工程热力学经典例题-第九章

1、 典型题精解例题空气为进入压气机按多变过程压缩至。试求：（）多变指数；（）压气机的耗功；（）压缩终了空气温度；（）压缩过程中传出的热量。解（）多变指数 （）压气机的耗功 （）压缩终温 （）压缩过程传热量于是 =3.80kJ例题压气机中气体压缩后的温度不宜过高，取极限值为，吸入空气的压力和温度为。若压气机缸套中流过465kg/h的冷却水，在汽缸套中的水温升高。求在单级压气机中压缩进气状态下空气可能达到的最高压力，及压气机必需的功率。解法（）压气机的产气量为 （）求多变压缩过程的多变指数根据能量守恒有 即 又因 即 解得 n=1.20（）求压气机的终压 （）求压气机的耗功 解法在求得压气机产气量后

2、，再求压气机的耗功量为 由 可求得多变指数为 压气机的终压为 讨论本例题提到压气机排气温度的极限值。压气机的排气温度一般规定不得超过160180由于排气温度超过限定值，会引起润滑油变质，从而影响润滑效果，严重时还可能引起自燃，甚至发生爆炸，所以不可能用单级压缩产生压力很高的压缩空气。例如，实验室需要压力为6.0MPa的压缩空气，应采用一级压缩还是两级压缩？若采用两级压缩，最佳中间压力应为多少？设大气压力为0.1MPa，大气温度为，n=1.25采用中冷器将压缩空气冷却到初温，压缩终了空气的温度又是多少？决定上述例子是采用一级压缩还是二级压缩，实际上就是要看压缩终温是否超过了规定值。如采用了一级压

3、缩，则终了温度为，显然超过了润滑油允许温度。所以应采用两级压缩中间冷却，最佳中间压力0.7746MPa，两级压缩后的终温则为。例题轴流式压气机从大气吸入的空气，经绝热压缩至。由于摩阻作用，使出口空气温度为，若此不可逆绝热过程的初、终态参数满足，且质量流量为720kJ/min，试求：（）多变指数；（）压气机的绝热效率；（）拖动压气机所需的功率；（）由于不可逆多耗的功量；（）若环境温度，求由于不可逆引起的有效能损失；（）在T-s图上用面积表示出和I。解（）求多变指数不可逆绝热压缩过程的初、终态参数满足多变过程的关系 则多变指数 （）求压气机的绝热效率可逆绝热压缩过程的终温 压气机的绝热效率 （）求

4、压气机所耗功率 （）求由于不可逆多耗的功量 （）求有效能的损失 由于2与状态在一条定压线上，故 （）不可逆而多耗的功量如图中面积所示，不可逆引起的有效能损失I如图面积所示。讨论（）由于不可逆多消耗的功率443.2kW，且压缩终温比高将近，这都是不利的。（）由于不可逆多耗的功量与不可逆损失并不相等。这是因为转变为热量被气体吸收（使气体温度从上升到）其中一部分仍为有效能的缘故。但是，对于压缩气体来说，增加这部分有效能实际上并无用处。（）不可逆绝热压缩过程的熵产，可简化为。例题汽油机的增压器吸入的空气燃油混合物，经绝热压缩到。已知混合物的初始密度，混合物中空气与燃油的质量比为14：1，燃油耗量为0。

5、66kg/min。求增压器的绝热效率为0.84时，增压器的功率。设混合物可视为理想气体，比热容为定值k=1.38。解先求混合物的及 可逆绝热压缩时，增压器出口的混合物温度 由 可求得不可逆绝热压缩时，混合物的终温 按题意可知，混合物的空燃比为，即燃油对应于的混合物，则经过增压器混合物的耗量为 不可逆压缩时，增压器所消耗的功率 例题某轴流式压气机对和的混合物进行绝热压缩。已知初温，初压，混合气体的质量分数为。试求在下列两种情况下每分钟上产66kg压力为400kPa的压缩气体的耗功量：（）若压缩过程是可逆的；（）若压气机的绝热效率，并计算不可逆绝热压缩过程的熵产。（按定值比热容计算, ）解（）求混

6、合气体的等 压气机的耗功量为 （）不可逆过程压气机的耗功率为 为了求不可逆绝热压缩过程的熵产，需先求出出口温度。可逆时的出口温度 不可逆时的出口温度，根据 得 不可逆过程的熵产 讨论例题，关键是要先求出混合气体的物性参数及等值。例题活塞式压气机从大气吸入压力为，温度为27的空气，经n=1.3的多变过程压缩0.7MPa.后进入一储气筒，再经储气筒上的渐缩喷管排入大气，参见图。由于储气筒散热，进入喷管时空气压力为0.7MPa，温度为60，已知喷管出口截面面积为。试求：（）流经喷管的空气流量；（）压气机每小时吸入大气状态下的空气容积；（）压气机的功率；（）将过程表示在T-s图上。解（）对于喷管来说，

7、属校核计算型题目。确定喷管出口压力，因 所以 喷管出口截面上的流速 流经喷管的空气流量 （）压气机吸入大气状态下的体积流量 （）压气机的耗功率 （）过程表示如图所示，是在压气机中进行的多变压缩过程，是在储气筒总进行的定压放热过程，是在喷管中进行的可逆绝热膨胀过程。讨论这是一压气机与喷管的综合题。喷管的计算属校核计算问题，它的进口状态是，出口状态是。进口状态、背压及喷管尺寸已知，可从它入手，求得流过喷管的流量（求解时注意喷管出口压力的确定）。此流量也是通过压气机的流量，于是求压气机的耗功率等问题就迎刃而解。例题-7某活塞式压气机的余隙比，进气的初参数, 压缩终压为。若压缩过程与膨胀过程的多变指数

8、相同，均为n=1.2，气缸直径D=200mm，活塞行程S=300mm，机轴转速为500r/min。试求：（）画出压气机示功图；（）求压气机的有效吸气容积；（）求压气机的容积效率；（）求压气机排气及拖动压气机所需的功率。解（）压气机示功图如图10所示。（）压气机的有效吸气及活塞排量 根据余隙比 求得 及 按可腻多变膨胀过程参数间的关系得 有效吸气容积 （）压气机的容积效率 （）压气机排气温度 压气机所耗功率 例题在两级压缩活塞式压气机装置中，空气从初态、压缩到终压。设两气缸中的可逆多变过程的多变指数均为n=1.2，且级间压力取最佳中间压力。要求压气机每小时向外供给的压缩空气量。求：（）压气机总的

9、耗功率；（）每小时流经压气机水套及中间冷却器总的水量。设水流过压气机水套及中间冷却器时的温升都是15 。解（）压气机总的耗功率中间压力 因为 故 所以 =-25.0kW（）总的冷却水量空气的终温 空气的质量流量为 压缩空气在多变压缩过程中，对冷却水放出的热流量（也是冷却水流经压气机水套时带走的热流量） 压缩空气在中间冷却器中，对冷却水放出的热流量（也是冷却水流经中间冷却器时带走的热流量） 冷却水流经压气机水套及中间冷却器时，带走的总热流量 每小时流经压气机水套及中间冷却器总的冷却水量为 例题一两级活塞式氮气压缩机，进气，级间有中间冷却器。高压缸的进气温度，排气压力，两级压缩均为n=1.3的多变过程，每小时生产的氮气。中间冷却器的进口水温，流量，环境温度。在最佳压比条件下，求：（）压气机的耗功率；（）冷却器中由于不可逆传热的有效能损失，并将传热过程及有效能损失表示在T-s图上。解（）压气机的耗功率 （）压气机的排气温度