推力室热力计算大作业
火箭发动机原理2015年推力室热力计算大作业报告
学号 12151171
学生姓名段毓
2015年5月18日
1.理论方法
首先设定两个假定的燃烧温度T1，T2，用迭代编程方法计算出两种温度下的燃烧室平衡组分，再由平衡组分计算出两个总焓，然后线性插值求出Tf。
根据Tf，计算燃烧室真正的平衡组分、焓值、熵值以及比热比。
根据压强比和燃烧室温度求出出口截面燃烧产物温度Te，并确定相邻两个温度Te1和Te2。
分别求出喷管出口截面在Te1、Te2条件下的平衡组分、焓值、熵值，因为是等熵流动过程，所以用熵的“内插法”计算出真正Te。
由Te求出出口的平衡组分和发动机的理论比冲。
2.程序设计
#include
#include
#define NC 11.2738
#define NH 40.8672
#define NO 25.8632
#define NN 5.6773
#define NCl 5.7692
#define NS 2.4177
#define NAl 1.8532
#define p 70
#define Ip0 -2400
#define R0 8.314
int main(void)
{
//T=2800k
int i;
double nSO2 = NS,nAl2O3 = NAl/2;
/*第一次近似计算*/
double Kp =7.0080,KpH2O =0.2233e-1,KpH2Oz =0.2091e-1,KpH2 =
0.6649e-2,KpHCl = 4.5983e-3,KpNO =0.8786e-2;
double hAl2O3 =-1317.62,hH2O =-127.652,hH2 =81.5682,hHCl =-8.20359,hO2 =90.35295,hNO =178.2121,hCl =176.07,hCO2 =-
252.515,hCO =-24.3009,hN2 =85.56553,hSO2 =-158.738,hOH =
124.7157,hH =270.2106;
double nH =0,nCl =0,nO2 =0,nOH =0,nNO =0;//令浓度较小组分摩尔数为0
double nN2,nHCl,NOz,A,B,nCO2,nCO,nH2O,nH2,ng;
for(i=0;i<10;i++)
{
nN2 =(NN-nNO)/2;
NOz = NO -2*nSO2 -3*nAl2O3 -2*nO2 - nOH - nNO;
A = NOz - NC;//NOz为NO'的意思
B =(NH - nHCl - nOH - nH)/2- A;
/*计算nCO2*/
nCO2 =0.5*(sqrt((Kp*B+NOz)*(Kp*B+NOz)+4*(Kp -1)* A * NC)- Kp * B - NOz)/(Kp -1);
/*代入（4-57）*/
nCO = NC - nCO2;
nH2O = A - nCO2;
nH2 = B + nCO2;
/*计算ng*/
ng = nCO2 + nH2O + nCO + nH2 + nN2 + nHCl + nSO2 + nO2 + nOH + nNO + nH + nCl;
/*第二次近似计算*/
nO2 =(nH2O/nH2)*(nH2O/nH2)* KpH2O * KpH2O * pow(p/ng,-1);
nOH = nH2O * KpH2Oz * pow(p/ng,-1)/sqrt(nH2);
nH = sqrt(nH2*KpH2)*pow(p/ng,-0.5);
nCl = nHCl * KpHCl * pow(p/ng,-1)/nH;
nNO = sqrt(nN2*nO2*KpNO);
}
double Ip1 = nAl2O3 * hAl2O3 + nH2O * hH2O + nH2 * hH2 + nHCl * hHCl + nO2 * hO2 + nNO * hNO + nCl * hCl + nCO2 * hCO2 + nCO * hCO + nN2 * hN2 + nSO2 * hSO2 + nOH * hOH + nH * hH;
printf("T1=2800K\n");
printf("nAl2O3=%lfmol/Kg,\nnH2O=%lfmol/Kg,\nnH2=%lfmol/Kg,\nnHCl= %lfmol/Kg,\nnO2=%lfmol/Kg,\nnNO=%lfmol/Kg,\nnCl=%lfmol/Kg,\nnCO2=%lfm ol/Kg,\nnCO=%lfmol/Kg,\nnN2=%lfmol/Kg,\nnSO2=%lfmol/Kg,\nnOH=%lfmol/K g,\nnH=%lfmol/Kg.",nAl2O3,nH2O,nH2,nHCl,nO2,nNO,nCl,nCO2,nCO,nN2,nSO2 ,nOH,nH);
printf("\nIp1=%lfkJ/kg\n",Ip1);
/*----------------------------------------我是华丽丽的分割线-----------------------------*/
//T=2000k
Kp = 4.7410;KpH2O =0.2892e-3,KpH2Oz =0.1378e-3,KpH2 =0.2631e-5,KpHCl = 1.9697e-6,KpNO =0.3926e-3;
hAl2O3 =-1460.81,hH2O =-169.323,hH2 =53.1347,hHCl =-
37.2656,hO2 =59.38296,hNO =148.5028,hCl =159.096,hCO2 =-
301.93,hCO =-53.7004,hN2 =56.33483,hSO2 =-205.823,hOH =
96.07448,hH =253.5697;
nH =0,nCl =0,nO2 =0,nOH =0,nNO =0;
for(i=0;i<10;i++)
{
nN2 =(NN-nNO)/2;
NOz = NO -2*nSO2 -3*nAl2O3 -2*nO2 - nOH - nNO;
A = NOz - NC;//NOz为NO'的意思
B =(NH - nHCl - nOH - nH)/2- A;
/*计算nCO2*/
nCO2 =0.5*(sqrt((Kp*B+NOz)*(Kp*B+NOz)+4*(Kp -1)* A * NC)- Kp * B - NOz)/(Kp -1);
/*代入（4-57）*/
nCO = NC - nCO2;
nH2O = A - nCO2;
nH2 = B + nCO2;
/*计算ng*/
ng = nCO2 + nH2O + nCO + nH2 + nN2 + nHCl + nSO2 + nO2 + nOH + nNO + nH + nCl;
/*第二次近似计算*/
nO2 =(nH2O/nH2)*(nH2O/nH2)* KpH2O * KpH2O * pow(p/ng,-1);
nOH = nH2O * KpH2Oz * pow(p/ng,-1)/sqrt(nH2);
nH = sqrt(nH2*KpH2)*pow(p/ng,-0.5);
nCl = nHCl * KpHCl * pow(p/ng,-1)/nH;
nNO = sqrt(nN2*nO2*KpNO);
}
double Ip2 = nAl2O3 * hAl2O3 + nH2O * hH2O + nH2 * hH2 + nHCl * hHCl + nO2 * hO2 + nNO * hNO + nCl * hCl + nCO2 * hCO2 + nCO * hCO + nN2 * hN2 + nSO2 * hSO2 + nOH * hOH + nH * hH;
printf("\nT2=2000K");
printf("\nnAl2O3=%lfmol/Kg,\nnH2O=%lfmol/Kg,\nnH2=%lfmol/Kg,\nnHC l=%lfmol/Kg,\nnO2=%lfmol/Kg,\nnNO=%lfmol/Kg,\nnCl=%lfmol/Kg,\nnCO2=%l fmol/Kg,\nnCO=%lfmol/Kg,\nnN2=%lfmol/Kg,\nnSO2=%lfmol/Kg,\nnOH=%lfmol /Kg,\nnH=%lfmol/Kg.",nAl2O3,nH2O,nH2,nHCl,nO2,nNO,nCl,nCO2,nCO,nN2,nS O2,nOH,nH);
printf("\nIp2=%lfkJ/kg\n",Ip2);
double Tf =(Ip0 - Ip2)*(2800-2000)/(Ip1 - Ip2)+2000;
printf ("\n内插法求得燃烧室温度Tf=%lfK",Tf);
/*----------------------------------------计算出Tf=2400K-----------------------------*/
//Tf=2400K ^_^
Kp = 6.0390;KpH2O =0.3634e-2,KpH2Oz =0.2573e-2,KpH2 =0.2516e-3,KpHCl = 1.8055e-4,KpNO =0.2410e-2;
hAl2O3 =-1378.49,hH2O =-148.809,hH2 =67.12096,hHCl =-
22.8753,hO2 =74.68854,hNO =163.2842,hCl =167.6069,hCO2 =-
277.412,hCO =-39.0831,hN2 =70.85828,hSO2 =-182.387,hOH =
110.2098,hH =261.8902;
nH =0,nCl =0,nO2 =0,nOH =0,nNO =0;
for(i=0;i<10;i++)
{
nN2 =(NN-nNO)/2;
nHCl = NCl - nCl;
NOz = NO -2*nSO2 -3*nAl2O3 -2*nO2 - nOH - nNO;
A = NOz - NC;//NOz为NO'的意思
B =(NH - nHCl - nOH - nH)/2- A;
/*计算nCO2*/
nCO2 =0.5*(sqrt((Kp*B+NOz)*(Kp*B+NOz)+4*(Kp -1)* A * NC)- Kp * B - NOz)/(Kp -1);
/*代入（4-57）*/
nCO = NC - nCO2;
nH2O = A - nCO2;
nH2 = B + nCO2;
/*计算ng*/
ng = nCO2 + nH2O + nCO + nH2 + nN2 + nHCl + nSO2 + nO2 + nOH + nNO + nH + nCl;
/*第二次近似计算*/
nO2 =(nH2O/nH2)*(nH2O/nH2)* KpH2O * KpH2O * pow(p/ng,-1);
nOH = nH2O * KpH2Oz * pow(p/ng,-1)/sqrt(nH2);
nH = sqrt(nH2*KpH2)*pow(p/ng,-0.5);
nCl = nHCl * KpHCl * pow(p/ng,-1)/nH;
nNO = sqrt(nN2*nO2*KpNO);
}
double Ipf = nAl2O3 * hAl2O3 + nH2O * hH2O + nH2 * hH2 + nHCl * hHCl + nO2 * hO2 + nNO * hNO + nCl * hCl + nCO2 * hCO2 + nCO * hCO + nN2 * hN2 + nSO2 * hSO2 + nOH * hOH + nH * hH;
printf("\n燃烧室平衡组分
\nnAl2O3=%lfmol/Kg,\nnH2O=%lfmol/Kg,\nnH2=%lfmol/Kg,\nnHCl=%lfmol/Kg, \nnO2=%lfmol/Kg,\nnNO=%lfmol/Kg,\nnCl=%lfmol/Kg,\nnCO2=%lfmol/Kg,\nnC O=%lfmol/Kg,\nnN2=%lfmol/Kg,\nnSO2=%lfmol/Kg,\nnOH=%lfmol/Kg,\nnH=%lf mol/Kg.",nAl2O3,nH2O,nH2,nHCl,nO2,nNO,nCl,nCO2,nCO,nN2,nSO2,nOH,nH);
printf("\n总焓\nIpf=%lfkJ/kg\n",Ipf);//根据2400K计算的总焓和所给Ip0相差不大
/*----------------------------------------计算总熵-----------------------------*/
double s0Al2O3 =310.181,s0H2O =273.967,s0H2 =194.833,s0HCl = 252.735,s0O2 =275.851,s0NO =279.948,s0Cl =211.43,s0CO2 =
320.652,s0CO =265.813,s0N2 =258.775,s0SO2 =356.278,s0OH =
248.849,s0H =158.075;
double sAl2O3 = s0Al2O3,sH2O = s0H2O - R0 * log(p*nH2O/ng),sH2 =
s0H2 - R0 * log(p*nH2/ng);
double sHCl = s0HCl - R0 * log(p*nHCl/ng),sO2 = s0O2 - R0 *
log(p*nO2/ng),sNO = s0NO - R0 * log(p*nNO/ng);
double sCl = s0Cl - R0 * log(p*nCl/ng),sCO2 = s0CO2 - R0 *
log(p*nCO2/ng),sCO = s0CO - R0 * log(p*nCO/ng);
double sN2 = s0N2 - R0 * log(p*nN2/ng),sSO2 = s0SO2 - R0 *
log(p*nSO2/ng),sOH = s0OH - R0 * log(p*nOH/ng),sH = s0H - R0 *
log(p*nH/ng);
double s = nAl2O3 * sAl2O3 + nH2O * sH2O + nH2 * sH2 + nHCl *
sHCl + nO2 * sO2 + nNO * sNO + nCl * sCl + nCO2 * sCO2 + nCO * sCO + nN2 * sN2 + nSO2 * sSO2 + nOH * sOH + nH * sH;
printf("总熵\ns=%lfJ/Kg.K\n",s);
/*----------------------------------------计算比热比k-----------------------------*/
double cpAl2O3 =143.9089,cpH2O =52.18258,cpH2 =35.57987,cpHCl =36.3641,cpO2 =38.72138,cpNO =37.15544,cpCl =21.20883,cpCO2 =
61.82268,cpCO =36.77861,cpN2 =36.56507,cpSO2 =58.88178,cpOH =
35.84491,cpH =20.80102;
double cp = nAl2O3 * cpAl2O3 + nH2O * cpH2O + nH2 * cpH2 + nHCl * cpHCl + nO2 * cpO2 + nNO * cpNO + nCl * cpCl + nCO2 * cpCO2 + nCO * cpCO + nN2 * cpN2 + nSO2 * cpSO2 + nOH * cpOH + nH * cpH;
double m =1/(ng + nAl2O3);
double R = R0/m;
double k = cp/(cp-R);
printf("比热比\nk=%lf\n",k);
/*----------------------------------------计算燃烧室理论特征速度c*-----------------------------*/
double cx=sqrt(R*Tf)/0.6562;
printf("燃烧室理论特征速度\nc*=%lfm/s\n",cx);
/*----------------------------------------计算出口截面温度Te-----------------------------*/
double Te = pow(1.0000000/p,(k-1.000000000)/k)*2400;
printf("出口截面温度\nTe=%lfK\n",Te);
/*----------------------------------------计算1000K和1100K下燃烧产物平衡组分-----------------------------*/
//1000K
Kp =0.7254;
nH =0,nCl =0,nO2 =0,nOH =0,nNO =0;
nN2 =(NN-nNO)/2;
nHCl = NCl - nCl;
NOz = NO -2*nSO2 -3*nAl2O3 -2*nO2 - nOH - nNO;
A = NOz - NC;//NOz为NO'的意思
B =(NH - nHCl - nOH - nH)/2- A;
/*计算nCO2*/
nCO2 =0.5*(sqrt((Kp*B+NOz)*(Kp*B+NOz)+4*(Kp -1)* A * NC)- Kp * B - NOz)/(Kp -1);
/*代入（4-57）*/
nCO = NC - nCO2;
nH2O = A - nCO2;
nH2 = B + nCO2;
/*计算ng*/
ng = nCO2 + nH2O + nCO + nH2 + nN2 + nHCl + nSO2 + nO2 + nOH + nNO + nH + nCl;
printf("\nT=1000K时\n出口截面燃烧产物平衡组分
\nnAl2O3=%lfmol/Kg,\nnH2O=%lfmol/Kg,\nnH2=%lfmol/Kg,\nnHCl=%lfmol/Kg, \nnCO2=%lfmol/Kg,\nnCO=%lfmol/Kg,\nnN2=%lfmol/Kg,\nnSO2=%lfmol/Kg.",n Al2O3,nH2O,nH2,nHCl,nCO2,nCO,nN2,nSO2);
/*计算焓*/
hAl2O3 =-1593.1,hH2O =-215.653,hH2 =20.83535,hHCl =-
71.1597,hCO2 =-368.551,hCO =-88.7816,hN2 =21.62586,hSO2 =-
262.681;
double Ipe1 = nAl2O3 * hAl2O3 + nH2O * hH2O + nH2 * hH2 + nHCl * hHCl + nCO2 * hCO2 + nCO * hCO + nN2 * hN2 + nSO2 * hSO2;
printf("\n总焓\nIpe1=%lfkJ/kg",Ipe1);
/*计算熵*/
s0Al2O3 =182.387,s0H2O =232.8726,s0H2 =166.2406,s0HCl =
222.8405,s0CO2 =269.3539,s0CO =234.9577,s0N2 =228.2292,s0SO2 = 306.3339;
sAl2O3 = s0Al2O3,sH2O = s0H2O - R0 * log(nH2O/ng),sH2 = s0H2 - R0 * log(nH2/ng),sHCl = s0HCl - R0 * log(nHCl/ng);
sCO2 = s0CO2 - R0 * log(nCO2/ng),sCO = s0CO - R0 *
log(nCO/ng),sN2 = s0N2 - R0 * log(nN2/ng),sSO2 = s0SO2 - R0 *
log(nSO2/ng);
double s1 = nAl2O3 * sAl2O3 + nH2O * sH2O + nH2 * sH2 + nHCl * sHCl + nCO2 * sCO2 + nCO * sCO + nN2 * sN2 + nSO2 * sSO2;
printf("\n总熵\ns1=%lfJ/Kg.K\n",s1);
//1100K
Kp = 1.056;
nH =0,nCl =0,nO2 =0,nOH =0,nNO =0;
nN2 =(NN-nNO)/2;
nHCl = NCl - nCl;
NOz = NO -2*nSO2 -3*nAl2O3 -2*nO2 - nOH - nNO;
A = NOz - NC;//NOz为NO'的意思
B =(NH - nHCl - nOH - nH)/2- A;
/*计算nCO2*/
nCO2 =0.5*(sqrt((Kp*B+NOz)*(Kp*B+NOz)+4*(Kp -1)* A * NC)- Kp * B - NOz)/(Kp -1);
/*代入（4-57）*/
nCO = NC - nCO2;
nH2O = A - nCO2;
nH2 = B + nCO2;
/*计算ng*/
ng = nCO2 + nH2O + nCO + nH2 + nN2 + nHCl + nSO2 + nO2 + nOH + nNO + nH + nCl;
printf("\n\nT=1100K时\n出口截面燃烧产物平衡组分
\nnAl2O3=%lfmol/Kg,\nnH2O=%lfmol/Kg,\nnH2=%lfmol/Kg,\nnHCl=%lfmol/Kg, \nnCO2=%lfmol/Kg,\nnCO=%lfmol/Kg,\nnN2=%lfmol/Kg,\nnSO2=%lfmol/Kg.",n Al2O3,nH2O,nH2,nHCl,nCO2,nCO,nN2,nSO2);
/*计算焓*/
hAl2O3 =-1580.6,hH2O =-211.465,hH2 =23.8772,hHCl =-
67.9684,hCO2 =-354.679,hCO =-85.4341,hN2 =24.92605,hSO2 =-
257.192;
double Ipe2 = nAl2O3 * hAl2O3 + nH2O * hH2O + nH2 * hH2 + nHCl * hHCl + nCO2 * hCO2 + nCO * hCO + nN2 * hN2 + nSO2 * hSO2;
printf("\n总焓\nIpe2=%lfkJ/kg",Ipe2);
/*计算熵*/
s0Al2O3 =194.057,s0H2O =236.8636,s0H2 =169.1393,s0HCl =
225.882,s0CO2 =274.5927,s0CO =238.1478,s0N2 =231.374,s0SO2 =
311.5643;
sAl2O3 = s0Al2O3,sH2O = s0H2O - R0 * log(nH2O/ng),sH2 = s0H2 - R0 * log(nH2/ng),sHCl = s0HCl - R0 * log(nHCl/ng);
sCO2 = s0CO2 - R0 * log(nCO2/ng),sCO = s0CO - R0 *
log(nCO/ng),sN2 = s0N2 - R0 * log(nN2/ng),sSO2 = s0SO2 - R0 *
log(nSO2/ng);
double s2 = nAl2O3 * sAl2O3 + nH2O * sH2O + nH2 * sH2 + nHCl * sHCl + nCO2 * sCO2 + nCO * sCO + nN2 * sN2 + nSO2 * sSO2;
printf("\n总熵\ns2=%lfJ/Kg.K\n",s2);
/*--------------内插法求Te，Ie-----------------*/
Te =1000+100*(s-s1)/(s2-s1);
printf("\n用熵的内插，求得出口截面燃烧产物温度\nTe=%lfK.\n",Te);
double Ie = Ipe1 +(Ipe2 - Ipe1)*(Te -1000)/(1100-1000);
printf("\n用温度的内插，求得出口截面燃烧产物总焓\nIe=%lfkJ/kg",Ie);
/*计算发动机理论比冲*/
double Is = sqrt(2000*(Ipf-Ie));
printf("\n\n发动机的理论比冲\nIs=%lfm/s\n",Is);
system("pause");
return0;
}
3.计算的原始数据
某聚硫复合固体推进剂的假定化学式为：
C11.2738H40.8672O25.8632N5.6773Cl5.7692S2.4177Al1.8532，推进剂总焓，燃烧室压强pc=70.924×105Pa、喷管出口压强pe=1atm。
4.运行结果
T1=2800K
nAl2O3=0.926600mol/Kg,
nH2O=6.141343mol/Kg,
nH2=11.329097mol/Kg,
nHCl=5.697047mol/Kg,
nO2=0.000084mol/Kg,
nNO=0.001445mol/Kg,
nCl=0.072153mol/Kg,
nCO2=0.809443mol/Kg,
nCO=10.464357mol/Kg,
nN2=2.837928mol/Kg,
nSO2=2.417700mol/Kg,
nOH=0.021801mol/Kg,
nH=0.207470mol/Kg.
Ip1=-1655.396943kJ/kg
T2=2000K
nAl2O3=0.926600mol/Kg,
nH2O=5.888655mol/Kg,
nH2=11.658961mol/Kg,
nHCl=5.767652mol/Kg,
nO2=0.000000mol/Kg,
nNO=0.000004mol/Kg,
nCl=0.001548mol/Kg,
nCO2=1.085406mol/Kg,
nCO=10.188394mol/Kg,
nN2=2.838648mol/Kg,
nSO2=2.417700mol/Kg,
nOH=0.000135mol/Kg,
nH=0.004179mol/Kg.
Ip2=-3157.332411kJ/kg
内插法求得燃烧室温度Tf=2403.390120K
燃烧室平衡组分
nAl2O3=0.926600mol/Kg, nH2O=6.063990mol/Kg,
nH2=11.470723mol/Kg, nHCl=5.754603mol/Kg,
nO2=0.000002mol/Kg, nNO=0.000120mol/Kg,
nCl=0.014597mol/Kg,
nCO2=0.907461mol/Kg, nCO=10.366339mol/Kg,
nN2=2.838590mol/Kg,
nSO2=2.417700mol/Kg, nOH=0.002624mol/Kg,
nH=0.040548mol/Kg.
总焓
Ipf=-2424.731637kJ/kg
总熵
s=9455.331972J/Kg.K
比热比
k=1.240140
燃烧室理论特征速度
c*=1376.042158m/s
出口截面温度
Te=1054.210162K
T=1000K时
出口截面燃烧产物平衡组分nAl2O3=0.926600mol/Kg, nH2O=3.836364mol/Kg,
nH2=13.712636mol/Kg, nHCl=5.769200mol/Kg, nCO2=3.137836mol/Kg, nCO=8.135964mol/Kg,
nN2=2.838650mol/Kg,
nSO2=2.417700mol/Kg.
总焓
Ipe1=-4880.788951kJ/kg
总熵
s1=9354.288207J/Kg.K
T=1100K时
出口截面燃烧产物平衡组分nAl2O3=0.926600mol/Kg,
nH2=13.234316mol/Kg,
nHCl=5.769200mol/Kg,
nCO2=2.659516mol/Kg,
nCO=8.614284mol/Kg,
nN2=2.838650mol/Kg,
nSO2=2.417700mol/Kg.
总焓
Ipe2=-4683.398353kJ/kg
总熵
s2=9517.169325J/Kg.K
用熵的内插，求得出口截面燃烧产物温度
Te=1062.035285K.
用温度的内插，求得出口截面燃烧产物总焓
Ie=-4758.337132kJ/kg
发动机的理论比冲
Is=2160.372882m/s
5.数据分析
推进剂在燃烧室里的绝热燃烧温度：Tf=2403.390120K；燃烧产物的平衡组分：
nAl2O3=0.926600mol/Kg,
nH2O=6.063990mol/Kg,
nH2=11.470723mol/Kg,
nHCl=5.754603mol/Kg,
nO2=0.000002mol/Kg,
nNO=0.000120mol/Kg,
nCl=0.014597mol/Kg,
nCO2=0.907461mol/Kg,
nCO=10.366339mol/Kg,
nN2=2.838590mol/Kg,
nSO2=2.417700mol/Kg,
nOH=0.002624mol/Kg,
nH=0.040548mol/Kg
理论特征速度：c*=1376.042158m/s
喷管出口截面燃烧产物的温度：Te=1054.210162K；
平衡组分：
nAl2O3=0.926600mol/Kg,
nH2=13.234316mol/Kg,
nHCl=5.769200mol/Kg,
nCO2=2.659516mol/Kg,
nCO=8.614284mol/Kg,
nN2=2.838650mol/Kg,
nSO2=2.417700mol/Kg.
发动机的理论比冲：Is=2160.372882m/s
6.参考资料
[1]李宜敏，张中钦，张远君，固体火箭发动机原理，北京航空航天大学宇航学院
热工基础大作业
核电站在中国的兴起发展 能源是现代社会发展的重要物质基础，是实现经济增长最重要的生产要素之一。一个国家（或地区）经济增长率和生活水平与能源消耗、与当地人均用电量有直接的（正比）关系。世界各国的能源消费结构存在比较大的差异，主要取决于该国的资源构成、经济发展水平以及能源战略. 由于化石燃料对环境的污染及不可再生性，各国积极发展可再生能源，核电作为安全经济的清洁能源受到各国的普遍重视。 现代电力工业的发展状况是一个国家是否发达的重要标志之一，而核电技术的发展程度则在一定意义上反映了该国高新技术水平的高低。 核能发电的能量来自核反应堆中可裂变材料(核燃料)进行裂变反应所释放的裂变能。裂变反应指铀-235、钚-239、铀-233等重元素在中子作用下分裂为两个碎片，同时放出中子和大量能量的过程。反应中，可裂变物的原子核吸收一个中子后发生裂变并放出两三个中子。若这些中子除去消耗，至少有一个中子
能引起另一个原子核裂变，使裂变自持地进行，则这种反应称为链式裂变反应。实现链式反应是核能发电的前提。核电站由核岛（主要包括反应堆、蒸汽发生器）、常规岛（主要包括汽轮机、发电机）和配套设施组成。核电站与一般电厂的区别主要在于核岛部分。 核电之所以能成为重要的能源支柱之一，是由它的安全性、运行稳定、寿期长和对环境的影响小等优点所决定的。大部分核电发达国家的核能发电比常规能源发电更为经济。核电在我国也具有较强的潜在经济竞争力，目前它的经济性已可以与引进的脱硫煤电厂相比较。 据科学家分析，我国煤电燃料链温室气体的排放系数约为1302.3等效CO2克／千瓦时，水电燃料链为107.6等效CO2克／千瓦时。核电站自身不排放温室气体，考虑到它在建造和运行中所用的材料，其燃料链温室气体的排放系数约为13.7等效CO2克／千瓦时。可见，核电站向环境释放的温室气体，只是同等规模煤电厂的百分之一。而且世界上有比较丰富的核资源，核燃料有铀、钍氘、锂、硼等等，世界上铀的储量约为417万吨。地球上可供开发的核燃料资源，可提供的能量是矿石燃料的十多万倍。核能应用作为缓和世界能源危机的一种经济有效的措施有许多的优点，其一核燃料具有许多优点，如体积小而能量大，核能比化学能大几百万倍；1000克铀释放的能量相当于2400吨标准煤释放的能量；一座100万千瓦的大型烧煤电站，每年需原煤300～400万吨，运这些煤需要2760列火车，相当于每天8列火车，还要运走4000万吨灰渣。同功率的压水堆核电站，一年仅耗铀含量为3％的低浓缩铀燃料28吨；每一磅铀的成本，约为20美元，换算成1千瓦发电经费是0．001美元左右，这和目前的传统发电成本比较，便宜许多；而且，由于核燃料的运输量小，所以核电站就可建在最需要的工业区附近。核电站的基本建设投资一般是同等火电站的一倍半到两倍，不过它的核燃料费用却要比煤便宜得多，运行维修费用也比火电站少，如果掌握了核聚变反应技术，使用海水作燃料，则更是取之不尽，用之方便。各种能源向环境释放的放射性物质也相差很大。科学家调查证实，从对公众和工作人员产生的辐射照射看，煤电燃料链分别是核电燃料链的50倍和10倍。 我国在1971年建成第一艘核潜艇以后，立即转入了对核电站的研究和设计。经过几十年的努力，我国迄今已经建成核电机组8套，还有3套正在建设之中，到2005年将全部建成，届时我国的核电装机容量将达到870万千瓦。从我国的第一套核电机组———秦山30万千瓦核电机组并网发电以来，到目前为止，我 国核发电总量已超过为1500亿千瓦时。 秦山核电站是我国大陆第一座核电站。它 是我国自行设计建造的30万千瓦原型压水堆 核电站，于1985年开工建设，1991年12月15 日首次并网发电，1994年投入商业运行，已有 十多年安全运行的良好业绩，被誉为“国之光荣”。 我国自行设计、建造的秦山二期核电站，装有两台60万千瓦压水堆核电机组，于1996年6月2日开工建设。1号机组于2002年2月6日实现首次并网，2002年4月15日提前47天投入商业运行。它的建成为我国核电自主化事业的进一步发展奠定了坚实的基础。
(完整版)哈工大工程热力学习题答案——杨玉顺版
第二章 热力学第一定律 思 考 题 1. 热量和热力学能有什么区别？有什么联系？ 答：热量和热力学能是有明显区别的两个概念：热量指的是热力系通过界面与外界进行的热能交换量，是与热力过程有关的过程量。热力系经历不同的过程与外界交换的热量是不同的；而热力学能指的是热力系内部大量微观粒子本身所具有的能量的总合，是与热力过程无关而与热力系所处的热力状态有关的状态量。简言之，热量是热能的传输量，热力学能是能量？的储存量。二者的联系可由热力学第一定律表达式 d d q u p v δ=+ 看出；热量的传输除了可能引起做功或者消耗功外还会引起热力学能的变化。 2. 如果将能量方程写为 d d q u p v δ=+ 或 d d q h v p δ=- 那么它们的适用范围如何？ 答：二式均适用于任意工质组成的闭口系所进行的无摩擦的内部平衡过程。因为 u h pv =-，()du d h pv dh pdv vdp =-=-- 对闭口系将 du 代入第一式得 q dh pdv vdp pdv δ=--+ 即 q dh vdp δ=-。 3. 能量方程 δq u p v =+d d （变大） 与焓的微分式 ()d d d h u pv =+（变大） 很相像，为什么热量 q 不是状态参数，而焓 h 是状态参数？ 答：尽管能量方程 q du pdv δ=+ 与焓的微分式 ()d d d h u pv =+（变大）似乎相象，但两者 的数学本质不同，前者不是全微分的形式，而后者是全微分的形式。是否状态参数的数学检验就是，看该参数的循环积分是否为零。对焓的微分式来说，其循环积分：()dh du d pv =+???蜒? 因为 0du =??，()0d pv =?? 所以 0dh =??， 因此焓是状态参数。 而对于能量方程来说，其循环积分： q du pdv δ=+???蜒?
建筑物理2热工学大作业
班级建筑141 姓名钟诚 学号3140622027 指导老师Tony
建筑物理2热工学大作业 1.查资料得:宁波市冬季日平均气温在5℃~13℃之间，则取室外温度为t1=7℃，室内适宜温度取为t2=22℃，室内外温差15℃. 2.建筑维护结构材料的选取 ①墙体：墙体分外墙、保温层和内墙外墙（d1=240mm)和内墙(d2=140mm)材料 为灰砂石砌体，λ=1.10；保温层材料(d3=60mm)为矿棉板，λ=0.050 ②屋顶：钢筋混凝土（d1=30mm）λ=1.74；保温砂浆(d2=20mm)λ=0.29；油毡 防水层(d3=10mm)λ=0.17 ③楼地面：钢筋混凝土(d=150mm)λ=1.74 ④门：胶合板(d=50mm)λ=0.17 ⑤窗：单层玻璃材料取平板玻璃(d=5mm)λ=0.76 窗框窗洞面积比25%
3.传热阻计算 ①墙体：R1=0.24/1.10=0.218(㎡·K/W) R2=0.14/1.10=0.127(㎡·K/W) R3=0.06/0.05=1.2(㎡·K/W) R(wall)=Ri+R1+R2+R3+Re=0.11+0.218+0.127+1.2+0.04=1.695(㎡·K/W) ②屋顶：R1=0.03/1.74=0.017(㎡·K/W) R2=0.02/0.29=0.069(㎡·K/W) R3=0.01/0.17=0.059(㎡·K/W) R(roof)=Ri+R1+R2+R3+Re=0.11+0.017+0.069+0.059+0.04=0.295(㎡·K/ W) ③楼地面: R1=0.150/1.74=0.086(㎡·K/W) R(floor)=Ri+R1+Re=0.11+0.086+0.08=0.276(㎡·K/W) ④门: R1=0.05/0.17=0.294(㎡·K/W) R(door)=Ri+R1+Re=0.11+0.294+0.04=0.444(㎡·K/W) ⑤窗：R1=0.005/0 .76=0.0066(㎡·K/W) R(window)=Ri+R1+Re=0.11+0.0066+0.04=0.1566(㎡·K/W)
工程热力学作业.
1-1 一立方形刚性容器，每边长1m ，将其中气体的压力抽至1000Pa ，问其真空度为多少毫米汞柱？容器每面受力多少牛顿？已知大气压力为0.1MPa 。 解：p = 1 000 Pa = 0.001 MPa 真空度mmHg Pa MPa MPa MPa p p p b V 56.74299000099.0001.01.0===-=-= 容器每面受力F ＝p V A = 9 900 Pa×1m 2 =9.9×104 N 1-2 试确定表压力为0.01 MPa 时U 形管压力计中液柱的高度差。(1)U 形管中装水，其密度为1 000 kg/m 3；(2) U 形管中装酒精，其密度为789 kg/m 3。 解： 因为表压力可以表示为p g =ρgΔz ，所以有 g p z g ρ= ? 既有（1）mm m s m m kg Pa g p z g 72.101901972.1/80665.9/10001001.02 36==??=?＝水ρ （2） mm m s m m kg Pa g p z g 34.129729734.1/80665.9/7891001.02 36==??=?＝酒精 ρ 1-7 从工程单位制热力性质查得，水蒸气在500℃、100at 时的比体积和比焓分别为v =0.03347m 3/kg 、h =806.6kcal/kg 。在国际单位制中，这时水蒸气的压力和比热力学能各为多少？ 解： 水蒸气压力p =100at×9.80665×104Pa/at = 9.80665×106Pa=9.80665MPa 比热力学能u=h-pv=806.6kcal ×4.1868kJ/kcal)/kg-9806.65kPa ×0.03347m 3/kg = 3377.073kJ-328.228kJ =3048.845kJ 2-1 冬季，工厂某车间要使室内维持一适宜温度。在这一温度下，透过墙壁和玻璃等处，室内向室外每一小时传出0.7×106kcal 的热量。车间各工作机器消耗的动力为是500PS(认为机器工作时将全部动力转变为热能)。另外，室内经常点着50 盏100W 的电灯，要使该车间的温度保持不变，问每小时需供给多少kJ 的热量？ 解：要使车间保持温度不变，必须使车间内每小时产生的热量等散失的热量 Q = Q 机＋Q 灯＋Q 散＋Q 补 = 0 Q 机 = 500PSh = 500×2.647796×103 kJ = 1.32×106 kJ Q 灯 = 50×100W×3600s = 1.8×107J = 1.8×104 kJ Q 散 = -0.7×106kcal =- 0.7×106×4.1868kJ = -2.93×106 kJ Q 补 = -Q 机-Q 灯＋Q 散 = -1.32×106 kJ-1.8×104 kJ+2.93×106 kJ = 1.592×106 kJ
工程热力学习题解答
1. 热量和热力学能有什么区别？有什么联系？ 答：热量和热力学能是有明显区别的两个概念：热量指的是热力系通过界面与外界进行的热能交换量，是与热力过程有关的过程量。热力系经历不同的过程与外界交换的热量是不同的；而热力学能指的是热力系内部大量微观粒子本身所具有的能量的总合，是与热力过程无关而与热力系所处的热力状态有关的状态量。简言之，热量是热能的传输量，热力学能是能量？的储存量。二者的联系可由热力学第一定律表达式 d d q u p v δ=+ 看出；热量的传输除了可能引起做功或者消耗功外还会引起热力学能的变化。 2. 如果将能量方程写为 d d q u p v δ=+ 或 d d q h v p δ=- 那么它们的适用范围如何？ 答：二式均适用于任意工质组成的闭口系所进行的无摩擦的内部平衡过程。因为 u h p v =-，()du d h pv dh pdv vdp =-=-- 对闭口系将 du 代入第一式得 q dh pdv vdp pdv δ=--+ 即 q dh vdp δ=-。 3. 能量方程 δq u p v =+d d （变大） 与焓的微分式 ()d d d h u pv =+（变大） 很相像，为什么热量 q 不是状态参数，而焓 h 是状态参数？ 答：尽管能量方程 q du pdv δ=+ 与焓的微分式 ()d d d h u pv =+（变大）似乎相象，但两者的数学本 质不同，前者不是全微分的形式，而后者是全微分的形式。是否状态参数的数学检验就是，看该参数的循环积分是否为零。对焓的微分式来说，其循环积分：()dh du d pv =+??? 因为 0du =?，()0d pv =? 所以 0dh =?， 因此焓是状态参数。 而对于能量方程来说，其循环积分： q du pdv δ=+??? 虽然： 0du =? 但是： 0pdv ≠? 所以： 0q δ≠? 因此热量q 不是状态参数。 4. 用隔板将绝热刚性容器分成A 、B 两部分（图2-13），A 部分装有1 kg 气体，B 部分为高度真空。将隔板抽去后，气体热力学能是否会发生变化？能不能用 d d q u p v δ=+ 来分析这一过程？
常用热力单位换算表
常用热力单位换算表 一、热量单位换算 1、常用热量单位介绍 A、焦耳（J）、千焦（KJ）、吉焦（GJ），工程计算广为采用，国际单位制。热力计算、热计量、热量化验等实际操作中常见，国家标准及图表、线图查询等规范性技术文件中主要表达的单位。但是，其他导出单位及工程习惯相互交织，使得这种单位在今天热力计算中不是很方便。 B、瓦特（W）、千瓦(KW)、兆瓦（MW），工程导出单位，是供热工程常用单位，如热水锅炉热容量：7MW、14MW、29MW、56MW...等，习惯上常说到的10t、20t、40t、80t...等锅炉,相当于同类容量蒸汽锅炉的设计出力.工程上热水锅炉和换热站热计量仪表、暖通供热设计计算、估算、供热指标等，广泛采用。 C、卡（car)、千卡（Kcal)...,已经淘汰的热量单位,但是工程中还在使用,特别是大量的技术书籍,例如煤的标准发热量7000Kcal。 2、基本计算公式 1W=0.86Kcal，1KW=860Kcal，1Kcal=1.163W; 1t饱和蒸汽=0.7MW=700KW=2.5GJ=60万Kcal; 1kg标煤=7000Kcal=29300KJ=29.3MJ=0.0293GJ=8141W=8.141KW; 1GJ=1000MJ；1MJ=1000KJ；1KJ=1000J 1Kcal=4.1868KJ 1W=3.6J（热工当量，不是物理关系，但热力计算常用）
4、制冷机热量换算 1美国冷吨=3024千卡/小时（kcal/h）=3.517千瓦（KW） 1日本冷吨=3320千卡/小时（kcal/h）=3.861千瓦（KW） 1冷吨就是使1吨0℃的水在24小时内变为0℃的冰所需要的制冷量。） 1马力（或1匹马功率）=735.5瓦（W）=0.7355千瓦（KW） 1千卡/小时（kcal/h）=1.163瓦（W） 二、压力单位换算 1、1Mpa=1000Kpa；1Kpa=1000pa 2、1标准大气压=0.1Mp=1标准大气压 1标准大气压=1公斤压力=100Kpa=1bar 1mmHg = 13.6mmH20 = 133.32 Pa（帕） 1mmH20=10Pa（帕） 1KPa=1000Pa=100mmH20（毫米水柱） 1bar=1000mbar 1mbar=0.1kpa=100pa
航空发动机热力计算程序说明
航空发动机热力计算 根据廉筱纯和吴虎编著的《航空发动机原理》一书，我针对书籍中的第五章的热力计算的方法以及步骤编辑了一个计算程序。该程序适用于具有涵道比的涡轮风扇发动机在加力与不加力的两种情况下发动机性能的计算，主要有航空发动机的单位推力以及耗油率的计算，当然读者可以很随意的修改就能得到发动机的其他性能参数； 对书中的修改之处的说明： 1、155页计算油气比f 时公式为：f =C pg T t4?C p T t3 b H u ?C pg T t4 若仅仅用假定的数 值所得到的f 为负值，因为此处单位不统一，H u 必须乘以1000；后面涉及油气比计算时类似； 2、计算如T t4a T t4, T t4.5T t4a , T t5T t4c , T t4c T t4.5 如此形式的值时，一律用中间变量tm 代替； 3、157页 τ2m =T t4c T t4.5= 1?β?δ1?δ2 1+f +δ1δ2C p T t3/(C pg T t4.5) 1?β?δ1?δ2 1+f +δ1+δ2 应改成 τ2m =T t4c T t4.5 = 1?β?δ1?δ2 1+f +δ1+δ2C p T t3/(C pg T t4.5) 1?β?δ1?δ2 1+f +δ1+δ2 4、程序中由于不能定义希腊字母为变量，程序中都以近似的读音来定义变量，作如下说明：
①δ1 ：d1，含有δ的类似，用d代替δ； : nb，含有η的类似, 用n代替η； ②η b ③πcl：Picl，含有π的类似；用Pi代替π ④β：bt ，读音有点相近； 另外，程序中定义了加力的标志sign：若计算加力情况则把sign的值置为1，不加力则定义1以外的数值即可。 程序如下： #include
工程热力学课后作业答案(第三章)第五版
3－1 安静状态下的人对环境的散热量大约为400KJ/h，假设能容纳2000人的大礼堂的通风系统坏了：（1）在通风系统出现故障后的最初20min内礼堂中的空气内能增加多少？（2）把礼堂空气和所有的人考虑为一个系统，假设对外界没有传热，系统内能变化多少？如何解释空气温度的升高。 解：（1）热力系：礼堂中的空气。 闭口系统 根据闭口系统能量方程 Q+ = ? U W 因为没有作功故W=0；热量来源于人体散热；内能的增加等于人体散热。 ? Q＝2.67×105kJ 2000? = 20 60 / 400 （1）热力系：礼堂中的空气和人。 闭口系统 根据闭口系统能量方程 ? = Q+ U W 因为没有作功故W=0；对整个礼堂的空气和人来说没有外来热量， 所以内能的增加为0。 空气温度的升高是人体的散热量由空气吸收，导致的空气内能增加。 3－5，有一闭口系统，从状态1经a变化到状态2，如图，又从状态2经b回到状态1；再从状态1经过c 变化到状态2。在这个过程中，热量和功的某些值已知，如表，试确定未知量。 解：闭口系统。 使用闭口系统能量方程 (1)对1-a-2和2-b-1组成一个闭口循环，有 ??=W δ Qδ
即10＋（－7）＝x1+（－4） x1=7 kJ (2)对1-c-2和2-b-1也组成一个闭口循环 x2＋（－7）＝2+（－4） x2=5 kJ (3)对过程2-b-1，根据W U Q +?= =---=-=?)4(7W Q U －3 kJ 3-6 一闭口系统经历了一个由四个过程组成的循环，试填充表中所缺数据。 解：同上题 3-7 解：热力系：1.5kg 质量气体 闭口系统，状态方程：b av p += )]85115.1()85225.1[(5.1---=?v p v p U ＝90kJ 由状态方程得 1000＝a*0.2+b 200=a*1.2+b 解上两式得： a=-800 b=1160 则功量为 2.1 2.022 1 ]1160)800(21[5.15.1v v pdv W --==?＝900kJ 过程中传热量 W U Q +?=＝990 kJ 3－8 容积由隔板分成两部分，左边盛有压力为600kPa ，温度为27℃的空气，右边为真空，容积为左边5倍。将隔板抽出后，空气迅速膨胀充满整个容器。试求容器内最终压力和温度。设膨胀是在绝热下进行的。 解：热力系：左边的空气 系统：整个容器为闭口系统 过程特征：绝热，自由膨胀 根据闭口系统能量方程 W U Q +?=
6000kW汽轮机设计说明书
课程设计计算说明书 设计题目： 6000kW冲动式汽轮机设计 班级：能动A95（能动92） 姓名：祁晓晖 学号： 09031041 指导教师：李亮 2013 年 1 月 8 日 西安交通大学
目录 引言 (1) 1 汽轮机设计任务书 (2) 1.1原始数据 (2) 1.2 设计任务 (2) 2热力设计及计算 (2) 2.1 当前汽轮机设计的方向 (2) 2.2 本设计中遵循的几个原则 (3) 2.2.1安全可靠 (3) 2.2.2经济性 (3) 2.2.3降低制造成本 (4) 2.3热力设计及计算 (4) 2.3.1热力系统计算 (4) 3 体会 (18)
引言 为了对某一过程进行有效的控制，必须清楚过程的目标和控制的要求，汽轮机课程设计的目的在设计任务书上得到了详细的规定，但有些目的是不能用直观的几何图形来表示的，而是需要在设计过程中不断复习，积极思考，总结来完成。 本设计涉及的主要课程有《透平机械原理》、《汽轮机装置》、《透平工艺制造学》以及有关的基本知识，课程设计的任务和要求： 1.首先必须认真地完成设计任务书上的各项要求，这包括根据所给参数要求和设计要求完成： 1）热力系统设计和计算； 2）热力设计和计算； 3）图纸； 4）设计说明书。 2.专业知识的总结和再学习，在此之前，我们分别学习了有关透平各方面的知识，这种学习室在一定方面和范围内进行的，比如我们在学习《原理》时，仅仅是就系统中汽机部分进行分析和研究，事实上，工作原理、热系统、强度问题调节及制造之间是相互作用和相互影响的，通过课程设计这一环节，使我们在一定程度上能够把诸多方面的专业知识综合起来，融会贯通，使学员队专业知识获得较为全面的整体认识。 3.对汽机设计过程的认识，也许你已经对喷嘴的计算、焓降的分配各种方法有了清楚的认识，但是在汽机整机中焓降的分配与平均直径、损失、叶高、效率等因素之间在多大程度上互相作用和影响，以及如何通过调整某个因素达到设计要求。这一点在完成课程设计之前是很难有一个清楚认识的，再者作为将要从事透平设计工作的同学来说课程设计无疑是一次生动的模拟训练。 4.学习解决问题的方法，在汽轮机设计过程中，必然会产生不少问题，通过解决这些问题，使自己的知识深化，同时也引起我们的思考“在我的设计中，所遇到的最棘手的问题是什么？”怎样解决这些问题，“设计中还有哪些问题考虑的不充分，怎么进一步改进”，进而可以思考一下，在这种类型的透平中设计的主要问题是什么，要提高效率，应该如何着手，通过我们主动的思考，加深对设计过程的认识。 5.基本技能的训练，课程设计所涉及的内容还是比较广泛的，通过这一环节，使学员获得了如何使用设计资料、有关工具、图表以及如何表达和说明设计结果的基本训练，对于工科学生而言，这无疑是必要的。
工程热力学课后作业答案第五版(DOC)
工程热力学课后答案 2-2.解：（1）2N 的气体常数 28 8314 0==M R R ＝296.9)/(K kg J ? （2）标准状态下2N 的比容和密度 101325 2739.296?==p RT v ＝0.8kg m /3 v 1= ρ＝1.253 /m kg （3） MPa p 1.0=，500=t ℃时的摩尔容积Mv Mv ＝p T R 0 ＝64.27kmol m /3 2-3．解：热力系：储气罐。 应用理想气体状态方程。 压送前储气罐中CO 2的质量 11 11RT v p m = 压送后储气罐中CO 2的质量 2 2 22RT v p m = 根据题意 容积体积不变；R ＝188.9 B p p g +=11 （1） B p p g +=22 （2） 27311+=t T （3） 27322+=t T （4） 压入的CO 2的质量 )1 122(21T p T p R v m m m -= -= （5） 将（1）、(2)、(3)、(4)代入（5）式得 m=12.02kg 2-5解：同上题 10)273 325 .1013003.99(287300)1122(21?-=-= -=T p T p R v m m m ＝41.97kg 2-6解：热力系：储气罐。 使用理想气体状态方程。 第一种解法： 首先求终态时需要充入的空气质量 288 2875 .810722225???==RT v p m kg 压缩机每分钟充入空气量 288 28731015???==RT pv m kg 所需时间 == m m t 2 19.83min 第二种解法 将空气充入储气罐中，实际上就是等温情况下把初压为0.1MPa 一定量的空气压缩为0.7MPa 的空气；或者说0.7MPa 、8.5 m 3 的空气在0.1MPa 下占体积为多少的问题。 根据等温状态方程 const pv = 0.7MPa 、8.5 m 3 的空气在0.1MPa 下占体积为 5.591 .05 .87.01221=?== P V p V m 3 压缩机每分钟可以压缩0.1MPa 的空气 3 m 3 ，则要压缩 59.5 m 3 的空气需要的时间 == 3 5 .59τ19.83min 2－8解：热力系：气缸和活塞构成的区间。 使用理想气体状态方程。 （1）空气终态温度 == 11 2 2T V V T 582K （2）空气的初容积 p=3000×9.8/(πr 2 )+101000=335.7kPa == p m RT V 1 10.527 m 3 空气的终态比容
工程热力学课后作业答案(第七章)第五版
7-1当水的温度t=80℃，压力分别为、、、及1MPa时，各处于什么状态并求出该状态下的焓值。 解：查表知道t=80℃时饱和压力为。 因此在、、、及1MPa时状态分别为过热、未饱和、未饱和，未饱和、未饱和。焓值分别为kg，kJ/kg，335 kJ/kg，kJ/kg，kJ/kg。 7－2已知湿蒸汽的压力p=1MPa干度x=。试分别用水蒸气表和h-s图求出hx，vx，ux，sx。解：查表得：h``＝2777kJ/kg h`= kJ/kg v``＝kg v`＝m3/kg u``= h``－pv``= kJ/kg u`＝h`－pv`= kJ/kg s``= kJ/ s`＝kJ/ hx＝xh``+(1-x)h`= kJ/kg vx＝xv``+(1-x)v`= m3/kg ux＝xu``+(1-x)u`=2400 kJ/kg sx＝xs``+(1-x)s`= kJ/ 7-3在V＝60L的容器中装有湿饱和蒸汽，经测定其温度t＝210℃，干饱和蒸汽的含量mv=，试求此湿蒸汽的干度、比容及焓值。 解：t＝210℃的饱和汽和饱和水的比容分别为： v``＝kg v`＝m3/kg h``＝kg h`= kJ/kg 湿饱和蒸汽的质量： 解之得： x= 比容：vx＝xv``+(1-x)v`= m3/kg 焓：hx＝xh``+(1-x)h`=1904kJ/kg 7－4将2kg水盛于容积为的抽空了的密闭刚性容器中，然后加热至200℃试求容器中（1）压力；（2）焓；（3）蒸汽的质量和体积。 解：（1）查200℃的饱和参数 h``＝kg h`= kJ/kg v``＝kg v`＝kg 饱和压力。 刚性容器中水的比容： ＝m3/kg 11-1空气压缩致冷装置致冷系数为2.5，致冷量为84600kJ/h ，压缩机吸入空气的压力为0.1MPa ，温度为-10℃，空气进入膨胀机的温度为20℃，试求：压缩机出口压力；致冷剂的质量流量；压缩机的功率；循环的净功率。 解：压缩机出口压力 1)12(1/)1(-= -k k p p ε 故：))1/(()11(12-+=k k p p ε＝0.325 MPa 2 134p p p p = T3=20+273=293K k k p p T T /)1()3 4(34-=＝209K 致冷量：)41(2T T c q p -=＝1.01×（263-209）＝54.5kJ/kg 致冷剂的质量流量==2q Q m 0.43kg/s k k p p T T /)1()1 2(12-=＝368K 压缩功：w1=c p (T2-T1)=106 kJ/kg 压缩功率：P1=mw1=45.6kW 膨胀功：w2= c p (T3-T4)=84.8 kJ/kg 膨胀功率:P2=mw2=36.5kW 循环的净功率:P=P1-P2=9.1 KW 11-2空气压缩致冷装置，吸入的空气p1=0.1MPa ，t1=27℃，绝热压缩到p2=0.4MPa ，经冷却后温度降为32℃，试计算：每千克空气的致冷量；致冷机消耗的净功；致冷系数。 解：已知T3=32+273=305K k k p p T T /)1()1 2(12-=＝446K k k p p T T /)1()34( 34-=＝205K 致冷量：)41(2T T c q p -=＝1.01×（300-205）＝96kJ/kg 致冷机消耗的净功: W=c p (T2-T1)－c p (T3-T4)=46.5kJ/kg 致冷系数：==w q 2ε 2.06 11－3蒸气压缩致冷循环，采用氟利昂R134a 作为工质，压缩机进口状态为干饱和蒸气，蒸发温度为-20℃，冷凝器出口为饱和液体，冷凝温度为40℃，致冷工质定熵压缩终了时焓值为430kJ/kg ，致冷剂质量流量为100kg/h 。求：致冷系数；每小时的制冷量；所需的理论功率。 解：在lgp-h 图上查各状态点参数。 ,p1=0.133MPa h1=386kJ/kg s1=1.739 kJ/(kg ?K) ,p2=1.016 MPa h2=430 kJ/kg ,h3=419 kJ/kg h5=h4=256 kJ/kg N25-3.5435汽轮机通流部分热力设计汽轮机课程设计说明书毕业设计 汽轮机 课程设计 说明书 设计题目：N25-3.5/435汽轮机通流部分热力设计 学生姓名: 学号: 专业: 热能与动力工程 班级: 完成日期: 2011-11-08 目录 第一部分：课程设计的任务与要求 (1) 第二部分：汽轮机热力计算 (2) 一、汽轮机进汽量D0的初步估算和近似热力过程曲线的 初步计 算 (2) 二、调节级详细计算 (3) 三、回热系统平衡初步估算 (12) 四、压力级焓降分配和级数确定 (16) 五、非调节级详细计算 (19) 六、回热系统校核修正 (24) 七、整机效率、整机功率的核算 (24) 八、结果分析总结 (25) 附表一:压力级详细计算结果列表 (26) 表二：回热系统校核修正后结果列表 (24) 附图一：整机详细热力过程曲线 附图二：调节级详细热力过程曲线 附图三：一般性压力级热力过程曲线 附图四：压力级平均直径变化规律及速度比和比焓降分配示意图附图五：各级速度三角形 附图六：通流部分子午面流道图 附图七：回热系统示意图 汽轮机课程设计说明书 第一部分：课程设计的任务与要求： 一．设计题目：N25-3.5/435汽轮机通流部分热力设计 二．已知参数： 额定功率：p r＝25MW，额定转速：n e＝3000r/min，设计功率：p e＝20MW，新蒸汽压力：p0＝3.5MPa，新蒸汽温度：t0＝435℃，排汽压力：p c＝0.005MPa，给水温度：t fw＝160～170℃，冷却水温度：t w1＝20℃， 给水泵压头：p fp＝6.3MPa，凝结水泵压头:p cp=1.2MPa，射汽抽汽器用汽量：△D ej＝500kg/h， 射汽抽汽器中凝结水温升：△t ej＝3℃， 轴封漏汽量：△D1＝1000kg/h， 第二高压加热器中回收的轴封漏汽量：△D1′＝700kg/h。 三．任务与要求 水的饱和蒸汽压力和温度关系 实验报告 水的饱和蒸汽压力和温度关系 一、实验目的 1、通过水的饱和蒸汽压力和温度关系实验，加深对饱和状态的理解。 2、通过对实验数据的整理，掌握饱和蒸汽P-t关系图表的编制方法。 3、学会压力表和调压器等仪表的使用方法。 二、实验设备与原理 456 7 1. 开关 2. 可视玻璃 3. 保温棉（硅酸铝） 4. 真空压力表（-0.1～1.5MPa） 5. 测温管 6. 电压指示 7. 温度指示8. 蒸汽发生器9. 电加热器10. 水蒸汽11.蒸馏水12. 调压器 图1 实验系统图 物质由液态转变为蒸汽的过程称为汽化过程。汽化过程总是伴随着分子回到液体中的凝结过程。到一定程度时，虽然汽化和凝结都在进行，但汽化的分子数与凝结的分子数处于动态平衡，这种状态称为饱和态，在这一状态下的温度称为饱和温度。此时蒸汽分子动能和分子总数保持不变，因此压力也确定不变，称为饱和压力。饱和温度和饱和压力的关系一一对应。 二、实验方法与步骤 1、熟悉实验装置及使用仪表的工作原理和性能。 2、将调压器指针调至零位，接通电源。 3、将调压器输出电压调至200V，待蒸汽压力升至一定值时，将电压降至30-50V保温（保温电压需要随蒸汽压力升高而升高），待工况稳定后迅速记录水蒸汽的压力和温度。 4、重复步骤3，在0～4MPa（表压）范围内实验不少于6次，且实验点应尽量分布均匀。 5、实验完毕后，将调压器指针旋回至零位，断开电源。 6、记录室温和大气压力。 四、数据记录 五、实验总结 1. 绘制P-t关系曲线将实验结果绘在坐标纸上，清除偏离点，绘制曲线。 工程热力学习题集及答案 一、填空题 1．能源按使用程度和技术可分为 常规 能源和 新 能源。 2．孤立系是与外界无任何 能量 和 物质 交换的热力系。 3．单位质量的广延量参数具有 强度量 参数的性质，称为比参数。 4．测得容器的真空度48V p KPa =，大气压力MPa p b 102.0=，则容器内的绝对压力为 54kpa 。 5．只有 准平衡 过程且过程中无任何 耗散 效应的过程是可逆过程。 6．饱和水线和饱和蒸汽线将压容图和温熵图分成三个区域，位于三区和二线上的水和水蒸气呈现五种状态：未饱和水 饱和水 湿蒸气、 干饱和蒸汽 和 过热蒸汽 。 7．在湿空气温度一定条件下，露点温度越高说明湿空气中水蒸气分压力越 高 、水蒸气含量越 多 ，湿空气越潮湿。（填高、低和多、少） 8．克劳修斯积分/Q T δ? 等于零 为可逆循环。 9．熵流是由 与外界热交换 引起的。 10．多原子理想气体的定值比热容V c = g 72R 。 11．能源按其有无加工、转换可分为 一次 能源和 二次 能源。 12．绝热系是与外界无 热量 交换的热力系。 13．状态公理指出，对于简单可压缩系，只要给定 两 个相互独立的状态参数就可以确定它的平衡状态。 14．测得容器的表压力75g p KPa =，大气压力MPa p b 098.0=，则容器内的绝对压力为 173a KP 。 15．如果系统完成某一热力过程后，再沿原来路径逆向进行时，能使系统和外 界都返回原来状态而不留下任何变化，则这一过程称为可逆过程。 16．卡诺循环是由两个 定温 和两个 绝热可逆 过程所构成。 17．相对湿度越 小 ，湿空气越干燥，吸收水分的能力越 大 。（填大、小） 18．克劳修斯积分/Q T δ? 小于零 为不可逆循环。 19．熵产是由 不可逆因素 引起的。 20．双原子理想气体的定值比热容p c = 72g R 。 21．基本热力学状态参数有：（ 压力）、（温度 ）、（体积）。 22．理想气体的热力学能是温度的（单值 ）函数。 23．热力平衡的充要条件是：（系统内部及系统与外界之间各种不平衡的热力势差为零 ）。 24．不可逆绝热过程中，由于不可逆因素导致的熵增量，叫做（熵产）。 25．卡诺循环由（两个可逆定温和两个可逆绝热 ）热力学过程组成。 26．熵增原理指出了热力过程进行的（方向 ）、（限度）、（条件）。 31．当热力系与外界既没有能量交换也没有物质交换时，该热力系为_孤立系_。 32．在国际单位制中温度的单位是_开尔文_。 第一节25MW汽轮机热力计算 一、设计基本参数选择 1. 汽轮机类型 机组型号：N25-3.5/435。 机组形式：单压、单缸单轴凝器式汽轮机。 2. 基本参数 额定功率：P el=25MW； 新蒸汽压力P0=3.5MPa，新蒸汽温度t0=435℃； 凝汽器压力P c=5.1kPa； 汽轮机转速n=3000r/min。 3. 其他参数 给水泵出口压力P fp=6.3MPa； 凝结水泵出口压力P cp=1.2MPa； 机械效率ηm=0.99 发电机效率ηg=0.965 加热器效率ηh=0.98 4. 相对内效率的估计 根据已有同类机组相关运行数据选择汽轮机的相对内效率，ηri=83% 5. 损失的估算 主汽阀和调节汽阀节流压力损失：ΔP0=0.05P0=0.175Mpa。 排气阻力损失：ΔP c=0.04P c=0.000204MPa=0.204kPa。 二、汽轮机热力过程线的拟定 （1）在h-s图上，根据新蒸汽压力P0=3.5MPa和新蒸汽温度t0=435℃，可确定汽轮机进气状态点0（主汽阀前），并查得该点的比焓值h0=3303.61kJ/kg，比熵s0=6.9593kJ/kg（kg·℃），比体积v0= 0.0897758m3/kg。 （2）在h-s图上，根据初压P0=3.5MPa及主汽阀和调节汽阀节流压力损失ΔP0=0.175Mpa 可以确定调节级前压力p0’= P0-ΔP0=3.325MPa，然后根据p0’与h0的交点可以确定调节级级前状态点1，并查得该点的温度t’0=433.88℃，比熵s’0= 6.9820kJ/kg（kg·℃），比体积v’0= 0.0945239m3/kg。 （3）在h-s图上，根据凝汽器压力P c=0.0051MPa和排气阻力损失ΔP c=0.000204MPa，可以确定排气压力p c’=P c+ΔP c=0.005304MPa。 （4）在h-s图上，根据凝汽器压力P c=0.0051MPa和s0=6.9593kJ/kg（kg·℃）可以确定气缸理想出口状态点2t，并查得该点比焓值h ct=2124.02kJ/kg，温度t ct=33.23℃，比体积v ct=22.6694183 m3/kg，干度x ct=0.8194。由此可以的带汽轮机理想比焓降 1179.59kJ/kg，进而可以确定汽轮机实际比焓降η979.06kJ/kg， （课程设计）用纸 摘要 通常由于汽油机具有转速高、重量轻、噪音小、易启动、造价低等特点。因此它在小客车、中小型货车和军用越野车及小型农用动力（喷粉、喷雾、插秧机）等方面广泛应用。 通过本课题的设计，是学生掌握内燃机设计的一般方法和步骤；掌握汽油机三大计算（热力计算，动力计算和零件强度计算）的方法和步骤；初步训练学生应用三大计算的结果，分析内燃机动力性、经济性、零件强度及零件机构工艺性的能力。 关键词NJ70Q汽油机；热力计算；动力计算 毕业论文（设计）用纸 目录 摘要I 第 1 章绪论 (2) 1.1本课程设计研究的意义和目的 (2) 1.2本课题研究的任务 (2) 第 2 章汽油机热力计算 (3) 2.1汽油机实际循环热力计算 (3) 2.1.1 热力计算的目的 (3) 2.1.2 热力计算的方法 (3) 2.1.2.1 确定汽油机的结构形式 (3) 2.1.2.2 原始参数的选择 (4) 2.1.2.3 燃料的燃烧化学计算 (8) 2.1.2.4 燃气过程参数的确定与计算 (8) 2.1.2.5 压缩终点参数的确定 (9) 2.1.2.6 燃烧过程终点参数的确定 (9) 2.1.2.7 膨胀过程终点参数的确定 (10) 2.1.2.8 指示性能指标的计算 (10) 2.1.2.9 有效指标的计算 (11) 2.1.2.10 确定汽缸直径D和冲程S (11) 2.1.2.11 绘制示功图 (12) 2.1.2.12 绘制实际示功图 (14) 第 3 章NJ70Q汽油机动力学计算............................................... 错误！未定义书签。 3.1曲轴连杆机构中的作用力......................................................... 错误！未定义书签。 3.1.1 机构惯性力............................................................................................. 错误！未定义书签。 3.2绘制各负荷的曲线图................................................................. 错误！未定义书签。 3.2.1绘制合成力P=f(α)的曲线图.............................................................. 错误！未定义书签。 3.2.2绘制P N＝f(α),P L=f(α),T=f(α),K=f(α)图................................ 错误！未定义书签。 3.2.3绘制主轴颈和曲柄销的积累扭矩图..................................................... 错误！未定义书签。 3.2.4绘制曲柄销负荷极坐标图..................................................................... 错误！未定义书签。 3.2.5绘制曲柄销预磨损图............................................................................. 错误！未定义书签。参考文献............................................................................................ 错误！未定义书签。致谢.......................................................................................... 错误！未定义书签。工程热力学课后作业答案(第十一章)第五版 .
N25-3.5435汽轮机通流部分热力设计 汽轮机课程设计说明书 毕业设计
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