能源与动力装置基础综合试题整理资料.doc

能源与动力装置基础综合试题整理资料1、已知通风机的流量qv20m3/s，压力p15000Pa和功率P270KW；叶轮直径d20.90m，圆周速度n2900rpm，求压力系数、流量系数和比转速。（10分）答：流量系数：压力系数：比转数：2、当一台正在运行的风机，通过变速装置使其转速增加，在其它条件不变的情况下，其全压、流量、功率将如何变化？试用图形表示并解释。(5分)答：全压、功率增加，流量不变。3、写出叶轮机械欧拉方程的数学表达式，解释其物理意义。（至少说出两点作用）1、方程表示单位质量流体与叶轮的功能转换关系，表示功能转换的总效果。2、只与叶片进、出口参数有关，使用方便。3、理论能量头与u、cu有关。4、工作机与原动机。5、不同型式叶轮的应用4、请画出汽轮机单个级的热力过程曲线，并在图中注明有关符号（包括各个焓降及各项损失）级的热力过程曲线5、往复活塞机械有哪三个主要运动部件？它们各有何作用？（4分）答：往复活塞机械主要有曲轴、连杆和活塞这三个主要运动部件。活塞的作用是与气缸盖和气缸等组成内燃机的燃烧室或压缩机的压缩腔。连杆的作用是把活塞和曲轴相连，使活塞的往复运动与曲轴的旋转运动相互转换。曲轴的作用是通过连杆将活塞的往复运动转换为曲轴的旋转运动。6、什么是制冷系数？什么是热力完善度？他们各有何作用？（4分）答：制冷系数是制冷机制冷量与输入功率之比，表征了制冷机在给定工况下的技术经济性。热力完善度是指制冷循环的制冷系数与逆卡诺循环的制冷系数之比，它表示了制冷循环与理想循环的接近程度，可以作为不同工作温度下制冷循环经济性的衡量指标。7、请解释火电厂的蒸汽动力循环回热循环，并说明回热循环的意义。（5分）答：给水回热加热是指在汽轮机某些中间级抽出部分蒸汽，送入回热加热器中加热锅炉给水，与之相应的热力循环叫回热循环。（1）回热抽汽可使汽轮机进汽量增加，而排汽量减少。二者对提高机组效率、改善末级的设计（强度）都是有好处的；（2）由于热效率的提高，锅炉热负荷减少，可以减少锅炉的受热面，节约部分金属材料；（3）由于凝汽量的减少，可以减少凝汽器的换热面，节约大量的铜材。8、请写出汽轮机发电s机的输出功率Pel与汽轮机的进汽量D0（或与锅炉的燃料消耗量B）之间的关系式。（5分）答： 9、 一台离心泵的吸入室为直锥管，画出其叶轮进口速度三角形。其它条件不变。如果泵转速减小其速度三角形如何变化?如果流量减小其速度三角形如何变化？（7分）答： 10、往复活塞机械的曲柄连杆机构受到哪些力的作用？它们都会产生什么影响？（6分）答：往复活塞机械的曲柄连杆机构主要受到以下力的作用：气体力：它只使气缸、中体、机身及相关的螺栓等受到交变的拉伸和压缩，是内力。往复摩擦力：成对出现，也是内力。惯性力：包括往复惯性力和旋转惯性力，是自由力，会引起机器和基础的震动。倾覆力矩：由侧向力引起，属自由力矩，会引起机器的震动。阻力矩：阻止曲轴旋转，而且随转角周期变化，会引起转速的周期变化。11、提高内燃机的整机功率有哪些方法？（6分）答：由内燃机的整机功率计算式可知提高内燃机的整机功率可通过如下措施：（1）通过增压、改进燃烧过程和减少机械损失等方法提高平均有效压力；（2）提高气缸排量（或：气缸直径与行程）（3）高内燃机转速（4）加气缸数（5）四冲程机改成二冲程机12、自然循环汽包锅炉中工质的流动方式是怎样的？同时说明工质依次流经的相关设备。 答：作为锅炉受热面工质的给水由给水泵送入省煤器，给水在省煤器中吸热后进入汽包，并沿炉墙外的下降管经下联箱流入炉膛水泠壁。水在水冷壁中吸收炉膛辐射热，使部分水蒸发形成汽水混合物上升并流入汽包。汽水混合物在汽包中经汽水分离器分离后，蒸汽由汽包上部送入对流式过热器、半辐射式过热器等吸热并形成过热蒸汽，达到额定温度后由过热器出口联箱送往汽轮机中做功。13、电站锅炉的煤粉制备系统有那些形式？请分析各自的优缺点。（5分）答：煤粉制备系统由磨煤机及辅助设备构成。可分为中间储仓式和直吹式两种。中间储仓式制粉系统原煤由给煤机送出和干燥用热风一起进入磨煤机，磨成的煤粉由干燥剂携带至粗粉分离器进行分离，不合格的煤粉沿回粉管返回磨煤机再磨，合格的煤粉在细粉分离器中与干燥剂分离后送入煤粉仓，然后经给粉机由气流携带经由燃烧器喷入炉膛直吹式制粉系统比中间储仓式系统减少了细粉分离器、煤粉仓等设备。磨煤机磨制的煤粉直接送入炉膛内燃烧，因此磨煤机的制粉量随锅炉负荷大小而变化。14、在汽轮机调节系统中，同步器的作用是什么？（4分）答：同步器能使汽轮机在相同的转速下有不同的功率，或者在相同的功率下有不同的转速。同步器是汽轮机调速系统的重要部件，它是汽轮机功率给定装置。同步器的另外一个作用就是在机组启动时，利用同步器增加进汽量，调整机组转速，使之与电网频率同步。15、一台空调器在夏季制冷时，如果室外环境温度升高了，请分析其性能的变化；如果室内热负荷变小了，请分析其性能的变化。（8分）答：如果室外环境温度升高，会使冷凝温度升高，如图1所示，系统循环从1-2-3-4-5-6变成1-2-2-3-4-5-6，从而导致单位制冷量减少，单位耗功增大，制冷系数减少，运行经济性降低，而吸气比容不变，又会使总制冷量减少，消耗功率增大。同时，由于室外环境温度升高，向室内的漏热量增大，也会引起系统耗功的增加。 图1 室外环境温度升高，制冷循环的变化如果室内热负荷变小，蒸发温度有降低的趋势，如图2所示，系统循环从1-2-3-4-5-6变成1-2-2-3-4-5-6-6，从而导致单位制冷量减少，单位耗功增大，制冷系数减少，运行经济性减低，而吸气比容增大，制冷剂流量减少，总制冷量也减少。图2 室内热负荷变小，制冷循环的变化16.写出比转速的计算公式，试解释为什么比转速是一个相似准则。(3分) 或 比转速是由流量系数和压力系数两个相似准则派生出来的，所以它本质上仍是一个相似准则。但由于两台机器的流量系数和压力系数都不相等，但比转速可能相等，所以比转速是工况相似的必要条件，而不是充分条件。17.两台几何相似的泵与风机，在相似工况下运行，其性能参数如何按比例关系变化？ 18.泵与风机的QH曲线、QN曲线、Q曲线分别叫什么曲线？是在什么条件下得到的？泵与风机的工作点是如何确定的？（5分） QH曲线、QN曲线、Q曲线分别叫流量扬程曲线、流量功率曲线和流量效率曲线。它们是在转速等于常数时，通过试验获得。泵与风机的工作点是QH曲线与管网特性曲线的交点。19.有一离心泵叶轮外径D2220mm，叶轮出口宽度b210mm，叶轮出口安放角2b22，转速n2900rpm，理论流量Q0.025m3/s，假设液体径向流入叶轮，即190，试计算无限多叶片叶轮的理论扬程。（7分） 出口圆周速度： 轴面速度： 出口角222速度三角形： 190 有 欧拉方程：20.对于定转速的同一台后弯式离心式风机，当流量大于或小于设计流量时，进、出口速度三角形如何变化？绘图表示。（7分）2、 分别绘制纯冲动级和反动级的热力过程线，并简述其工作过程。（6分）参考答案：纯冲动级的热力过程线见图1，反动级的热力过程线见图2。 图1 纯冲动级 图2 反动级在纯冲动级中，蒸汽在喷嘴中膨胀加速，获得高速动能；蒸汽流过动叶通道时，只改变流动方向，而不发生膨胀加速，将高速汽流的动能转变为旋转机械能；在反动动级中，蒸汽在喷嘴中膨胀加速，获得高速动能；蒸汽流过动叶通道时，既改变流动方向，同时又膨胀加速，将高速汽流的动能转变为旋转机械能。21.汽轮机级的轮周有效焓降与级的实际焓降有何区别？（4分）答：级的轮周有效焓降是指蒸汽流过汽轮机级时1kg蒸汽在动叶片上所作的有效机械功，可由级的滞止焓降减去喷嘴损失、动叶损失、余速损失计算；级的实际焓降是指蒸汽流过汽轮机级时1kg蒸汽所具有的理想能量最后转化为有效功的能量，可由级的滞止焓降减去喷嘴损失、动叶损失、余速损失及其它级内损失计算得到。22.活塞由哪几部分组成？各部分的作用及其工作机理？（6分）活塞由活塞顶部、活塞环部和活塞裙部三部分构成。活塞顶部与气缸盖和气缸等组成燃烧室或压缩室。活塞环槽部是安装气环和油环的部位。活塞裙部是活塞与气缸壁面直接接触的部分，起导向和承受连杆传给的侧压力的作用，是活塞磨损最严重的部位，也是安装连接活塞与连杆的部件活塞销的部位。23、试述柴油机与汽油机工作原理主要有何不同。（4分）柴油机与汽油机工作原理上的不同点有： （1）可燃混合气形成方式不同：柴油机的可燃混合气在气缸内部形成，燃油在压缩行程接近终了时开始高压喷入气缸内，并占小部分做功行程，时间较短；汽油机的燃油在气缸外部（进气管或进气道中）喷入进气气流，开始与空气混合形成可燃混合气，该过程延续到进气和压缩过程结束，时间较长。 （2）着火方式不同：柴油机是自燃着火；汽油机的可燃混合气必须用电火花点燃。所以柴油机又称为压燃式内燃机，汽油机又称为点燃式内燃机。24、根据内燃机循环指示功计算式，推导四冲程内燃机有效功率计算公式，并说明提高四冲程内燃机单机功率的途径。（6分）内燃机一个循环所作的指示功为： kJ 式中：为平均指示压力，MPa ，为单个气缸工作容积，m3 四冲程内燃机一个工作循环所用时间为 s ，n为内燃机转速，r/min 四冲程内燃机单缸指示功率为 kW 四冲程内燃机单缸有效功率为 kW 上式中：为机械效率，为平均有效压力，MPa 四冲程内燃机整机功率为 Kw上式中i为气缸数。上式即为四冲程内燃机有效功率计算式。由此式可以看出，提高四冲程内燃机单机功率的途径有：提高平均有效压力（如采用增压技术）、增大单个气缸工作容积（增大气缸直径和行程）、提高内燃机转速和增加气缸数等。25、容积式压缩机有哪些主要的类型，试简述其各自的特点及应用场合。活塞压缩机：主要运动部件为活塞，做往复运动，应用广泛，特别是在化工、煤炭、石油、海洋工程中。滚动转子式压缩机：主要运动部件为转子，做旋转运动，广泛用于家用空调器、冰箱、商用制冷设备。单螺杆压缩机有一个做旋转运动的螺杆，它的螺槽同时与几个星轮啮合。可应用于中大型制冷系统、空气动力系统中。双螺杆压缩机则有两个做旋转运动的、相互啮合的螺杆。主要应用于中大型制冷系统、气体动力系统中。涡旋压缩机的主要由两个结构完全相同的错置180度的动、静涡旋盘组成。目前主要大型家用及商用空调系统中。滑片式压缩机主要由气缸、转子、滑片组成。在汽车空调中有应用。26、表面式换热器有哪些主要的类型，试简述其各自的特点。（6分）管壳式换热器，有一圆形外壳，内装平行管束，冷热流体分别在管程或壳程流动，通过管壁换热，其优点是结构简单、造价低廉、选材范围广、耐高温耐压、适用范围广。板式换热器主要由若干长方形薄金属片相互叠置压紧而成，其传热效率高、有效传热温差大、结构紧凑，但刚性较差，难以适应高压或高压差工况，对介质要求也较高。翅片管式换热器，通过带肋的壁面扩展换热面积和促进湍流，以强化换热能力较弱的一侧。板翅式换热器，由翅片、隔板和封条三种元件组成的单元体叠积而成，传热能力强、结构紧凑，可以实现多种介质在不同流道内同时换热，结构复杂，造价高，难以承受高温高压，对介质要求高。27、锅炉效率的物理意义是什么？在电站煤粉炉中，影响锅炉效率的关键因素是什么？锅炉效率表征燃料送入锅炉的热量最终被工质有效利用的程度，可由正平衡或反平衡法计算。正平衡：反平衡：28、锅炉中蒸汽温度调节的手段有那些？什么手段能实现快速、灵敏地调节温度？蒸汽温度调节的手段有：喷水减温、烟气再循环、分割烟道挡板、摆动式燃烧器。喷水减温由于直接将低温水喷入蒸汽中，因而能迅速灵敏地调节蒸汽温度。29、试简述在实际的蒸汽压缩制冷循环中为什么必须要有一定的过冷度和过热度。试画图分析冷凝温度下降，蒸发温度上升对制冷系统的影响。（7分）过冷能够避免制冷剂液体进入膨胀阀前就产生闪发气体，使系统工作失稳，并且有利于提高q。、qv、；过热可以保证制冷剂进入压缩机之前完全蒸发，避免压缩机因吸入过多液滴而造成液击。当冷凝温度下降、蒸发温度上升时，系统循环由如图的1234变为1234，可见单位制冷量q。增加，单位理论功w0怖减少，制冷系数上升，而吸气比容v1减少，制冷剂循环量增人，总制冷量增大。30、蒸汽压缩式制冷系统与吸收式制冷系统的工作原理和工作介质有什么异同点。蒸汽压缩式与吸收式制冷系统均是通过制冷剂在低温低压下蒸发吸收热量来制冷，它们都有冷凝器、节流装置和蒸发器。其主要区别在于低压蒸气变为高压蒸汽的方法不同，压缩式制冷系统通过压缩机消耗机械功来实现，而吸收式制冷机则通过消耗热能使溶液在吸收器、溶液泵、发生器和溶液节流阀中发生浓度变化来实现。 压缩式制冷机只需要制冷剂，如氟利昂，作为工作介质，而吸收式制冷机除了制取冷量的制冷剂外，还有用于吸收制冷剂的吸收剂，二者组成工质对，如水溴化锂工质对，其中前者为制冷剂，后者为吸收剂。31、回热循环为什么能提高蒸汽动力循环的热效率？在朗肯循环中，造成热效率低的主要原因是工质平均吸热温度不高。 为了提高蒸汽平均吸热温度，除了提高蒸汽初参数之外，另一种办法是改善吸热过程。改进的最好的办法是采用给水回热。 就是把汽轮机中作过功的蒸汽，逐级抽出来加热给水，减少冷源损失，同时提高锅炉给水温度(提高蒸汽平均吸热温度)，则提高了循环热效率。32、当汽轮机甩负荷时，高压缸主汽阀应立即关闭，此时锅炉中再热器会出现什么问题，如何解决该问题？此时高压缸无排汽，再热器中将无工质流过，会造成再热器的干烧。为解决该问题，需设置旁路系统，如设置高压旁路，将新蒸汽进行减温减压后引入再热器。33. 热力学第一定律、第二定律在热力学研究中有什么意义？答：热力学第一定律是能量转换及守恒定律在热力过程中的具体表述，应用于确定各种热力系统与外界交换能量的能量方程；热力学第二表明自然界的自发过程具有一定的方向性和不可逆性，非自发过程的实现必须具备补充条件，应用于解决热功转换的条件、方向及限度问题。因此，热力学第一、第二定律是热力学研究的理论基础。34、何为CFC类物质？为何要限制和禁用CFC类物质？答：CFC类物质就是不含氢的氟里昂。CFC物质对大气忠的臭氧和地球高空的臭氧层有严重的破坏作用，会导致地球表面的紫外线辐射强度增加，破坏人体免疫系统。还会导致大气温度升高，加剧温室效应。因此，减少和禁用CFC类物质的使用和生产，已经成为国际社会环保的紧迫任务。35、载冷剂的作用是什么？对载冷剂的性质有那些基本要求？答：载冷剂的作用就是向被间接冷却的物体输送制冷系统产生的冷量。对载冷剂性质的基本要求有：载冷剂的比热容和穿系数要的大，粘度和密度要小，凝固点要低，挥发性和腐蚀吸能够要小，无毒无臭，对人体无害，化学性质稳定，价格低廉，易于获得。36、制冷压缩机在制冷系统中的作用是什么？答：制冷压缩机在制冷系统中对制冷剂蒸气做功，将低温低压蒸气压缩成为高温高压的蒸气，在排入冷凝器中，使制冷剂在常温下冷凝为液体并放出热量，从而使制冷剂的相变可以周而复始地持续进行，以实现将低温物体中的热量向高温物体转移，并能连续不断的进行制冷循环。37、什么是压缩机的膨胀过程？为什么会有这个过程？答：在活塞式压缩机中，活塞运行到上止点后，由于余隙容积的存在使得汽缸内残留一部分高压气体，活塞返回时，这部分高压气体便膨胀，因此形成压缩机工作循环中的膨胀过程。因为活塞顶面与汽缸底平面之间必然存在着间隙（余隙），所以活塞式压缩机的膨胀过程是不可避免的。38、螺杆式压缩机只要有那些零部件组成？答：螺杆式压缩机主要由机体、螺杆（阴、阳转子）、能量调节滑阀、轴承、吸气端座、排气端座等组成。39、如何处理压缩机的液击现象？答：压缩几的液击现象是由于调节不当造成的。氟里昂系统出现液击时，应及时关闭吸气阀，再关小膨胀阀，以减少供液量，也可以先停机再做处理。氨姿态出现液击时，应及时停机，关闭节流阀并适当关小吸气阀，再次开机室，缓慢打开吸气阀，观察吸气压力并进行调整；液击严重时应同时关闭高压阀，放掉压缩几中的液体后，在开机、调试。40、空调器毛细管或过滤器出现堵塞，压缩机运转电流将发生什么变化？活塞式压缩机会产生什么后果？答：毛细管或过滤器堵塞后，吸气压力降低甚至出现负压，压缩机吸入气体的比体积增大，负载减轻，所以压缩机运转电流下降。由于吸气过热度很高的蒸汽及活塞往复摩擦生热，会使压缩机的温度升高，最后导致过热保护器断开；若过热保护器失灵，还会使压缩几电动机因过热而烧毁。11