热工基础(4.1.1)--第五章习题作业及答案

5-2 空气流经出口面积为A2=10cm2的渐缩喷管，喷管进口的空气参数为p1=2.0MPa、

tl=80℃、c1=150m/s，背压pb=0.8MPa，试求喷管出口处空气的流速和流经喷管的空气流量。若喷管的速度系数为0.96，喷管的出口流速和流量又为多少？

’

答案：（1）c2=339.5 m/s，qm=0.489 kg/s。 （2）c2=325.9 m/s，qm’=0.462 kg/s。

5-3 水蒸气经汽轮机中的喷管绝热膨胀，进入喷管的水蒸气参数p1=0.9MPa、t1=525℃，喷管背压为pb=0.4MPa、若流经喷管的质量流量qm=6kg/s，试进行喷管的设汁计算。 答案：选缩放喷管，Acr=5.79 cm2，A2=5.99 cm2

5-7 一锅炉锅筒，壁厚20mm，外径0.6m，热导率λ=58W/(m•K)，烟气温度t1=1000°C，水温t2=200°C。烟气到锅筒壁的总表面传热系数h1=116W/(m•K)，锅筒壁壁面到水求锅筒的热流密度和汽包外壁表面的温度。若锅筒的表面传热系数h2=2326W/(m•K)。

内壁表面结了一层5mm的水垢，其热导率λ2=1.3W/(m•K)，再求各值。 ，tw1=269.3℃；结垢q=58800（W/m2），tw1=493.1℃； 答案：无垢q=85150（W/m2）

5-11一套管式换热器长2m，外壳内径为6cm，内管外径为4cm，厚3mm。内管中流过冷却水，平均温度为40°C，质量流量为0.0016m3/s。平均温度70°C的L-AN14润滑油流过环形空洞，质量流量为0.005 m3/s。试计算内外壁面均洁净的传热系数值。冷却水系经处理的冷却塔水，管壁材料为黄铜。（油类被冷却时，层流换热可按Nu=1.86(RePrd/l)1/3(ηf/ηw)0.14计算，定性温度为流体平均温度）。 答案：k0=217.8 W/(m2.K)

5-22某单级活塞式空压机每小时吸入温度t1=17℃、压力p1=0.1MPa的空气120m3，输出空气的压力为p2=0.64MPa。试按下列三种情况机算压气机所需的理想功率及气体的出口温度： (l)定温压缩； (2)绝热压缩；

(3)多变压缩(n=1.2)。

答案：(1) Pc,T=6.19 kW; (2) Pc,s=8.2 kW; (3) Pc,n=7.3 kW

5-23 一台两级压缩级间冷却压气机，进入压气机的空气温度是t1=17℃、压力p1=0.1MPa，压气机将空气压缩至p3=2.5MPa，压气机的生产量为500m3/h（标准状态），两级压气机中的压缩过程均按多变指数n=1.25进行。现以压气机耗功最小为条件，试求： (1)空气在低压气缸中被压缩后的压力p2； (2)空气在气缸中压缩后的温度； (3)压气机耗功及功率；

(4)空气在级间冷却器中放出的热量。

答案：(1) P2= 0.5 MPa, (2) T2=400 K, (3) wc=316.1 kJ/kg, Pc,n=56.9 kW

2

2

5-24 某轴流式压气机，每秒生产20kg压力为0.5MPa的压缩空气。若进入压气机的空气温度为t1=20℃、压力为pl =0.1MPa，压气机的绝热效率ηc,s=0.92，求出口处压缩空气的温度及该压气机的耗功率。

答案：T2’=478.9 K, P=37300 kW

5-26 定容加热汽油机的循环每千克空气加入热量l000kJ，压缩比ε=v1/v2=5，压缩过程的初参数为l00kPa、15℃。试求： (l)循环的最高压力和最高温度； (2)循环热效率。

答案：(1) Tmax=1943 K, pmax= 3.37 MPa; (2)

5-30 某燃气轮机装置定压加热理想循环如图16-10所示。压气机进口参数为

p1=0.1MPa,T1=300K，压气机增压比π=p2/p1=6，燃气轮机进口处燃气温度T3=1000K 。取空气的cp=1.004kJ/(kg·K)，κ=1.4，试求： (1)循环各点的温度和压力；

(2)循环的吸热量、放热量和净功量；

(3)循环的热效率。

答案：(1) p1= 0.1MPa, T1=300 K; p2= 0.6MPa, T2=500.6K; p3= 0.6MPa, T3=1000K;

p4 =0.1MPa, T4=599.3K.

(2) qH=501.4 kJ/kg, qL=300.5 kJ/kg, w0=200.9 kJ/kg, (3)

5-32 某燃气轮机装置的定压加热实际循环中，压气机进口空气p1=0.1MPa、t1=20℃，

π=p2/p1=5，循环最高温度t3=1000℃压气机绝热效率ηc,s=0.84，燃气轮机的相对内效率

ηT=0.91，

试求：

(1)循环各点的温度：

(2)循环的加热量、放热量和净功：

(3)压气机和燃气轮机中不可逆过程的熵产。

答案：(1) T1=293 K, T2’=496.7K, T3=1273K, T4’=846K. (2) qH=779.8 kJ/kg, qL=555.2 kJ/kg, w0=224.6 kJ/kg,

(3) sg,c=0.068 kJ/(kg.K), sg,T=0.0517 kJ/(kg.K)

5-35 某蒸汽动力循环装置为朗肯循环。蒸汽的初压为p1=4MPa，背压p2=0.005MPa，若初温分别为300℃和500℃，试求蒸汽在不同初温下的循环热效率ηt及蒸汽的终态干度x2。 答案：(1) t1=300℃时，x2=0.743，

5-38 某蒸汽压缩制冷循环如图18-4所示。制冷剂为R134a。蒸发器出口制冷剂的温度为t1=- 15℃，在冷凝器中冷凝后的R134a为饱和液，温度t3=25℃，试求： (l)蒸发器中R134a的压力和冷凝器中R134a的压力； (2)循环的制冷量qL循环净功w0和制冷系数ε；

（2）t1=500℃时，x2=0.832，

(3)若该装置的制冷能力为QL=42×104kJ/h，R134a的质量流量为多大？ 答案： (1) p1=164.36kPa, p2=665.49 kPa.

(2) qL=154.34 kJ/kg, w0=29.06 kJ/kg, ε=5.3 (3) qm=2555.4kg/h