工程熱力學經(jīng)典例題第九章secret

1、 典型題精解例題空氣為進入壓氣機按多變過程壓縮至。試求：（）多變指數(shù)；（）壓氣機的耗功；（）壓縮終了空氣溫度；（）壓縮過程中傳出的熱量。解（）多變指數(shù)（）壓氣機的耗功（）壓縮終溫（）壓縮過程傳熱量于是 =3.80kJ例題壓氣機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。求在單級壓氣機中壓縮進氣狀態(tài)下空氣可能達到的最高壓力，及壓氣機必需的功率。解法（）壓氣機的產(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（）求壓氣機的終壓（）求壓氣機的耗功解法在求得壓氣機產(chǎn)氣量后，再求壓氣機的耗功量

2、為由可求得多變指數(shù)為壓氣機的終壓為討論本例題提到壓氣機排氣溫度的極限值。壓氣機的排氣溫度一般規(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，嚴重時還可能引起自燃，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，實驗室需要壓力為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。如采用了一級壓縮，則終了溫度為，顯然超過了

3、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)；（）壓氣機的絕熱效率；（）拖動壓氣機所需的功率；（）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)（）求壓氣機的絕熱效率可逆絕熱壓縮過程的終溫壓氣機的絕熱效率（）求壓氣機所耗功率（）求由于不可逆多耗的

4、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。這是因為轉(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。66kg/min。求增壓器的絕熱效率為0.8

5、4時，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，增壓器出口的混合物溫度由可求得不可逆絕熱壓縮時，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，增壓器所消耗的功率例題某軸流式壓氣機對和的混合物進行絕熱壓縮。已知初溫，初壓，混合氣體的質(zhì)量分數(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；（）若壓氣機的絕熱效率，并計算不可逆絕熱壓縮過程的熵產(chǎn)。（按定值比熱容計算, ）解（）求混合氣體的等壓氣機的耗功量為（）不可逆過程壓氣機的耗功率為

6、為了求不可逆絕熱壓縮過程的熵產(chǎn)，需先求出出口溫度。可逆時的出口溫度不可逆時的出口溫度，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，進入噴管時空氣壓力為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；（）壓氣機每小時吸入大氣狀態(tài)下的空氣容積；（）壓氣機的功率；（）將過程表示在T-s圖上。解（）對于噴管來說，屬校核計算型題目。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

7、的空氣流量（）壓氣機吸入大氣狀態(tài)下的體積流量（）壓氣機的耗功率（）過程表示如圖所示，是在壓氣機中進行的多變壓縮過程，是在儲氣筒總進行的定壓放熱過程，是在噴管中進行的可逆絕熱膨脹過程。討論這是一壓氣機與噴管的綜合題。噴管的計算屬校核計算問題，它的進口狀態(tài)是，出口狀態(tài)是。進口狀態(tài)、背壓及噴管尺寸已知，可從它入手，求得流過噴管的流量（求解時注意噴管出口壓力的確定）。此流量也是通過壓氣機的流量，于是求壓氣機的耗功率等問題就迎刃而解。例題-7某活塞式壓氣機的余隙比，進氣的初參數(shù), 壓縮終壓為。若壓縮過程與膨脹過程的多變指數(shù)相同，均為n=1.2，氣缸直徑D=200mm，活塞行程S=300mm，機軸轉(zhuǎn)速為5

8、00r/min。試求：（）畫出壓氣機示功圖；（）求壓氣機的有效吸氣容積；（）求壓氣機的容積效率；（）求壓氣機排氣及拖動壓氣機所需的功率。解（）壓氣機示功圖如圖10所示。（）壓氣機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（）壓氣機的容積效率（）壓氣機排氣溫度壓氣機所耗功率例題在兩級壓縮活塞式壓氣機裝置中，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。要求壓氣機每小時向外供給的壓縮空氣量。求：（）壓氣機總的耗功率；（）每小時流經(jīng)壓氣機水套及中間冷卻器總的水量。設(shè)水流過壓氣機水套及中間冷卻器時的溫升都是15

9、 。解（）壓氣機總的耗功率中間壓力因為故所以 =-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)壓氣機水套時帶走的熱流量）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)中間冷卻器時帶走的熱流量）冷卻水流經(jīng)壓氣機水套及中間冷卻器時，帶走的總熱流量每小時流經(jīng)壓氣機水套及中間冷卻器總的冷卻水量為例題一兩級活塞式氮氣壓縮機，進氣，級間有中間冷卻器。高壓缸的進氣溫度，排氣壓力，兩級壓縮均為n=1.3的多變過程，每小時生產(chǎn)的氮氣。中間冷卻器的進口水溫，流量，環(huán)境溫度。在最佳壓比條件下，求：（）壓氣機的耗功率；（）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（）壓氣機的耗功率（）壓氣機的排氣