《热工基础(张学学 高教》课后答案 第五章-第七章

1、热工基础(张学学 高教课后答案 第五章-第七章 思考题 1. 热水泵必须安装在热水容器下面距容器有一定高度的地方，而不能安装在热水容 器上面，为什么？ 答：保证其压力。 2. 锅炉产生的水蒸气在定温过程中是否满足q=w的关系？为什么？ 答：不对，因为水蒸气不能看作是理想气体，其内能不仅是温度的函数，还是压力的函数，故此定温过程内能是改变的，?u不等于0。 3. 有无0或低于0的蒸汽存在？有无低于0的水存在？为什么？ 答：有0或低于0的蒸汽存在，只要压力足够低就可能，但是没有低于0的水存在，因为水的三相点温度为0.01，低于三相点温度，只可能是固态或是气态。 4. 25mpa的水，是否也象1mp

2、a的水那样经历汽化过程？为什么？ 答：不可以，因为水的临界点压力为22.12mpa，故此，当压力高于临界压力时，它的汽化不经过气液两相区，而是由液相连续的到达气相。 5. dh=cpdt适用于任何工质的定压过程。水蒸气定压汽化过程中dt = 0，由此得 出结论，水定压汽化时dh=cpdt=0，此结论是否正确？为什么？ 答：不正确，因为定压汽化过程中发生了相变，上式只适用于不发生相变的过程。 6. 试解释湿空气、湿蒸汽、饱和湿空气。 答：湿空气：含水蒸汽的空气； 湿蒸汽：含有液态水的水蒸气； 饱和湿空气：相对湿度为100的湿空气。 7. 对未饱和湿空气与饱和湿空气分别判断干球温度、湿球温度、露点

3、温度三者的大 小。 答：未饱和湿空气：干球温度>湿球温度>露点温度 饱和湿空气： 干球温度>湿球温度露点温度 8. 在相同的温度及压力下，湿空气与干空气相比，那个密度大？ 答：干空气的密度大。 9. 同一地区阴雨天的大气压力为什么比晴朗天气的大气压力低？ 答：阴雨天相对湿度高，水蒸气分压力大。 10. 若两种湿空气的总压力和相对湿度相同，问：温度高的湿空气含湿量大还是温度 低的湿空气含湿量大？为什么？ 答：由d=0.6621 -1?ps，在相同相对湿度的情况下，温度高，ps大，所以，温度 高含湿量大。 11. 早晨有雾，为什么往往是好天气？ 答：早晨有雾，说明湿空气中含有许多

4、小水滴，湿空气为饱和湿空气，当温度逐渐上升后，小水滴逐渐汽化，所以往往是好天气。 习 题 5-1 试利用水蒸气表确定下列各点的状态,并确定各状态的焓、熵或干度及比体积。 p=20mpa，t=300； p=9mpa，v=0.017m3/kg； p=4.5mpa，t=450； p=1 mpa，x=0.90。 5-2 已知水蒸气的压力p=0.5mpa、比体积v=0.35m3/kg，分别用水蒸气表及h-s图确 定其状态并求其它参数。 解：用水蒸气表： 0.0010925<=0.35<=0.37486， 所以为湿饱和蒸汽。 x= -0.35-0.0010925 =93% -0.37486-0

5、.0010925 t=151.80c h=xh+(1-x)h=2601.0kj/kg s=xs+(1-x)s=6.474kj/kg 查h-s图得到： x=0.92 t=150.70c h=2652.0kj/kg s=6.384kj/kg?k 5-3 一体积为1m3的密闭容器内盛有压力为0.35mpa的干饱和蒸汽，问容器内蒸汽的质量 为多少？若对蒸汽进行冷却，问当压力降到0.2mpa时容器内的蒸汽处于什么状态？冷却过程中由蒸汽向外传出的热量为多少？ 解：1、查表得： =0.52427m3/kg h1=h=2732.37kj/kg 所以： m=v=1.907kg v 2、当p=0.2mpa时，比容

6、仍然为=0.52427m3/kg 0.0010605<<=0.88585 所以为湿饱和蒸汽。 3、x=-0.52427-0.0010605=59.1% -0.88585-0.0010605 h=504.7kj/kg h=2706.9kj/kg h2=xh+(1-x)h=1806.20kj/kg 传出的热量为： q=m(h1-h2)=1.907?(2732.37-1806.20)=1766.206kj 5-4 某容器盛有0.5kg 、t =120的干饱和蒸汽，在定容下冷却至80，求冷却过程中蒸汽放出的热量。 解：查表得： =0.89219m3/kg h=h=2706.18kj/kg

7、所以： v=mv=0.5?0.89219=0.446095m3 t=80c时， 0 0.00102903<=0.89219<=3.4086 所以为湿饱和蒸汽。 x=-0.89219-0.00102903=26.2% -3.4086-0.00102903 h=xh+(1-x)h=938.40kj/kg 传出的热量为： q=m(u-u)=m(h-h)-mv(p2-p.69kj 1)=816 5-5 某汽轮机入口蒸汽的压力p1=1.3mpa、t1=350，出口蒸汽压力为p2=0.005 mpa，假定蒸汽在汽轮机内进行理想绝热膨胀，忽略进、出口动能差，求每千克蒸汽流过汽轮机所作的轴功及乏汽

8、(排汽)的温度和干度。 解：查表得到： t0 理想的绝热过程，熵不变，所以有： p2=0.005mpa,s2=s1=7.1985kj/kg?k 查表得到p2时的参数： t2=32.90 c s=0.4762kj/kg?k,s=8.3952kj/kg?k h=137.77kj/kg，h=2561.2kj/kg 所以干度为： x=s2-s7.19852-0.4762=84.89% s-s8.3952-0.4762 所以出口乏气的焓为： h2=xh+(1-x)h=2195.02kj/kg 根据稳定流动的过程方程，可得： ws=h1-h2=956.53kj/kg 5-6 一台锅炉产汽率为20t/h，蒸

9、汽的压力为4.5 mpa ，温度为480，在同样的压力下 进入锅炉的给水的温度为100，若锅炉效率为0.9，煤的发热量为23000kj/kg，求一小时需多少煤？锅炉效率等于蒸汽总吸热量与燃料总发热量之比。 解：查表并插值得到： p=4.5mpa,t=1000c,h1=422.95kj/kg p=4.5mpa,t=4800c,h2=3399.40kj/kg 吸热量为： q=g(h2-h1)=20000?(3399.4-422.95)=5.9529?107kj/h 需要媒量为： q g=0.9=2.876t/h 23000 5-7 蒸汽在p=1.5mpa、x=0.95的状态下进入过热器，被定压加热

10、成为过热蒸汽后进 入汽轮机，理想绝热膨胀至p=0.005mpa、x=0.90的出口状态，求每kg蒸汽在过热器中吸热的热量。 解：查表得到： 当饱和压力为p=1.5mpa时 h=844.82kj/kg，h=2791.46kj/kg 所以： h=xh+(1-x)h=2694.13kj/kg 查表得到： 当p2=0.005mpa时 s=0.4761kj/kg?ks=8.393kj/kg?k 过热蒸汽在汽轮机中的理想绝热膨胀过程，熵不变，所以有： s1=s2=xs+(1-x)s=7.601kj/kg?k 查图得到： kj/kg?k时，h1=3390.2kj/kg 当p=1.5mpa，s7.601 所以

11、： q=h1-h=696.07kj/kg 5-8 在蒸汽锅炉的汽锅里储有p=0.4mpa、x=0.04的汽水混合物共8250kg。如果关死 出汽阀，炉内燃料燃烧每分钟供给汽锅17000kj的热量，求汽锅内压力上升到1mpa所需的时间。 解：查表得到： 当饱和压力为p=0.4mpa时 h=604.87kj/kg，h=2738.49kj/kg v1=0.0010835m3/kg，v2=0.46246m3/kg 所以： v1=xv+(1-x)v=0.01954416m3/kg h1=xh+(1-x)h=690.215kj/kg u1=h1-p1v1=682.4kj/kg 加热后为p=1mpa的干饱和

12、蒸汽 h2=h=2777.0kj/kg v=0.19430m3/kg u2=h2-p2v2=2582.7kj/kg 吸热过程为定容过程，所以吸热量为 q=m(u2-u1)=8250?(2582.7-682.4)=1.568?107kj 所需时间为 t= 5-9 q=922min 17000p1=3.5mpa、t=430的蒸汽流经一拉伐尔喷管后压力降为p2=1mpa，求理想 情况下喷管出口处汽流的速度。 解：p1=3.5mpa、t=430的蒸汽处于过热状态，k1.30由临界压力比可得： k k-11.31.3-1pcr?2?= ?p1?k+1? 所以 ?2?= ?1.3+1?=0.546 pcr

13、=0.546?3.5=1.911mpa>p2 查图表并插值得到： h1=3291.73kj/kg s1=6.94566kj/kg.k 理想绝热过程熵不变，所以有： s2=s1=6.94566kj/kg.k 查表可得： h2=2958.65kj/kg 所以出口速度为： c=2h1-h2=816.2m/s 5-10 测得大气的相对湿度?=0.60、t=25，已知大气压力为0.1mpa，试求大气的含湿量d 。 解： 查表得到： t=250c时，ps=0.003174mpa 所以： d=0.622?ps0.6?0.003174=0.622?=0.012kg水蒸气/kg干空气 p-?ps0.1-0

14、.6?0.003174 5-11 进入烘干装置的空气温度为10，相对湿度?=0.25，在加热器里被加热到50，从干燥室排出时的温度为30。求每蒸发1kg水分所需的空气流量及所消耗的热量。 解：由t1=10 c，0.25查表得到： h1=15kj/kg干空气，d12g/kg干空气 加热过程比湿度不变，沿定d线到t2=50c， h2=56kj/kg干空气，d22g/kg干空气 在干燥器中经历的是绝热加湿过程，其焓值近似不变，沿定h线到t3=30 c， h3=56kj/kg干空气，d310g/kg干空气 所以干空气的流量为 ma=1000=125kg 10-2 湿空气的流量为 mwet=ma(1+d

15、)=125(1+0.002)=125.25kg 所消耗的热量为： q=ma(h2-h1)=125?(56-15)=5125kj 5-12 为了保证精密仪表的精度及电绝缘的质量，要求保管及使用场所的大气不能太潮湿。如果大气温度为35，相对湿度?=0.80，则需进行去湿处理，现将其冷却到10，问每千克干空气的湿空气将有多少水分被分离出来？ 当这种含湿量已降低的湿空气再次被加热到25时，相对湿度为多少？加热量为多少？ 解：由tl=35oc,=0.8查表得到： h1=110kj/kg干空气 d1=29.5g/kg干空气 沿定d线到=1在沿定t2=10oc到得到 h2=27.6kj/kg干空气 d2=7

16、.8g/kg干空气 析出水量为： ?d=21.7g/kg干空气 沿定d线到t3=25oc得到 3=10% h3=30kj/kg干空气 加热量为： q=(h3-h2)=2.4kj/kg干空气 5-13 已知房间墙壁的温度为16。如果室内空气的温度为21，试问为防止在墙壁上发生凝结现象，空气允许的最大相对湿度为多少？ 解：查表知tg=21c对应的饱和压力为ps=1818.3pa tl=16oc对应的饱和压力为ps=2491.45pa 所以<ops=73% ps 5-14 一刚性容器，装有0.7kg的干空气，开始的压力和温度分别为105pa和22，然后向 容器内引入水蒸气，直至成为22的饱和湿

17、空气。求： 加入了多少水蒸气？ 混合气体的总压力为多少？ 解：由t2=22c,2=1查表得到： o d2=17g/kg干空气 加入的水蒸气的量为： m=0.7?(d2-d1)=11.9g 由d=0.622pq p-pq及pq=2.65kpa得到： 30.622?2.65?103 p=pq+=2.65?10+=0.99608?105pa d0.017 5-15已知湿空气的温度t = 18 、露点td=8，试求其相对湿度、绝对湿度及含湿量。如将上述湿空气加热到40，其相对湿度、绝对湿度各为多少？已知大气压力为0.1mpa。 解：查表知 0.622pq t=8oc对应的饱和压力为ps=1072.8p

18、a，d=6.65g/kg干空气 t=18c对应的饱和压力为ps=2064pa 所以相对湿度为： o = ops=52% ps 加热到40c,绝对湿度不变d=6.65g/kg干空气，查表得到： =8% 5-16一个空心钢球，内径为0.5m，壁厚2mm，内盛2mpa、250的过热水蒸气。这个盛水蒸气的钢球系统最终被冷却到环境温度30。求该系统及环境在此冷却过程中的总熵变。已知钢的比热容c=0.450kj/(kgk)、密度=7840kg/m3。 解: 由t1=250 c,p=2mpa查表得到: h1=2897.8kj/kg,=0.0152m3/kg,s1=6.603kj/kg?k 所以： 0 当冷却

19、到30c时,比容仍为=0.0152m3/kg,此时为湿蒸汽: -0.0152-0.00100412x=0.00043 -32.899-0.00100412 .35kj/kg 查表得: h=125.68kj/kg,h=2553m=v=4.3kg h2=xh+(1-x)h=126.73kj/kg s2=xs+(1-x)s=0.4366kj/kg?k 总传热量为 q=m(h1-h2)=11915.6kj 环境的熵变为: ?se= 蒸汽熵变为: q11915.6=39.325kj/k te273+30 ?sv=m(s1-s2)=-26.52kj/k 金属球的熵变为 ?ss=mcpln 总熵变为: t2

20、t4?4?=?r3-r3?cpln2=-3.048kj/k t13t1?3? ?stot=?se+?sv+?ss=9.757kj/k 思考题 1. 试画出简单蒸汽动力装置的系统图、简单蒸汽动力循环的p-v图与t-s图。 2. 既然利用抽气回热可以提高蒸汽动力装置循环的热效率，能否将全部蒸汽抽出来用于回 热？为什么回热能提高热效率？ 答：采用回热措施，虽然对每kg蒸汽来说做功量减少，但抽汽在凝结时所放出的潜热却全部得到的利用，进入锅炉给水温度提高了，使每kg工质在锅炉中吸收的热量大为减少，因此，提高了循环效率。但抽汽量不是越多越好，是根据质量守恒和能量守恒的原则确定的。 3. 蒸汽动力装置循环热

21、效率不高的原因是冷凝器放热损失太大，如取消冷凝器而用压缩机 将乏气直接升压送回锅炉是否可以？ 答：乏气如果是水汽混合的，则不能进行压缩。如果全部是气体进行压缩，则体积流量太大，需要采用大尺寸的机器设备，是不利的。 4. 卡诺循环优于相同温度范围的其它循环，为什么蒸汽动力循环不采用卡诺循环？ 答：与郎肯循环相同温限的卡诺循环，吸热过程将在气态下进行，事实证明气态物质实现定温过程是十分困难的，所以过热蒸汽卡诺循环至今没有被采用。那么，能否利用饱和区定温定压的特性形成饱和区的卡诺循环，从原理上看是可能的，但是实施起来，有两个关键问题，一是，汽轮机出口位于饱和区干度不高处，湿度太大使得高速运转的汽轮机

22、不能安全运行，同时不可逆损失增大，其二，这样的卡诺循环，压缩过程将在湿蒸汽区进行，气液混和工质的压缩会给泵的设计和制造带来难以克服的困难，因此迄今蒸汽动力循环未采用卡诺循环。 5. 如果柴油机在使用过程中，喷油嘴保养不好，致使燃油雾化不良，燃烧延迟，问此时柴 油机的经济性如何？ 答：燃烧延迟，没有充分膨胀便开始排气，这将使热效率显著降低，且排气冒黑烟，这是很不好的。 6. 今有两个内燃机的混合加热循环，它们的压缩比、初态、总的加热量相同，但两者的定 容升压比不同，（1）请在p-v图与t-s图上表示出这两个循环的相对位置；（2）利用t-s图定性地比较这两个循环的热效率。 7. 燃气轮机装置循环与

23、内燃机循环相比有何优点？为什么前者的热效率低于后者？ 答：燃气轮机与内燃机相比，没有往复运动机构，可以采用很高的转速，并且可以连续进气，因而可以制成大功率的动力装置。但要保持燃气轮机长期安全运行，必须限制燃气进燃气轮机时的最高温度，目前为700800?c，所以效率比较低。 8. 试述动力循环的共同特点。 答：有工质在高温热源吸热，在低温热源放热，并对外输出功。 习题 6-1某朗肯循环新蒸汽的参数为p1=4mpa、t1=400c，乏气的压力p2=4kpa，忽略泵功，试计算此循环的循环净功、加热量、热效率及乏气的干度x。如果t1=550c呢？ 解：1点：p1=4mpa, t1=400?c 查表得：

24、h1=3215.71kj/kg, s1=6.773kj/(kg.k) 2点：s2=s1=6.773kj/(kg.k), p2=4kpa 查表得：h2=2040.13kj/kg, x =0.789 3(4)点：由p3=p2=4kpa 查表得：h3=121.29kj/kg 吸热量：q1=h1-h3=3215.71121.29=3094.42kj/kg 净功量：wnet=h1-h2=3215.712040.13=1175.58kj/kg 热效率：=wnet1175.58=37.99% q13094.42 干度：x=0.789 1点：由p1=4mpa, t1=550?c 查表得：h1=3558.58k

25、j/kg, s1=7.233kj/(kg.k) 2点：由s2=s1=7.233kj/(kg.k), p2=4kpa 查表得：h2=2179.11kj/kg, x=0.846 3(4)点：由p3=4kpa, 查表得: h3=121.29kj/kg 吸热量：q1=h1h3=3558.58121.29=3437.29kj/kg 净功量：wnet=h1h2=3558.58-2179.11=1379.47kj/kg 热效率：=wnet1379.47=40.13% q13437.29 干度：x=0.846 6-2某蒸汽动力装置，气轮机入口蒸汽的参数为p1=13mpa,t1=535c,在气轮机内膨胀做功至干

26、饱和蒸汽后被送入再热器，在定压下重新加热到535c，再进入气轮机后半部继续膨胀至乏气压力7kpa,如蒸汽流量为200t/h，忽略泵功，计算气轮机的轴功、循环效率及乏气干度x。设煤的发热量为2?104kj/kg,求理论煤耗量。 解： 1点：由p1=13mpa, t1=535?c 得： h1=3430.18kj/kg, s1=6.559kj/(kg.k) 5点：由s5=s1=6.559kj/(kg.k), 得： p5=1.082mpa ，h5=2779.07kj/kg 5，t1=t5=535 c 得： 1点：由p1=p =3553=7.822kj/(kg.k) h1.50kj/kg，s1 ， p2

27、=7kpa 得： 2点：由s2=s1 h2=2430.67kj/kg，x2=0.941 3(4)点：由p3=p2 得： h3=163.38kj/kg 吸热量： -h5)=(3430q1=(h1-h3)+(h1.18-163.38)+(3553.50-2779.07) =4041.23kj/kg 净功量： -h2)=(3430wnet=(h1-h5)+(h1.18-2779.07)+(3553.5-2430.67) =1773.94kj/kg 热效率： = 煤耗率wnet1773.94=43.90% q14041.23q1?200=40.41t/h 42?10 6-3某船用理想蒸汽动力装置，气轮

28、机入口新蒸汽参数为p1=6mpa、t1=560c,冷凝器内蒸汽压力为6kpa,忽略泵功，求循环热效率。若该装置的功率为10mw，求每小时耗汽量为多少？ 解： 1点：由p1=6mpa, t1=560?c 得： h1=3562.68kj/kg, s1=7.057kj/(kg.k) 2点：由s2=s1, p2=6kpa 得： h2=2173.35kj/kg, x=0.8369 3(4)点：由p3=p2 得： h3=151.5kj/kg 吸热量 ： q1=h1h3=3562.68151.5=3411.18kj/kg 净功量： wnet=h1-h2=3562.68-2173.35=1389.33kj/k

29、g 热效率： =wnet1389.33=40.73% q13411.18 10?103?3600=25.91t/h wnet 6-4某蒸汽动力装置采用一次抽汽回热循环，气轮机入口的参数为p1=10mpa,t1=400c,冷凝器压力p2=0.05mpa,当蒸汽膨胀至2mpa时抽出kg蒸汽进入混合式加热器，定压放热以加热来自冷凝器的（1）kg冷凝水，使其成为抽汽压力下的饱和水，经水泵加压后送回锅炉。求此循环的热效率机1kg工质所作的轴功。 解： 1点：由p1=10mpa, t1=400?c 得： h1=3099.93kj/kg, s1=6.218kj/(kg.k) a点：由sa=s1, pa=2m

30、pa 得： ha=2739.62kj/kg 2点：由s2=sa,p2=0.05mpa 得： h2=2157.95kj/kg, x=0.788 3(4)点：由p3=p2 得： h3=340.58kj/kg 5(6)点：由p5=pa 得： h5=908.57kj/kg 抽汽量： (h5-h3)=(1-)(h5-h3)?= 热效率： (h5-h3)=(908.57-340.58)=0.2368 ha-h32739.62-340.58=1-(1-) 轴功： h2-h3)?2157.95-340.58=36.71% =1-(1-0.2368h1-h53099.93-908.57 ws=(h1-h5)?

31、=(3099.93-908.57) ?0.3671=804.45kj/kg 6-5一内燃机定容加热循环12341，如图630所示。已知p1=0.1mpa、t1=60?c、=6，工质为空气，比热容为定值，循环中吸热量q1=880kj/kg,求此循环的热效率。如果绝热膨胀不在点4停止，而是让其一直膨胀到点5，使p5=p1,试求循环123451的热效率，后一循环使工质达到了充分膨胀，从经济性考虑是有利的，为什么汽油机不采取这一方案？ 解：（1）循环热效率为： =1-1 k-1=1-161.4-1=51.16% （2）1到2为可逆绝热过程，所以有： ?v1?t2=t1 v?2?k-1=t1k-1=33

32、3?61.4-1=682k k?v2?k-11.4?p2=p1 =p=0.1?6=1.229mpa 1 v?1? 2到3为定容吸热过程，所以有： t3=t2+q1880=682+=1909k cv0.717 p3=p2t31909=1.229?=3.441mpa t2682 3到5为可逆绝热过程，又因为： p5=p1=0.1mpa 所以有： ?p5?t5=t3 p?3?k-1k?0.1?=1909? ?3.441?1.4-11.4=695k 放热过程为定压过程，所以循环的放热量为： q2=cp(t5-t1)=1.004?(695-333)=363.08kj/kg 所以循环的热效率为： =1-q

33、2363.08=1-=58.74% q1880 之所以不采用此循环，是因为实现气体定容放热过程较难。 6-6压缩比为7.5的奥图循环，吸气状态为98kpa和285k，试分别计算绝热指数k=1.3和k=1.4两种情况下，压缩冲程终了时的压力和温度以及循环热效率。 解: (1)k=1.4 循环热效率为： =1-1 k-1 k-1=1-1=55.33% 1.4-17.5压缩过程为可逆绝热过程，所以有： ?v1?t2=t1 v?2?=t1k-1285?7.51.41638k k?v1?k1.4p2=p1 kpa v?=p1=98?7.5=1645?2? (2)k=1.3 循环热效率为： =1-1 k-

34、1=1-1=45.36% 7.51.3-1 压缩过程为可逆绝热过程，所以有： ?v1?t2=t1 v?2?k-1=t1k-1285?7.51.31522k k?v1?k1.3p2=p1 kpa v?=p1=98?7.5=1345?2? 6-7一压缩比为6的奥图循环，进气状态为p1=100kpa、t1=300k，在定容过程中吸热540kj/kg,空气的质量流率为100kg/h,已知k=1.4,cv=0.71kj/(kg.k),试求输出功率及热效率。 解: 循环热效率为： =1- 每kg空气对外所作的功为： 1k-1=1-161.4-1=51.16% w=q1=540?0.5116=276.26k

35、j/kg 所以输出功率为： =m w=100?276.26=27626wkj/h=7.67kw 6-8某内燃机混合加热循环，吸热量为2600kj/kg,其中定容过程与定压过程的吸热量各占一半，压缩比=14,压缩过程的初始状态为p1=100kpa、t1=27c,试计算输出净功及循环热效率。 解:1到2为可逆绝热过程，所以有： ?v1?t2=t1 v?2?k-1=t1k-1=300?141.4-1=862k k?v2?k-11.4p2=p1 kpa v?=p1=100?14=4023?1? 2到3为定容过程，所以有： t3=q2-31300+t2=+862=2675k cv0.717 t32675

36、=4023?=12484kpa t2862p3=p2 所以定容增压比为： = 3到4为定压过程，所以有： p3t32675=3.103 p2t2862 t4=q3-41300+t3=+2675=3970k cv1.004 p4=p3=12484kpa 所以预胀比为： = 所以循环热效率为： v4t43970=1.484 v3t32675 k-1=1-k-1-1+k-1=1-3.103?1.484-1=63.66%1.4-1143.103-1+1.4?3.103?1.484-11.4 所以循环的净功为： w=q1=0.6366?2600=1655.1kj/kg 6-9某内燃机混合加热循环，如图6

37、-31所示。其中t1=90c、t2=400c、t3=590c、t5=300c,工质可视为空气，比热容为定值，求循环的热效率及相同温度范围卡诺循环的热效率。 解：首先求出压缩比、定容增压比和预胀比： 1到2为绝热压缩过程，所以有： ?v1?t2?k-1? t2=t1 =t?= v?1 t?2?1? 2到3为定容加热过程，所以有： 1k-1?673?= ?363?11.4-1=4.68 t3=t2p3t863=t2?=3=1.2823 p2t2673 5到1为定容过程，所以有： t5=t1?t5?p5573?=t1k?= = ? t?p11.2823?363?1?1k11.4=1.16 3到4为定

38、压过程，所以有： t4=t3 所以循环热效率为： v4=t3=863?1.16=1001.08k v3 k-1=1-k-1-1+k-1=1-1.2823?1.16-1=45.22%1.4-14.681.2823-1+1.4?1.2823?1.16-11.4 相同温度范围卡诺循环的热效率为： =t4-t11001.08-363=63.74% t41001.08 6-10内燃机混合加热循环，已知p1=0.1mpa、t1=27c、=16、=1.5,循环加热量q1=1298kj/kg,工质可视为空气，比热容为定值，求循环热效率及循环最高压力。若保持与q1不变，而 将定容增压比分别提高到1.75与2.2

39、5，试再求这两种情况下循环的热效率。 解:(1) =1.5 由1到2的压缩过程可看作可逆绝热压缩过程，所以有： ?v1?t2=t1 v?2?k-1=t1k-1=300?161.4-1=909k k?v1?k1.4p2=p1 v?=p1=0.1?16=4.85mpa ?2? v2=v1 由2到3的过程为定容加热过程，所以： v3=v2 ?p3?t3=t2 p?=t2=909?1.5=1364k ?2? pmax=p3=p2=1.5?4.85=7.275mpa 由于循环的加热量已知，所以有： q1=cv(t3-t2)+cp(t4-t3) ?t4=t3+ q1-cv(t3-t2)1298-0.717

40、?(1364-909)=1364+=2332kcp1.004 由3到4为定压过程，所以有： p4=p3=7.275mpa ?t4?v4=v3 t? ?3? 所以预胀比为： = 所以热效率为： v4t42332=1.71 v3t31364 k-11.5?1.711.4-1=1-k-1=1-1.4-1=63.90%-1+k-1161.5-1+1.4?1.5?1.71-1 (2) =1.75 由1到2的压缩过程可看作可逆绝热压缩过程，所以有： ?v1?t2=t1 v?2?k-1=t1k-1=300?161.4-1=909k k?v1?k1.4?p2=p1 =p=0.1?16=4.85mpa 1 v?

41、2? v2=v1 由2到3的过程为定容加热过程，所以： v3=v2 ?p3?t3=t2 k p?=t2=909?1.75=1591?2? pmax=p3=p2=1.75?4.85=8.4875mpa 由于循环的加热量已知，所以有： q1=cv(t3-t2)+cp(t4-t3) ?t4=t3+ q1-cv(t3-t2)1298-0.717?(1591-909)=1591+=2397kcp1.004由3到4为定压过程，所以有： p4=p3=8.4875mpa ?t4?v4=v3 t? ?3? 所以预胀比为： = 所以热效率为： v4t42397=1.507 v3t31591 k-11.75?1.5

42、071.4-1=1-k-1=1-1.4-1=65.10%-1+k-1161.75-1+1.4?1.75?1.507-1 (3) =2.25 由1到2的压缩过程可看作可逆绝热压缩过程，所以有： ?v1?t2=t1 v?2?k-1=t1k-1=300?161.4-1=909k ?v1?k1.4p2=p1 v?=p1=0.1?16=4.85mpa ?2? v2=v1k 由2到3的过程为定容加热过程，所以： v3=v2 ?p3?t3=t2 p?=t2=909?2.25=2045k ?2? pmax=p3=p2=2.25?4.85=10.9125mpa 由于循环的加热量已知，所以有： q1=cv(t3-

43、t2)+cp(t4-t3) ?t4=t3+ q1-cv(t3-t2)1298-0.717?(2045-909)=2045+=2527kcp1.004 由3到4为定压过程，所以有： p4=p3=8.4875mpa ?t4?v4=v3 t? ?3? 所以预胀比为： = 所以热效率为： v4t42527=1.235 v3t32045 k-12.25?1.2351.4-1=1-k-1=1-1.4-1=66.46%-1+k-1162.25-1+1.4?2.25?1.235-16-11某柴油机压缩前的空气温度为90c，柴油的着火温度为400c，试问，为了引燃柴油，最低压缩比为多少？已知空气的加热指数k=1

44、.40。 解:压缩过程可看作可逆绝热压缩过程，所以有： ?v1?t2=t1 v?2?k-1?t2?=t1k-1?= t?1?1k-1?673?= ?363?11.4-1=4.68 6-12某燃气轮机的进气状态为p1=0.1mpa、t1=22c,循环增压比=8,工质为空气，比热容是常数，定压吸热后的温度为600c。计算压气机所消耗的轴功、燃气轮机所作的轴功、 燃气轮机装置输出的净功及循环热效率。 解: 根据理想绝热过程得过程方程，可得： t2=t1 k-1k =295?8 1.4-11.4 =534.38k t3=t4 所以压气机所耗轴功： - k-1k =873?8 1.4-1-1.4 =48

45、1.94k w1=h2-h1=cp(t2-t1)=1004.5?(534.38-295)=240.46kj/kg 燃气轮机所作轴功： w2=h3-h4=cp(t3-t4)=1004.5?(873-481.94)=392.82kj/kg 输出净功： wnet=w2-w1=392.82-240.46=152.36kj/kg 热效率： =1- 1 k-1 k =1- 8 1 1.4-11.4 =44.8% 6-13某燃气轮机装置的进气状态为p1=0.1mpa、t1=27c,循环增压比=4,在燃烧室中的加热量为333kj/kg，经绝热膨胀到0.1mpa。设比热容为定值，试求循环的最高温度和循环的热效率

46、。 解: 根据理想绝热过程得过程方程，可得： t2=t1 所以有： k-1k =300?4 1.4-11.4 =445.8k tmax=t3=t2+ 热效率为： q333=445.8+=777.3k cp1.0045 =1- 1 k-1 k =1- 4 1 1.4-11.4 =32.7% 思考题 1. 什么情况下必须采用多级压缩？多级活塞式压缩机为什么必须采用级间冷却？ 答：为进一步提高终压和限制终温,必须采用多级压缩。和绝热压缩及多变压缩相比，定温 压缩过程，压气机的耗功最小，压缩终了的气体温度最低，所以趋近定温压缩是改善压缩过程的主要方向，而采用分级压缩、中间冷却是其中一种有效的措施。采用

47、此方法，同样的压缩比，耗功量比单级压缩少，且压缩终温低，温度过高会使气缸里面的润滑油升温过高而碳化变质。理论上，分级越多，就越趋向于定温压缩，但是无限分级会使系统太复杂，实际上通常采用24级。同时至于使气缸里面的润滑油升温过高而碳化变质,必须采用级间冷却。 2. 从示功图上看，单纯的定温压缩过程比多变或绝热压缩过程要多消耗功，为什么还说压 气机采用定温压缩最省功？ 答：这里说的功是技术功，而不是体积功，因为压缩过程是可看作稳定流动过程，不是闭口系统，在p-v图上要看吸气、压缩和排气过程和p轴围成的面积，不是和v轴围成的面积。 3. 既然余隙不增加压气机的耗功量，为什么还要设法减小它呢？ 答：有

48、余隙容积时，虽然理论压气功不变，但是进气量减少，气缸容积不能充分利用，当压缩同量的气体时，必须采用气缸较大的机器，而且这一有害的余隙影响还随着增压比的增大而增加，所以应该尽量减小余隙容积。 4. 空气压缩制冷循环能否用节流阀代替膨胀机，为什么？ 答：蒸汽制冷循环所以采用节流阀代替膨胀机，是因为液体的膨胀功很小，也就是说液体的节流损失是很小的，而采用节流阀代替膨胀机，成本节省很多，但是对于空气来说，膨胀功比液体大的多，同时用节流阀使空气的熵值增加很大，从t-s图上可以看出，这样使吸热量减少，制冷系数减少。 5. 绝热节流过程有什么特点？ 答：缩口附近流动情况复杂且不稳定，但在缩口前后一定距离的截面处，流体的流态保持不变，两个截面的焓相等。对于理想气体，绝热节流前后温度不变。 6. 如图7-15(b)所示，若蒸汽压缩制冷循环按122351 运行，循环耗功量没有变化，仍为 h