工程熱力學(xué)經(jīng)典例題-第九章

1、 典型題精解例題空氣為進(jìn)入壓氣機(jī)按多變過程壓縮至。試求：（）多變指數(shù)；（）壓氣機(jī)的耗功；（）壓縮終了空氣溫度；（）壓縮過程中傳出的熱量。解（）多變指數(shù) （）壓氣機(jī)的耗功 （）壓縮終溫 （）壓縮過程傳熱量于是 =3.80kJ例題壓氣機(jī)中氣體壓縮后的溫度不宜過高，取極限值為，吸入空氣的壓力和溫度為。若壓氣機(jī)缸套中流過465kg/h的冷卻水，在汽缸套中的水溫升高。求在單級壓氣機(jī)中壓縮進(jìn)氣狀態(tài)下空氣可能達(dá)到的最高壓力，及壓氣機(jī)必需的功率。解法（）壓氣機(jī)的產(chǎn)氣量為 （）求多變壓縮過程的多變指數(shù)根據(jù)能量守恒有 即 又因 即 解得 n=1.20（）求壓氣機(jī)的終壓 （）求壓氣機(jī)的耗功 解法在求得壓氣機(jī)產(chǎn)氣量后

2、，再求壓氣機(jī)的耗功量為 由 可求得多變指數(shù)為 壓氣機(jī)的終壓為 討論本例題提到壓氣機(jī)排氣溫度的極限值。壓氣機(jī)的排氣溫度一般規(guī)定不得超過160180由于排氣溫度超過限定值，會引起潤滑油變質(zhì)，從而影響潤滑效果，嚴(yán)重時(shí)還可能引起自燃，甚至發(fā)生爆炸，所以不可能用單級壓縮產(chǎn)生壓力很高的壓縮空氣。例如，實(shí)驗(yàn)室需要壓力為6.0MPa的壓縮空氣，應(yīng)采用一級壓縮還是兩級壓縮？若采用兩級壓縮，最佳中間壓力應(yīng)為多少？設(shè)大氣壓力為0.1MPa，大氣溫度為，n=1.25采用中冷器將壓縮空氣冷卻到初溫，壓縮終了空氣的溫度又是多少？決定上述例子是采用一級壓縮還是二級壓縮，實(shí)際上就是要看壓縮終溫是否超過了規(guī)定值。如采用了一級壓

3、縮，則終了溫度為，顯然超過了潤滑油允許溫度。所以應(yīng)采用兩級壓縮中間冷卻，最佳中間壓力0.7746MPa，兩級壓縮后的終溫則為。例題軸流式壓氣機(jī)從大氣吸入的空氣，經(jīng)絕熱壓縮至。由于摩阻作用，使出口空氣溫度為，若此不可逆絕熱過程的初、終態(tài)參數(shù)滿足，且質(zhì)量流量為720kJ/min，試求：（）多變指數(shù)；（）壓氣機(jī)的絕熱效率；（）拖動(dòng)壓氣機(jī)所需的功率；（）由于不可逆多耗的功量；（）若環(huán)境溫度，求由于不可逆引起的有效能損失；（）在T-s圖上用面積表示出和I。解（）求多變指數(shù)不可逆絕熱壓縮過程的初、終態(tài)參數(shù)滿足多變過程的關(guān)系 則多變指數(shù) （）求壓氣機(jī)的絕熱效率可逆絕熱壓縮過程的終溫 壓氣機(jī)的絕熱效率 （）求

4、壓氣機(jī)所耗功率 （）求由于不可逆多耗的功量 （）求有效能的損失 由于2與狀態(tài)在一條定壓線上，故 （）不可逆而多耗的功量如圖中面積所示，不可逆引起的有效能損失I如圖面積所示。討論（）由于不可逆多消耗的功率443.2kW，且壓縮終溫比高將近，這都是不利的。（）由于不可逆多耗的功量與不可逆損失并不相等。這是因?yàn)檗D(zhuǎn)變?yōu)闊崃勘粴怏w吸收（使氣體溫度從上升到）其中一部分仍為有效能的緣故。但是，對于壓縮氣體來說，增加這部分有效能實(shí)際上并無用處。（）不可逆絕熱壓縮過程的熵產(chǎn)，可簡化為。例題汽油機(jī)的增壓器吸入的空氣燃油混合物，經(jīng)絕熱壓縮到。已知混合物的初始密度，混合物中空氣與燃油的質(zhì)量比為14：1，燃油耗量為0。

5、66kg/min。求增壓器的絕熱效率為0.84時(shí)，增壓器的功率。設(shè)混合物可視為理想氣體，比熱容為定值k=1.38。解先求混合物的及 可逆絕熱壓縮時(shí)，增壓器出口的混合物溫度 由 可求得不可逆絕熱壓縮時(shí)，混合物的終溫 按題意可知，混合物的空燃比為，即燃油對應(yīng)于的混合物，則經(jīng)過增壓器混合物的耗量為 不可逆壓縮時(shí)，增壓器所消耗的功率 例題某軸流式壓氣機(jī)對和的混合物進(jìn)行絕熱壓縮。已知初溫，初壓，混合氣體的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為。試求在下列兩種情況下每分鐘上產(chǎn)66kg壓力為400kPa的壓縮氣體的耗功量：（）若壓縮過程是可逆的；（）若壓氣機(jī)的絕熱效率，并計(jì)算不可逆絕熱壓縮過程的熵產(chǎn)。（按定值比熱容計(jì)算, ）解（）求混

6、合氣體的等 壓氣機(jī)的耗功量為 （）不可逆過程壓氣機(jī)的耗功率為 為了求不可逆絕熱壓縮過程的熵產(chǎn)，需先求出出口溫度?？赡鏁r(shí)的出口溫度 不可逆時(shí)的出口溫度，根據(jù) 得 不可逆過程的熵產(chǎn) 討論例題，關(guān)鍵是要先求出混合氣體的物性參數(shù)及等值。例題活塞式壓氣機(jī)從大氣吸入壓力為，溫度為27的空氣，經(jīng)n=1.3的多變過程壓縮0.7MPa.后進(jìn)入一儲氣筒，再經(jīng)儲氣筒上的漸縮噴管排入大氣，參見圖。由于儲氣筒散熱，進(jìn)入噴管時(shí)空氣壓力為0.7MPa，溫度為60，已知噴管出口截面面積為。試求：（）流經(jīng)噴管的空氣流量；（）壓氣機(jī)每小時(shí)吸入大氣狀態(tài)下的空氣容積；（）壓氣機(jī)的功率；（）將過程表示在T-s圖上。解（）對于噴管來說，

7、屬校核計(jì)算型題目。確定噴管出口壓力，因 所以 噴管出口截面上的流速 流經(jīng)噴管的空氣流量 （）壓氣機(jī)吸入大氣狀態(tài)下的體積流量 （）壓氣機(jī)的耗功率 （）過程表示如圖所示，是在壓氣機(jī)中進(jìn)行的多變壓縮過程，是在儲氣筒總進(jìn)行的定壓放熱過程，是在噴管中進(jìn)行的可逆絕熱膨脹過程。討論這是一壓氣機(jī)與噴管的綜合題。噴管的計(jì)算屬校核計(jì)算問題，它的進(jìn)口狀態(tài)是，出口狀態(tài)是。進(jìn)口狀態(tài)、背壓及噴管尺寸已知，可從它入手，求得流過噴管的流量（求解時(shí)注意噴管出口壓力的確定）。此流量也是通過壓氣機(jī)的流量，于是求壓氣機(jī)的耗功率等問題就迎刃而解。例題-7某活塞式壓氣機(jī)的余隙比，進(jìn)氣的初參數(shù), 壓縮終壓為。若壓縮過程與膨脹過程的多變指數(shù)

8、相同，均為n=1.2，氣缸直徑D=200mm，活塞行程S=300mm，機(jī)軸轉(zhuǎn)速為500r/min。試求：（）畫出壓氣機(jī)示功圖；（）求壓氣機(jī)的有效吸氣容積；（）求壓氣機(jī)的容積效率；（）求壓氣機(jī)排氣及拖動(dòng)壓氣機(jī)所需的功率。解（）壓氣機(jī)示功圖如圖10所示。（）壓氣機(jī)的有效吸氣及活塞排量 根據(jù)余隙比 求得 及 按可膩多變膨脹過程參數(shù)間的關(guān)系得 有效吸氣容積 （）壓氣機(jī)的容積效率 （）壓氣機(jī)排氣溫度 壓氣機(jī)所耗功率 例題在兩級壓縮活塞式壓氣機(jī)裝置中，空氣從初態(tài)、壓縮到終壓。設(shè)兩氣缸中的可逆多變過程的多變指數(shù)均為n=1.2，且級間壓力取最佳中間壓力。要求壓氣機(jī)每小時(shí)向外供給的壓縮空氣量。求：（）壓氣機(jī)總的

9、耗功率；（）每小時(shí)流經(jīng)壓氣機(jī)水套及中間冷卻器總的水量。設(shè)水流過壓氣機(jī)水套及中間冷卻器時(shí)的溫升都是15 。解（）壓氣機(jī)總的耗功率中間壓力 因?yàn)?故 所以 =-25.0kW（）總的冷卻水量空氣的終溫 空氣的質(zhì)量流量為 壓縮空氣在多變壓縮過程中，對冷卻水放出的熱流量（也是冷卻水流經(jīng)壓氣機(jī)水套時(shí)帶走的熱流量） 壓縮空氣在中間冷卻器中，對冷卻水放出的熱流量（也是冷卻水流經(jīng)中間冷卻器時(shí)帶走的熱流量） 冷卻水流經(jīng)壓氣機(jī)水套及中間冷卻器時(shí)，帶走的總熱流量 每小時(shí)流經(jīng)壓氣機(jī)水套及中間冷卻器總的冷卻水量為 例題一兩級活塞式氮?dú)鈮嚎s機(jī)，進(jìn)氣，級間有中間冷卻器。高壓缸的進(jìn)氣溫度，排氣壓力，兩級壓縮均為n=1.3的多變過程，每小時(shí)生產(chǎn)的氮?dú)?。中間冷卻器的進(jìn)口水溫，流量，環(huán)境溫度。在最佳壓比條件下，求：（）壓氣機(jī)的耗功率；（）冷卻器中由于不可逆?zhèn)鳠岬挠行軗p失，并將傳熱過程及有效能損失表示在T-s圖上。解（）壓氣機(jī)的耗功率 （）壓氣機(jī)的排氣溫度