少。
5. 试比较如下几种水蒸汽，水和冰的有效能大小。设环境温度为298K。 0.15MPa，160℃，过热蒸汽； 0.3MPa， 160℃，过热蒸汽； 0.07MPa，100℃，过冷蒸汽； 100℃，饱和蒸汽； 0.1MPa，100℃，饱和水； 0.1MPa，0℃，冰。
解：由水和水蒸汽性质表可查得各状态点的焓和熵值，设298K，液态水为基准态，有效能为另。
根据有效能计算式：
B?B0?(H?H0)?T0(S?S0) 计算结果见下表所列。 序号 0 1 2 3 4 5 6 判断水蒸汽的价值，应当用有效能而不是焓，从表中1，2可见，相同温度下，高压蒸汽的焓值虽不如低压蒸汽高，但是其有效能却比低压蒸汽为高。实际使用中，当然高压蒸汽的使用价值高，相对称为高品质能量。
t,℃ 25 160 160 100 100 100 0 P,MPa 0.1 0.15 0.3 0.07 0.1 0.1 0.1 H,kJ·kg-1 104.89 2792.8 2782.3 2680.0 2676.2 419.04 -334.4 S,kJ·kg-1·K-1 0.3674 7.4665 7.1276 7.5341 7.3614 1.3069 -1.2247 B,kJ·kg-1 0 572.4 662.9 439.4 487.1 34.2 35.2
6.求将室温空气由常压压缩至0.6MPa的有效能为多少？ 假设环境温度为298K。
解：若假设空气为理想气体，则压力对焓变化无影响，压力对熵变化为 ?S??RlnP P0 则有效能变化 ?B?B?B0?B??H?T0?S?0?T0?S?RT0lnP P0 ?8.314?298?ln0.6?4439.2 J?mol?1 0.17.某人称其能用100℃的饱和水蒸汽，提供140℃的热能，且每公斤水蒸汽可供热量1800kJ·kg-1。请验证其可靠性。
解：热泵可以提高热能的温度，其原理采用某工质，使其在低于环境的温度下蒸发，即从环境吸入热量，再压缩到较高压力，在高于环境温度下冷凝放热，达到供热的目的。0.1MPa，100℃的饱和水蒸汽，若取298K，液态水为基准态，其有效能
B?(H?H0)?T0(S?S0)?(2676.2?104.89)?298?(7.3614?0.3674) ?487.1kJ?kg?1 热能的有效能为： BQ??1???T0?298???1Q?1?????1800?501.2kJ?kg T??140?273? 487.1<501.2，显然这一说法是不可行的，实际过程中热损耗是不可避免的，二者之间的差距更大。
8．有一台空气压缩机，为气动调节仪表供应压缩空气，平均空气流量为500m3·h-1，进气
初态为25℃，0.1Mpa，压缩到0.6Mpa，假设压缩过程可近似为绝热可逆压缩，试求压缩机出口空气温度，以及消耗功率为多少？ 解：对绝热过程 ΔH=-Ws
初、终态的焓值可以查空气的有关图表得到，也可以从气体的P-V-T关系式求得。由于压力不高，此时空气可当成理想气体处理。多变指数k? 可导出理想气体绝热可逆过程的轴功式
?1.4?1?P2kk??0.611?k1.46.4Ws??P1V1?()?1????0.1?10??()?1?
k?1P1.4?10.1?1???CpCv?(2/7R)/(2/5R)?7?1.4 5??32.5kW
压缩时温度变化关系式为：
PT2?T1(2)P1k?1k0.6?(25?273)()0.11.4?11.4?497.2K
即为224℃，可见出口温度太高，需要在压缩机的出口装上冷却器，通常在压缩机出口有一缓冲罐，在此对空气进行冷却降温。
如果出口压力较高，则不能当成理想气体处理，真实气体的PVT性质是可以通过状态方程准确计算的。
9．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：
?J?(?T)?(?P)HT(?V)P?V?T CpRT?6.4?104，其中P4 将P-V-T关系式代入上式，PV?RT?6.4?10P→V?(?VR)P? ?TPT??J?R?VRT?PV?6.4?104?6.4?104P????0
CpP?CpCpCp可见，节流膨胀后，温度比开始为高。
-1-1
10．某人称其设计了一台热机，该热机消耗热值为42000kJ·kg的燃料30kg·h，可以产生的输出功率为170kW。该热机的高温与低温热源分别为670K和330K。试判断此热机是否合理。
解：从已知的条件，我们可以计算出该热机的效率，以及卡诺热机的效率，然后比较两者的大小。
热机的效率 ??W170??0.486 42000?30Q3600 卡诺热机效率 ?卡?T高?T低T高?670?330?0.508
670 卡诺热机是效率最高的热机，显然该人设计的热机不合理。
11．某动力循环的蒸汽透平机，进入透平的过热蒸汽为2.0MPa，400℃，排出的气体为0.035MPa饱和蒸汽，若要求透平机产生3000kW功率，问每小时通过透平机的蒸汽流量是多少？其热力学效率是等熵膨胀效率的多少？假设透平机的热损失相当于轴功的5%。 解：进出透平机的蒸汽状态见下图所示，焓、熵值从附录水蒸汽表中查到，
T 4 2 3 1 6 5 S
按稳流系统热力学第一定律对透平机进行能量衡算，ΔH=Q-Ws 则m?H2?H1??5%Ws?Ws??0.95Ws 蒸汽流量m??0.95Ws?0.95?3000?3600??16650.4kg?h?1
H2?H12631.4?3247.6 按本题意，等熵膨胀的空气应该是湿蒸汽，即为饱和蒸汽和饱和水的混合物，此时熵值，
即为饱和蒸汽和饱和水的熵按比例混合，从附录查得饱和蒸汽的熵从饱和水性质表查得饱和液体的熵，Sl?0.9875Sg?7.7153kJ?kg?1K?1，kJ?kg?1?K?1 设空气中气相重量百分含量为x,
则 7.1271=7.7153×x+(1-x)×0.9875 解得 x=0.9126
空气的焓值 H=x×Hg+（1-x）Hl
=0.9126×2631.4+(1-0.9126)×304.25=2428.0kJ·kg-1 定熵效率 ?s?H1?H23247.6?2631.4??0.75?75%
H1?H3247.6?2428
12．某蒸汽动力循环操作条件如下：冷凝器出来的T 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℃。
4 求：(1) 上述循环的最高效率。 3 2 (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1 6 5 5’ 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
S H4?303.46KJ?kg?1
H1?H3??VdP?V(P?10?3?(1.5?0.035)?106?1.5kJ?kg?1 1?P2)?1.0245P2P1H1?303.46?1.5kJ?kg?1（由于液体压力增加其焓增加很少，可以近似H1?H4）
H2?2992.7KJ?kg?1 S2?6.8381kJ?kg?1?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。
S3?S2?6.8381，由0.035Mpa，查得
气相，Sg?7.7153kJ?kg?1?K?1（查饱和蒸汽性质表）
液相，Sl?0.9852kJ?kg?1?K?1（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
H3?x?Hg?(1?x)Hl?0.87?2631.4?(1?0.87)?303.46?2328.77kJ?kg?1
??H2?H32992.7?2328.77??0.247
H2?H12992.7?303.96 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
?卡?T高?T低T高?198.32?72.69?0.267
198.32?273若卡诺循环运行在实际的二个温度之间，其效率为
?卡?T高?T低T高?280?72.69?0.375
280?273(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
P H 3 2 2 1 4 1 3 4 H S 0.80(H2?H3)???0.80?0.247?0.198
H2?H113．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。
14． 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卡?Q(制冷量)T1(蒸发温度) ?0T2(冷凝温度)?T1WN(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，