工程熱力學(xué)復(fù)習(xí)參考題

1、第八章壓氣機(jī)，、填空題1. 壓氣機(jī)每小時(shí)將pi = O.IMpa、ti=27C的空氣120m3壓縮到p2= 1. 2MPa假設(shè)n =1.3, 那么壓氣機(jī)消耗10.98kW的功率。2. 軸流式壓氣機(jī)每分鐘吸入 pp O.1Mpa、11=30E的空氣200m3,絕熱壓縮到p2 =600kPa。壓氣機(jī)絕熱效率為0.85，拖動(dòng)此壓氣機(jī)需 917.27 kW勺功率。3. 軸流式壓氣機(jī)每分鐘吸入 pc 0.1MPa 1 1=27E的空氣200m3/s，經(jīng)絕熱壓縮 到p2=0.8Mpa,該壓氣機(jī)的絕熱效率為 0. 85,那么出口處空氣的溫度達(dá) 313.54 C。二、簡述題1. 理論上余隙容積對壓氣機(jī)的性能產(chǎn)

2、生什么影響？【答】活塞式壓氣機(jī)由于結(jié)構(gòu)和制造工藝的要求，當(dāng)活塞在上止點(diǎn)時(shí)，總存在一 定的空隙Vc,使得壓氣機(jī)的有效吸氣容積小于氣缸排量Vh。理論分析說明，容積V -效率v =1 - C C : n-1)?？梢?，余隙容積對壓氣機(jī)單位氣缸排量的產(chǎn)氣量產(chǎn)生影Vh響，余隙容積越大，壓氣機(jī)單位氣缸排量的產(chǎn)氣量越低，并且隨壓縮比的提高影 響越顯著；正是這個(gè)原因，余隙容積對壓氣機(jī)的單級壓比也產(chǎn)生限制作用。2. 在生產(chǎn)高壓壓縮空氣的過程中，為什么米取分級壓縮級間冷卻措施？【答】活塞式壓氣機(jī)生產(chǎn)高壓空氣時(shí)，為了提高等溫效率和容積效率，應(yīng)米用分級壓縮級間冷卻的措施。因?yàn)閴罕忍?，一方面如果是一次壓縮，那么容積效率

3、很低，產(chǎn)氣量小，嚴(yán)重的將不能生產(chǎn)壓縮氣體。分級后，有效地解決了這一問題；另一方面，采取分級壓縮級間冷卻，可使整個(gè)壓縮過程向定溫過程逼近，減少壓 縮功消耗，提高定溫效率。3. 在多級活塞式壓氣機(jī)中如何分級能使壓縮功耗最??？如此分級還有什么優(yōu)點(diǎn)？【答】多級活塞式壓氣機(jī)應(yīng)按各級壓縮比相同的原那么分級才能做到使功耗最小。除此之外，還可以得到如下其它有利結(jié)果：(1) 每級的耗功相等，有利于壓氣機(jī)曲軸的平衡；(2) 每級壓縮過程的溫度變化情況相同，所以每個(gè)氣缸的工作條件一樣；(3) 每級壓縮過程排熱相等，所以各級都安排同樣的中間冷卻器。4. 多級壓縮不用用中間冷卻器可以嗎 7為什么？【答】不可以。由理論分

4、析可知，對理想氣體進(jìn)行壓縮，在同樣的增壓比的情 況下， 低溫下壓縮比高溫下壓縮耗功小。分級壓縮的主要目的之一是降低壓縮功，如果沒有中間冷卻器，就不可能把壓縮過程的溫度降下來，也就不可能有降低功 耗的效果，所以一定要設(shè)中間冷卻器。5. 葉輪式壓氣機(jī)不可逆絕熱壓縮比可逆絕熱壓縮多耗功，這是否就是此不可逆過程的作功能力損失？為什么？ 【答】這不是做功能力損失。 做功能力損失和不可逆導(dǎo)致多消耗的功是兩個(gè)不同 的 概念。在葉輪式壓氣機(jī)不可逆絕熱壓縮過程中， 多消耗的功全部變成熱力系的 內(nèi)能， 一般都是在比環(huán)境溫度高的情況下轉(zhuǎn)換的，它們并未完全失去做功能力， 只是局部失 去做功能力。三、計(jì)算題I. 空氣在

5、穩(wěn)定流動(dòng)中從 O.IMPa 17 C絕熱的壓縮到0.6MP&如壓縮機(jī)絕熱效率 為 0.82 ；求(1 )出口溫度；(2) 由于不可逆性引起的溫升；(3) 實(shí)際的輸入功。 Rg = 287J/kgK 。 【解】：pi=O.1Mpa, ti=17°C; p2=0.6Mpa n c=0.82(1) 可逆絕熱過程出口溫度 T2s=T1(p2/p1)(k-1)/k =484.118K由絕熱效率的定義n c=(T2s- T 1)/(T 2 - T 1), 故實(shí)際過程出口溫度 T2 =(T2s-Ti)/ n c+Ti=526.6963K(2) 由于不可逆性引起的溫升 T= T2'

6、-T2s=42.5783K(3) 可逆絕熱過程耗功 wc,s=k/(k-1) x RT1(p 2/p 1 ) (k-1)/k - 1 = 1 94. 83kJ/kg 實(shí)際絕熱過程耗功 wc' =wc,s/ n c=237.59 kJ/kg2軸流式壓氣機(jī)從大氣環(huán)境中吸入p1 = 0.1MPa 1 1=15C的空氣，其質(zhì)量流量為II. 6kg/s，絕熱壓縮到p2= 0.9MPa。由于摩阻作用，出口溫度增加到12=302Co求(1) 壓氣機(jī)的絕熱效率；( 2) 摩阻引起的不可逆損耗； (3)拖動(dòng)壓氣機(jī)所需的功率?！窘狻?cp= 1.004kJ/kgK ?， R = 287J/kg K o：p

7、1=0.1Mpa ， t1=15C； p2=0.9Mpa ， t1=302C； qm=11.6kg/s(1) 可逆絕熱過程出口溫度 T2s=T1(p2/p1)(k-1)/k=539.83K(2) 絕熱效率 n c=(T2s-)/(T 2-T1) =87.69%(3) A s=cdn(T 2/T-RgIn(p 2/p =0.0633 kJ/kg K 不可逆損耗 I= T 1A s=18.24 kJ/kg(4) 實(shí)際絕熱過程耗功 wc' =cp(T2- T1)=288.148 kJ/kg壓氣機(jī)消耗的功率 P=qmwc' =3342.52kW3.空氣在壓縮機(jī)中被絕熱壓縮。壓縮前空氣的

8、參數(shù)為p 1 = 0.1Mpa、11=25C。壓 縮后空氣的參數(shù)為p2=600kPa t2= 240C。設(shè)比熱容為定值，試求：(1) 通過計(jì)算判斷此壓縮過程是否可逆；(2) 壓縮 1kg 空氣所需消耗的軸功；(3) 如為可逆絕熱壓縮，壓縮 1kg 空氣所需消托的軸功又為多少？ cp= 1.004kJ/kg K ，R= 287J/kg K 。【解】： p1=0.1Mpa ， t1=25C； p2=0.6Mpa ， t1=240 C(1) A s=cdn(T 2/Ti)-Rgln(p 2/p i)=0.0309 kJ/kg K>0, 故此壓縮過程為不可逆過 程(2) 壓縮過程耗功 wc=cp

9、(T2-T1)=215.86 kJ/kg(3) 可逆絕熱壓縮過程耗功 wc,s=k/(k-1) x RTi(p 2/p 1)(k-1)/k -1=200.21kJ/kg4. 某空氣壓縮機(jī)每分鐘吸入 pcO.IMpPa t i=30C的空氣10m3，并將它可逆地 壓縮至U6X1(JPa 后送入貯氣筒。求：(1) 可逆定溫壓縮比絕熱壓縮節(jié)省的功率至少是多少？(2) 如果壓縮過程的多變指數(shù) n= 1.35 ，所需的功率比絕熱壓縮節(jié)省的功率 至少是多少？(3) 設(shè)該壓氣機(jī)采用了閃火點(diǎn)為 180C 的潤滑油，壓縮過程的 n = .35 為安全起見，不容許壓縮空氣的溫度超過155C,求壓縮后的壓力應(yīng)多大？

10、 287J/kgK 。【解】： p1=0.1Mpa , t1=30C； p2=0.6Mpa q V=10nVh ， n=1.35 ， t2<155°C( 1) 進(jìn)口質(zhì)量流量 qm=p1qV/60R gT1= 0 . 1 9 1 6kg/s(2) 可逆絕熱過程耗功 wc,s=k/(k- 1 ) xRgT1(p 2/p1)(k-1)/k -1=203.57kJ/kg 可逆定溫過程耗功 wc,T= RgT1ln(p 2/p1)=155.89kJ/kg 可逆定溫過程比絕熱過程節(jié)省的功量 A wc,T =w c,s -W c,T =47.68kJ/kg(3) 多變過程理論耗功 wc,n=

11、n/(n- 1 ) xRgT1(p 2/p1)(n-1)/n -1=198.42kJ/kg 可逆多變過程比絕熱過程節(jié)省的功量 A wc, n =w,s-Wc,n=5.15 kJ/kg(4) 由 t2<155C，得到 P2VP1X (T2/Ti)"(t =0.3787Mpa5. 一臺(tái)活塞式兩級壓縮裝臵，每小時(shí)吸入 90m3 的空氣，初態(tài)參數(shù)為 p = 0.1MPa 11=20C ,將它壓縮到 pa=4.9 MPa 。設(shè)兩缸中的可逆多變壓縮過程的多變指數(shù) n= 1.25 ， 要求每缸壓縮后的溫度小于160C，以保證潤滑。求：(1) 壓縮過程中空氣的總放熱量；(2) 中間冷卻器中空氣

12、的放熱量。 cp= 1.004kJ/kg K- ， R = 287J/kg K ?！窘狻浚?p1=0.1Mpa ， t1=20C； p3=4.9Mpa ， t3<160C； qV=90m 3/h， n=1.25 ， m=2( 1) 進(jìn)口質(zhì)量流量 qm=p1qV/3600R gT1=0.0297kg/s(2) 由 T3maX T 1= ( p a/p 1 )(n-1)/n ，得至 maF(Ta/T1)" 冋 =7.0427兩級壓縮的最正確壓比n =©a/p 1)1/2=7<n max，滿足潤滑要求。(3) 單級壓縮后的溫度 Ta=T1 n (n-1)/n =432.62K ， 13= T2-273.15=159.47 C(4) 空氣在中間冷卻器中的放熱 q=cp(t 3-t 1)=140.03kJ/kg單位時(shí)間放熱量 Q= 3