工程熱力學思考題答案

1、第九章 氣體動力循環(huán)1、從熱力學理論看為什么混合加熱理想循環(huán)的熱效率隨壓縮比£和定容增壓比入的增大而提高，隨定壓預脹比p的增大而降低？答：因為隨著壓縮比£和定容增壓比入的增大循環(huán)平均吸熱溫度提高，而循環(huán)平均放熱溫度不變，故混合加熱循環(huán)的熱效率隨壓縮比£和定容增壓比入的增大而提高?；旌霞訜嵫h(huán)的熱效率隨定壓預脹比P的增大而減低，這時因為定容線比定壓線陡，故加大定壓加熱份額造成循環(huán)平均吸熱溫度增大不如循環(huán)平均放熱溫度增大快，故熱效率反而降低。2、從內(nèi)燃機循環(huán)的分析、比較發(fā)現(xiàn)各種理想循環(huán)在加熱前都有絕熱壓縮過程，這是否是必然的？答：不是必然的，例如斯特林循環(huán)就沒有絕熱壓

2、縮過程。對于一般的內(nèi)燃機來說，工質(zhì)在氣缸內(nèi)壓縮，由于內(nèi)燃機的轉(zhuǎn)速非常高，壓縮過程在極短時間內(nèi)完成，缸內(nèi)又沒有很好的冷卻設備，所以一般都認為缸內(nèi)進行的是絕熱壓縮。3、卡諾定理指出兩個熱源之間工作的熱機以卡諾機的熱效率最高，為什么斯特林循環(huán)的熱效率可以和卡諾循環(huán)的熱效率一樣？答： 卡諾定理的內(nèi)容是：在相同溫度的高溫熱源和相同溫度的低溫熱源之間工作的一切可逆循環(huán)，其熱效率都相同，與可逆循環(huán)的種類無關(guān)，與采用哪一種工質(zhì)無關(guān)。定理二：在溫度同為T1 的熱源和同為T2 的冷源間工作的一切不可逆循環(huán)，其熱效率必小于可逆循環(huán)。由這兩條定理知，在兩個恒溫熱源間，卡諾循環(huán)比一切不可逆循環(huán)的效率都高， 但是斯特林循

3、環(huán)也可以做到可逆循環(huán)，因此斯特林循環(huán)的熱效 率可以和卡諾循環(huán)一樣高。4、根據(jù)卡諾定理和卡諾循環(huán)，熱源溫度越高，循環(huán)熱效率越大，燃氣輪機裝置工作為什么要用二次冷卻空氣與高溫燃氣混合，使混合氣體降低溫度，再進入燃氣輪機？答： 這是因為高溫燃氣的溫度過高，燃氣輪機的葉片無法承受這么高的溫度，所以為了保護燃氣輪機要將燃氣降低溫度后再引入裝置工作。同時加入大量二次空氣，大大增加了燃氣的流量，這可以增加燃氣輪機的做功量。5、卡諾定理指出熱源溫度越高循環(huán)熱效率越高。定壓加熱理想循環(huán)的循環(huán)增溫比P高，循環(huán)的最高溫度就越高，但為什么定壓加熱理想 循環(huán)的熱效率與循環(huán)增溫比P無關(guān)而取決于增壓比兀?答：提高循環(huán)增溫比

4、，可以有效的提高循環(huán)的平均吸熱溫度，但同時也提高了循環(huán)的平均放熱溫度，吸熱和放熱均為定壓過程，這兩方面的作用相互抵消，因此熱效率與循環(huán)增溫比無關(guān)。但是提高增壓比，P1不變，即平均放熱溫度不變，P2提高，即循環(huán)平均吸熱溫度提高，因此循環(huán)的熱效率提高。6、以活塞式內(nèi)燃機和定壓加熱燃氣輪機裝置為例，總結(jié)分析動力循環(huán)的一般方法。答：分析動力循環(huán)的一般方法：首先，應用“空氣標準假設”把實際問題抽象概括成內(nèi)可逆理論循環(huán)，分析該理論循環(huán)，找出影響循環(huán)熱效率的主要因素以及提高該循環(huán)效率的可能措施，以指導實際循環(huán)的改善；然后，分析實際循環(huán)與理論循環(huán)的偏離程度，找出實際損失的部位、大小、原因及提出改進辦法。7、內(nèi)

5、燃機定容加熱理想循環(huán)和燃氣輪機裝置定壓加熱理想循環(huán)的熱效率分別為t 1和t 1若兩者初態(tài)相同，壓縮比相同，他們的熱效率是否相同？為什么？若卡諾循環(huán)的壓縮比與他們相同，則熱效率如何？為什么？答：若兩者初態(tài)相同，壓縮比相同，它們的熱效率相等。因為 L,V2比OPl對于定壓加熱理想循環(huán)來說匹 工,將其帶入定壓加熱理想循環(huán) Pl V2熱效率的公式可知，二者的效率相等。對于卡諾循環(huán)來說，1三匕 1, 又因為卡諾循環(huán)的熱效率為T2 V21 " 1 ； 1r，所以卡諾循環(huán)和它們的效率相等。TiI11T28、活塞式內(nèi)燃機循環(huán)理論上能否利用回熱來提高熱效率？實際中是否采用？為什么？答：理論上可以利用回

6、熱來提高活塞式內(nèi)燃機的熱效率，原因是減少了吸熱量，而循環(huán)凈功沒變。在實際中也得到適當?shù)膽?。如果采用極限回熱，可以提高熱效率但所需的回熱器換熱面積趨于無窮大，無法實現(xiàn)9、燃氣輪機裝置循環(huán)中，壓縮過程若采用定溫壓縮可減少壓縮所消耗的功，因而增加了循環(huán)凈功（如圖8-1）,但在沒有回熱的情況下循 環(huán)熱效率為什么反而降低，試分析之。答：采用定溫壓縮后，顯然循環(huán)的平均吸熱溫度Ti降低，而循環(huán)的平均放熱溫度T2卻沒有變化，1 T2,因此整個循環(huán)的熱效率反而Ti，降低。10、燃氣輪機裝置循環(huán)中，膨脹過程在理想極限情況下采用定溫膨脹，可增大膨脹過程作出的功，因而增加了循環(huán)凈功 （如圖8-2）,但在沒 有回熱的

7、情況下循環(huán)熱效率反而降低，為什么？圖8-2答：在膨脹過程中采用定溫膨脹，雖然增加了循環(huán)凈功，但是卻提高了循環(huán)的平均放熱溫度T2,而整個循環(huán)的平均吸熱溫度 Ti沒有變化， 熱效率 i T2因此循環(huán)的熱效率反而降低。Ti11、燃氣輪機裝置循環(huán)中，壓氣機耗功占燃氣輪機輸出功的很大部分 （約60%）,為什么廣泛應用于飛機、艦船等場合？答：因為燃氣輪機是一種旋轉(zhuǎn)式熱力發(fā)動機， 沒有往復運動部件以及 由此引起的不平衡慣性力，故可以設計成很高的轉(zhuǎn)速，并且工作是連 續(xù)的，因此，它可以在重量和尺寸都很小的情況下發(fā)出很大的功率。而這正是飛機、艦船對發(fā)動機的要求。12、加力燃燒渦輪噴氣式發(fā)動機是在噴氣式發(fā)動機尾噴管

8、入口前裝有加力燃燒用的噴油嘴的噴氣發(fā)動機，需要突然提高飛行速度是此噴油 嘴噴出燃油，進行加力燃燒，增大推力。其理論循環(huán)1-2-3-6-7-8-1 （如圖8-3）的熱效率比定壓燃燒噴氣式發(fā)動機循環(huán)1-2-3-4-1的熱效率提 高還是降低？為什么?答： 理論循環(huán)1-2-3-6-7-8-1 的熱效率小于定壓燃燒噴氣式發(fā)動機循環(huán)1-2-3-4-1 的熱效率。因為由圖中可以看出循環(huán)6-7-8-4-6 的壓縮比小于循環(huán) 1-2-3-4-1，因此循環(huán)6-7-8-4-6 的熱效率小于循環(huán)1-2-3-4-1 ，因此理論循環(huán)1-2-3-6-7-8-1 雖然增大了循環(huán)的做功量，但是效率卻降低了。13、 有一燃氣輪機裝置，其流程示意圖如圖8-4 所示， 它由一臺壓氣機產(chǎn)生壓縮空氣，而后分兩路進入兩個燃燒室燃燒。燃氣分別進入兩臺燃氣輪機，其中燃氣輪機I發(fā)出的動力全部供給壓氣機，另一臺燃氣輪機n發(fā)出的動力則為輸出的凈功率。 設氣體工質(zhì)進入讓汽輪機I 和n時狀態(tài)相同，兩臺燃氣輪機的效率也相同，試問這樣的方案和圖9-16、圖9-17所示的方案相比較（壓氣機的c,s和燃氣輪機的丁都相同）在熱力學效果上有何差別？裝置的熱效率有何區(qū)別？答：原方案：循環(huán)吸熱量：Q1 cm t循環(huán)功量：wnet wT wc m h3 h4h2 h1 題中方案：循環(huán)吸熱量：Q1' cmA t c