71Wx(净功 按照传热原理,如果进出冷却器的冷却水量无限大,则不仅冷却水进出口温度接近相同,而且被冷 介质的温度也相同。因此 当冷却水量无限大时,冷凝温度T2=(8+273)K, 所以最少净功w=8+23)-(15+273)×3×04=264Kh 当冷凝器用空气冷却时,冷凝温度近似等于室温25℃ 最小净功W=25+2732-(15+273)×3×10=46512/·h 由计算结果可见,冷却温度越低,消耗功越小。但是空气冷却所用设备简单,如家用空调器,冰 箱采用散热片空气冷却,不过它们的能耗要比水冷却高许多 7.实际蒸汽压缩制冷装量中的膨胀过程,为何采用节流阀而不用膨胀机?如果用膨胀机,请在T S图上标出哪些面积代表膨胀机回收的功? 解:制冷装置的膨胀过程,采用节流元件(如阀、孔板等)主要考虑到节流设备简单,装置紧凑 对于中小型设备而言,这个膨胀功是不值得回收的,功量不大,但是设备投资要增加许多。因此,大多 不采用膨胀机 在下面的T-S图上,节流元件膨胀过程如3→4,是等焓过程,而膨胀机膨胀过程如3→4",是等 熵过程 膨胀机回收的功量如阴影部分积分 8.某压缩制冷装置,用氨作为制冷剂,氨在蒸发器 中的温度为 25℃,冷却器中的压力为10MPa,假定氨进入压缩 机时为饱和 燕汽,而离开冷凝器时为饱和液体,每小时制冷量 Q为1.67× 105kh1 求:(1)所需的氨流率 (2)制冷系数。 解:通过NH3的P-H图可查到各状态点焓值。 61
61 T S 3 2 4 1 4 6． 某蒸汽压缩制冷循环，制冷量 Q0 为 3×104kJ·h -1，蒸发室温度为-15℃，冷凝器用水冷却，进口 为 8℃。若供给冷凝器的冷却水量无限大时，计算制冷循环消耗的最小功为多少？如果冷凝器用室温 （25℃）空气冷却时，其消耗的最小功又是多少？ 解：首先需要明确的是：在所有的制冷循环中，逆卡诺循环的制冷效率最高，即功耗最小。循环效 率有如下的关联式： ( ) ( ) ( ) ( ) ξ 0 2 1 1 卡 净功 制冷量 冷凝温度 蒸发温度 WN Q T T T = − = 按照传热原理，如果进出冷却器的冷却水量无限大，则不仅冷却水进出口温度接近相同，而且被冷 介质的温度也相同。因此 当冷却水量无限大时，冷凝温度 T2=(8+273)K， 所以最少净功 4 1 N 3 10 2674 .4KJ h 15 273 (8 273) ( 15 273) W − = • − + + − − + = 当冷凝器用空气冷却时，冷凝温度近似等于室温 25℃ 最小净功 4 1 3 10 4651.2 15 273 (25 273) ( 15 273) − = • − + + − − + WN = k J h 由计算结果可见，冷却温度越低，消耗功越小。但是空气冷却所用设备简单，如家用空调器，冰 箱采用散热片空气冷却，不过它们的能耗要比水冷却高许多。 7． 实际蒸汽压缩制冷装置中的膨胀过程，为何采用节流阀而不用膨胀机？如果用膨胀机，请在 T— S 图上标出哪些面积代表膨胀机回收的功？ 解：制冷装置的膨胀过程，采用节流元件（如阀、孔板等）主要考虑到节流设备简单，装置紧凑。 对于中小型设备而言，这个膨胀功是不值得回收的，功量不大，但是设备投资要增加许多。因此，大多 不采用膨胀机。 在下面的 T—S 图上，节流元件膨胀过程如 3→4，是等焓过程，而膨胀机膨胀过程如 3→4，是等 熵过程。 膨胀机回收的功量如阴影部分积分。 8．某压缩制冷装置，用氨作为制冷剂，氨在蒸发器 中 的温度为 -25℃，冷却器中的压力为 1.0MPa，假定氨进入压缩 机 时 为饱和 蒸汽，而离开冷凝器时为饱和液体，每小时制冷量 Q0 为 1.67× 105 kJ·h-1。 求：（1）所需的氨流率； （2）制冷系数。 解：通过 NH3 的 P-H 图可查到各状态点焓值
按照题意,氨进入压缩机为饱和状态1,离开冷凝器为饱和状态3。 氨在蒸发器中的过程即4→1H1=1430KJ·kg H2=1710KJ·kg 氨在冷凝器中的过程即2→3,H3=H4=320KJ·kg 氨流率G==g 1.67×10 =150.5kg·h qoH1-H41430-320 制冷系数5=9=1-1=1430-30=110396 P l OMPa 25℃ 注:求解此类题目:关键在于首先确定各过程状态点的位置,然后在PH图或TS图上查到相应 的焓(或温度、压力)值,进行计算。 9.有一氨压缩制冷机组,制冷能力Q为4.0×10KJ·h,在下列条件工作:蒸发温度为25℃,进入 压缩机的是干饱和蒸汽,冷凝温度为20℃,冷凝过冷5℃。 试计算: (1)单位重量制冷剂的制冷能力; (2)每小时制冷剂循环量 (3)冷凝器中制冷剂放出热量 (4)压缩机的理论功率 (5)理论制冷系数 解:首先在PH图(或TS图)上按照已知条件定出各状态点。 查得H1=1430KJ·kg H2=1680KJ·kgl 冷凝出来的过冷液体(过冷度为5℃)状态3的决定:假设压力对液体的焓值几乎没有影响,从状 态3沿着饱和液体线向下过冷5℃,找到3″,用此点的焓值近似代替3′的焓值,由于过冷度是有限的 实际上3和3"很接近,不会造成太大的偏差。3→4仍为等焓膨胀过程, Hy=H=270/·kg 制冷能力q=H1-H4=1430-270=1160KJ·kg 制冷剂循环量G=9=4×10 34.5kg·h 1160 冷凝过程即2→3’,放出热量Q=(H-H12)G=345(270-1690)=48645KJ·h 压缩机功率NG2=H1)_345(1680-1430)=2.40kW 3600 3600 制冷系数5= H1-H4_1430-270110464 H2-H11680-1430250
62 P 3 2 4 1 1.0MPa -25℃ 按照题意，氨进入压缩机为饱和状态 1，离开冷凝器为饱和状态 3。 氨在蒸发器中的过程即 4→1 H1=1430KJ·kg-1 H2=1710KJ·kg-1 氨在冷凝器中的过程即 2→3，H3=H4=320KJ·kg-1 氨流率 1 5 1 4 0 0 0 150.5 1430 320 1.67 10 − = − = − = = k g h H H Q q Q G 制冷系数 0 1 4 2 1 1430 320 1110 3.96 1710 1430 280 s q H H W H H − − = = = = = − − 注：求解此类题目：关键在于首先确定各过程状态点的位置，然后在 P-H 图或 T—S 图上查到相应 的焓（或温度、压力）值，进行计算。 9．有一氨压缩制冷机组，制冷能力 Q0为 4.0×104KJ·h -1，在下列条件工作：蒸发温度为-25℃，进入 压缩机的是干饱和蒸汽，冷凝温度为 20℃，冷凝过冷 5℃。 试计算： （1）单位重量制冷剂的制冷能力； （2）每小时制冷剂循环量； （3）冷凝器中制冷剂放出热量； （4）压缩机的理论功率； （5）理论制冷系数。 解：首先在 P—H 图（或 T—S 图）上按照已知条件定出各状态点。 查得 H1=1430KJ·kg-1 H2=1680KJ·kg-1 冷凝出来的过冷液体（过冷度为 5℃）状态 3的决定：假设压力对液体的焓值几乎没有影响，从状 态 3 沿着饱和液体线向下过冷 5℃，找到 3，用此点的焓值近似代替 3的焓值，由于过冷度是有限的， 实际上 3和 3很接近，不会造成太大的偏差。3→4 仍为等焓膨胀过程， H3`=H4=270kJ·kg-1 制冷能力 q0=H1-H4=1430-270=1160KJ·kg-1 制冷剂循环量 1 4 0 0 34.5 1160 4 10 − = = = kg h q Q G 冷凝过程即 2→3，放出热量 Q=（H3-H2）G=34.5(270-1690)=-48645KJ·h -1 压缩机功率 kW G H H N 2.40 3600 34.5(1680 1430) 3600 ( ) 2 1 = − = − = 制冷系数 4.64 250 1160 1680 1430 1430 270 2 1 1 4 = = − − = − − = H H H H
10.压缩机出口氨的压力为10MPa,温度为50℃,若按下述不同的过程膨胀到0.Pa,试求经膨胀 后氨的温度为多少? (1)绝热节流膨胀; (2)可逆绝热膨胀。 解:(1)绝热节流膨胀过程是等焓过程,从P-H图上沿着等焓线可找到终态2为0.MPa温度为30℃, 2X250℃ (2)可逆绝热膨胀过程是等熵过程,同样沿着等熵线可找到终态2’为0.MPa时,温度为-33℃。 11.某实验电厂设计参数如下:锅炉出口燕汽参数为2500kPa,390℃;汽轮机入口蒸汽参数为2300kPa, 385℃;凝汽器中蒸汽压力为7kPa, (1)试求相应的 Rankine循环热效率(新汽参数按汽轮机入口蒸汽参数考虑) (2)已知以发电机电能输出为基准的煤耗率为b=0.71kg/(kW响h)(按发热量为2928kJ/kg的标准煤 计)。求此期间发电的热效率。 查过热水蒸汽表,由T1=290℃,p=2500kPa,得H1=3222kJ/kg 由T:=385℃,P1=2300kPa,查得H1=3208kJ/kg,S1=70107kJ/(kg:K) 由p2=7kPa,查饱和水和饱和蒸汽表,得 H2=H3=1627kJ/kg, H2=2572kJ/kg S2=0.5568kJ/kg·K), S2=8.280kJ(kg·K) 因为1-2为可逆绝热过程,则S2=S1=70107kJ/(kJ·K),设点2的干度为x,则有 S2=S2Yx+S2(1-x) 7.0107=8.280x+0.5568(1-x) 由此可得 H=H2x+H(1-x)=2572×0.837+1627×0.163=2179(kJ/kg) 则 Rankine循环热效率为 WH1-H23208-2179 =0.337=33.7% QH1-H33222-1627 kW.h/kg b0.71 071×3600%/kg=5070J/kg (2)由已知条件知,以发电机电能输出为基准的煤耗率ba=07lkg(kW·h,则Ikg煤的发电量
63 10．压缩机出口氨的压力为 1.0MPa，温度为 50℃，若按下述不同的过程膨胀到 0.1MPa，试求经膨胀 后氨的温度为多少？ （1）绝热节流膨胀； （2）可逆绝热膨胀。 解：（1）绝热节流膨胀过程是等焓过程，从 P-H 图上沿着等焓线可找到终态 2 为 0.1MPa 温度为 30℃。 （2）可逆绝热膨胀过程是等熵过程，同样沿着等熵线可找到终态 2为 0.1MPa 时，温度为-33℃。 11. 某实验电厂设计参数如下：锅炉出口蒸汽参数为 2500kPa，390℃；汽轮机入口蒸汽参数为 2300kPa， 385℃；凝汽器中蒸汽压力为 7kPa， （1）试求相应的 Rankine 循环热效率（新汽参数按汽轮机入口蒸汽参数考虑）。 （2）已知以发电机电能输出为基准的煤耗率为 0.71 /( ) a b kg kW h = (按发热量为 29288kJ/kg 的标准煤 计)。求此期间发电的热效率 ηa。 解： （1） 查过热水蒸汽表，由 T1=290℃，p1=2500kPa，得 H1=3222kJ/kg 由 T1' =385℃, 1' p =2300kPa，查得 H1' =3208kJ/kg, 1' S =7.0107kJ/(kg·K) 由 p2=7kPa，查饱和水和饱和蒸汽表，得 H2 L=H3=162.7kJ/kg， H2 V=2572kJ/kg S2 L=0.5568kJ/(kg·K)， S2 V=8.280 kJ/(kg·K) 因为 ' 1 -2 为可逆绝热过程，则 S2= 1' S =7.0107 kJ/(kJ·K)，设点 2 的干度为 x，则有 S2=S2 Vx＋S2 L (1－x) 7.0107=8.280x＋0.5568(1－x) x=0.837 由此可得 H2=H2 Vx＋HL (1－x)=2572×0.837＋162.7×0.163=2179(kJ/kg) 则 Rankine 循环热效率为 1' 2 1 3 3208 2179 0.337 33.7% 3222 162.7 1 1 1 / 3600 / 5070 / 0.71 0.71 a W H H Q H H kW h kg kJ kg kJ kg b − − = = = = = − − = = = （2） 由已知条件知，以发电机电能输出为基准的煤耗率 ba=0.71kg/(kW·h),则 1kg 煤的发电量 P 1MPa 1 1.0 2’ 2 50℃ 0.1 -33℃ 30℃ H
b0万kHh/kg 少×3600J/kg=5070/g又已知kg煤的发热量知kg煤的 发热量为29228kJ/kg,故发电的热效率为 kg煤的发电量 lg煤某的发热量009 5070 29288×100%=173% 12.某压缩制冷装置,用氨作为制冷剂,氨在燕发器中的温度为-25℃,冷凝器内的压力为1180kPa, 假定氨进入压气机时为饱和蒸气,而离开冷凝器时是饱和液体,如果每小时的制冷量为167000%,求 (1)所需的氨流率; (2)制冷系数。 解:此氨制冷循环示于右图所示TS图上 (1)查的TS图,得H1=1648k/kg,h=1958kJ/kg, H3=H4=565kJ/kg 则单位质量制冷剂的制冷量为 qo=H1-H4=1648-565=1083(kJ/kg) 所需的氨流率为 g1670001542(kgh) 901083 (2)制冷系数为 qo qo 1083 WH,-H11958-1648 13.有一制冷能力为Q=41800kJ/h的氨压缩机,在下列条件下工作:蒸发温度to=-15℃冷凝温度t= 25℃,过冷温度t=+20℃,压缩机吸入的是干饱和蒸气,试计算 (1)单位质量的制冷能力; (2)每小时制冷剂循环量; (3)在冷凝器中制冷剂放出的热量 (4)压缩机的理论功率 (5)理论制冷系数 解:状态点1为-15℃的干饱和蒸气,由氨的温熵查得H1=1664kJ/kg。由t=-15℃饱和汽线上该状态 点(沿等熵线垂直向上)与t30℃对应的饱和压力p3=10×105Pa线相交,查得H2=1866kJ/kg。状态点 5为20℃的过冷液体,查20℃的饱和液体得H3=5146kJ/kg。因节流前后焓值不变,则H=H5=5146kJ/kg (1)单位质量的制冷能力为 q=H1-H=1664-5146=1149.4(kJ/kg) (2)每小时制冷剂循环量为 G=9=41800 =3637(kg/h) 11494 (3)在冷凝器中制冷剂放出的热量为 Q=G(Hs-H2)=3677×(5146-1866)=-49691(kJh) (4)压缩机的理论功率为 Nr=G(H2-H1)=36.37×(1866-1664) =7346.74(kJ/h)=2.04kJ/s204kW
64 == 1 1 1 / 3600 / 5070 / 0.71 0.71 a kW h kg kJ kg kJ kg b = = = 又已知 1kg 煤的发热量知 1kg 煤的 发热量为 29228kJ/kg，故发电的热效率为 ηa= 1 1 kg kg 煤的发电量 煤的发热量 ×100% = 5070 100% 17.3% 29288 = 12. 某压缩制冷装置，用氨作为制冷剂，氨在蒸发器中的温度为－25℃，冷凝器内的压力为 1180kPa， 假定氨进入压气机时为饱和蒸气，而离开冷凝器时是饱和液体，如果每小时的制冷量为 167000kJ，求 （1） 所需的氨流率； （2） 制冷系数。 解：此氨制冷循环示于右图所示 T-S 图上。 （1） 查 的 T-S 图，得 H1=1648kJ/kg ， H2=1958kJ/kg ， H3=H4=565kJ/kg 则单位质量制冷剂的制冷量为 q0=H1－H4=1648－565=1083(kJ/kg) 所需的氨流率为 G= 0 0 167000 1083 Q q = =154.2（kg/h） (2)制冷系数为 ε= 0 0 2 1 1083 1958 1648 q q W H H = = − − =3.49 13. 有一制冷能力为 Q0=41800kJ/h 的氨压缩机，在下列条件下工作：蒸发温度 t0=－15℃,冷凝温度 tk= ＋25℃，过冷温度 t=＋20℃，压缩机吸入的是干饱和蒸气，试计算 （1） 单位质量的制冷能力； （2） 每小时制冷剂循环量； （3） 在冷凝器中制冷剂放出的热量； （4） 压缩机的理论功率； （5） 理论制冷系数。 解：状态点 1 为－15℃的干饱和蒸气，由氨的温熵查得 H1=1664kJ/kg。由 t1=－15℃饱和汽线上该状态 点（沿等熵线垂直向上）与 t=30℃对应的饱和压力 p3=10×105Pa 线相交，查得 H2=1866kJ/kg。状态点 5 为 20℃的过冷液体，查 20℃的饱和液体得 H5=514.6kJ/kg。因节流前后焓值不变，则 H6= H5=514.6kJ/kg （1） 单位质量的制冷能力为 q0=H1－H6=1664－514.6=1149.4（kJ/kg） (2) 每小时制冷剂循环量为 G= 0 0 41800 1149.4 Q q = =36.37（kg/h） （3） 在冷凝器中制冷剂放出的热量为 Q=G（H5－H2）=36.77×（514.6－1866）=－49691（kJ/h） （4） 压缩机的理论功率为 NT=G（H2－H1）=36.37×（1866－1664） =7346.74（kJ/h）=2.04kJ/s=2.04kW
(5)理论制冷系数 qo 11494 W(H2-H1)(1866-1664) 14有人设计了一套装置用来降低室温。所用工质为水,工质喷入蒸发器内部分汽化,其余变为5℃的 冷水,被送到使用地点,吸热升温后以13℃的温度回到蒸发器,蒸发器中所形成的干度为98%的蒸气 被高心式压气机送往冷凝器中,在32℃的温度下凝结为水。为使此设备每分钟制成750kg的冷水,求 (1)蒸发器和冷凝器中的压力; (2)制冷量(k/h); (3)冷水循环所需的补充量; (4)每分钟进入压气机的蒸气体积。 解 (1)从饱和水和饱和蒸气表查得:蒸发器内5℃水的饱和蒸气压p=0.00872×105Pa,冷凝器的温度 为32℃水的饱和压力p2=0.0468×105Pa (2)本装置依靠5℃的冷水从室内吸热,从而升温至13℃来降低室温,故本装置的制冷量为 Q=G2(H5-H6)=G2CP(Ts-16) 750×4.184×(13-5 =25104(kJ/min)=1506240kJ/h (3)对蒸发器作质量衡算 G1=G3+G2 (1) 对蒸发器再作能量衡算 GIHs=G3HI+G2H6 (2) 联立方程(1)和(2)求得G3,即为冷水循环所需的补充量 750(H5-H6 H 从饱和水和饱和蒸气表查得 H1(t=5℃,x=0.98)=2460kJ/kg,H5(=13℃的饱和水)=54.(kJ/kg) 因此 25104 =1048(kg/min) 2460-546 (4)从饱和水和饱和蒸气表查得:5℃时的饱和蒸气比容Ug=147.12m3/kg;5℃时饱和水的比容U =0.001m/kg,则干度为0.98的蒸气比容 Ugx+Ur(1-x)=147.12×0.98+0.001×(1-0.98)=144.18(m3/kg) 最后得到每分钟进入压气机的蒸气体积为 V=G3U=10.48×144.18=1511(m3/min)
65 （5） 理论制冷系数 ε= 0 0 2 1 1149.4 ( ) (1866 1664) q q W H H = = − − =5.69 14.有人设计了一套装置用来降低室温。所用工质为水，工质喷入蒸发器内部分汽化，其余变为 5℃的 冷水，被送到使用地点，吸热升温后以 13℃的温度回到蒸发器，蒸发器中所形成的干度为 98%的蒸气 被离心式压气机送往冷凝器中，在 32℃的温度下凝结为水。为使此设备每分钟制成 750kg 的冷水，求 （1） 蒸发器和冷凝器中的压力； （2） 制冷量（kJ/h）； （3） 冷水循环所需的补充量； （4） 每分钟进入压气机的蒸气体积。 解： （1） 从饱和水和饱和蒸气表查得：蒸发器内 5℃水的饱和蒸气压 p1=0.00872×105Pa，冷凝器的温度 为 32℃水的饱和压力 p2=0.0468×105Pa （2） 本装置依靠 5℃的冷水从室内吸热，从而升温至 13℃来降低室温，故本装置的制冷量为 Q0=G2（H5－H6）=G2CP（T5－T6） =750×4.184×（13－5） =25104（kJ/min）=1506240kJ/h （3） 对蒸发器作质量衡算 G1=G3＋G2 （1） 对蒸发器再作能量衡算 G1H5=G3H1＋G2H6 （2） 联立方程（1）和（2）求得 G3，即为冷水循环所需的补充量 G3= 5 6 1 5 750( ) H H H H − − 从饱和水和饱和蒸气表查得 H1（t=5℃，x=0.98）=2460kJ/kg，H5（t=13℃的饱和水）=54.（kJ/kg） 因此 GB= 25104 2460 54.6 − =10.48（kg/min） （4） 从饱和水和饱和蒸气表查得：5℃时的饱和蒸气比容υg=147.12m3 /kg；5℃时饱和水的比容υ f=0.001m3 /kg，则干度为 0.98 的蒸气比容 υ=υgx＋υf（1－x）=147.12×0.98＋0.001×（1－0.98）=144.18（m 3 /kg） 最后得到每分钟进入压气机的蒸气体积为 V=G3υ=10.48×144.18=1511（m 3 /min）
