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1、第九章 气体动力循环 75 图 9-1 图 9-2 第九章第九章 气体动力循环气体动力循环 9- -1 某活塞式内燃机定容加热理想循环（图 9-1） ，压缩10，气体在压缩冲程的起 点状态是 1 100kPap 、 1 35 Ct ，加热过程中气体吸热 650kJ/kg。 假定比热容为定值且1.005kJ/(kg K) p c 、1.4， 求： （1）循环中各点的温度和压力； （2）循环热效率，并与同 温度限的卡诺循环热效率作比较； （3）平均有效压力。 提示和答案：提示和答案：注意压缩比定义。 g13 1 1 0.884 4 m /kg R T v p ； 3 1 2 0.088 44 m
2、/kg v v 、 22 2 g 774.05 K p v T R 、 1 211 2 2.512 MPa v ppp v ； 1 32 1 679.52 K V q TT c 、 3 32 0.088 44 m /kgvv、 g3 3 3 5.450 MPa R T p v ； 41 vv、 32 4333 41 1 0.217 MPa vv pppp vv 、 44 4 g 668.60 K p v T R ； 241 t 132 110.602 qTT qTT 、 L c H 10.817 T T ； netnet1t h1212 MEP491.6 kPa WWq Vvvvv 。 9-
3、-2 利用空气标准的奥托循环模拟实际火花点火活塞式汽油机的循环。循环的压 缩比为7，循环加热量为1 000 kJ/kg，压缩起始时空气压力为90 kPa，温度10 C，假 定空气的比热容可取定值， 求循环的最高温度、 最高压力、 循环热效率和平均有效压力。 提示和答案：提示和答案： 3max 2 009.43 KTT、 3max 4 470.6 kPapp、 t 54.1 %、 MEP699.1 kPa。 9- -3 某狄塞尔循环（图 9-2）的压缩比是 19，输入 1kg 空 气的热量 1 800kJ/kgq 。若压缩起始时状态是 1 25 Ct 、 1 100kPap ，计算： （1）循环
4、中各点的压力、温度和比体积； 第九章 气体动力循环 76 （2）预胀比；（3）循环热效率，并与同温限的卡诺循环热效率作比较；（4）平均有 效压力。假定气体的比热容为定值，且1 005J/(kg K) p c 、718J/(kg K) V c 。 提示和答案：提示和答案：同题 9-1，加热过程为定压。 3 1 0.855 7 m /kgv 、 3 2 0.045 0 m /kgv 、 2 6 169.6 kPap 、 2 967.35 KT 、 1 32 1 763.37 K p q TT c 、 3 3 0.082 0 m /kgv 、 32 pp、 41 vv、 4 231.5 kPap 、
5、 4 690.25 KT ；1.82； t 1 1 10.648 (1) 、 c 0.848；MEP639.4 kPa。 9- -4 某内燃机狄塞尔循环的压缩比是 17，压缩起始时工质状态为 1 95kPap 、 1 10 Ct 。若循环最高温度为1 900K，假定气体比热容为定值1.005kJ/(kg K) p c 、 1.4。试确定（1）循环各点温度，压力及比体积； （2）预胀比； （3）循环热效率。 提示和答案：提示和答案：同题 9-3。 3 1 0.855 4 m /kgv 、 3 2 0.050 3 m /kgv 、 2 5 015.94 kPap 、 2 879.10 KT 、 3
6、max 1 900 KTT、 32 5 015.94 kPapp、 3 3 0.108 7 m /kgv 、 41 vv、 4 279.28 kPap 、 4 832.38 KT ；2.16； t 61.6 %。 9- -5 已知某活塞式内燃机混合加热理想循环（图 9-3） 1 0.1MPap 、 1 60 Ct ，压缩 比 1 2 15 v v ， 定 容 升 压 比 3 2 1.4 p p ， 定 压 预 胀 比 4 3 1.45 v v ，试分析计算循环各点温度、压力、比体积及循 环热效率。设工质比热容取定值，1.005kJ/(kg K) p c ， 0.718kJ/(kg K) V c
7、 。 提示和答案：提示和答案：利用比定压热容和比定容热容求得气体常数，注意用不同的计算式校 核热效率。 g 0.287 kJ/(kg K) pV Rcc， 3 1 0.955 7 m /kgv 、 3 2 0.063 7 m /kgv 、 2 4.431 MPap 、 2 983.52 KT 、 32 vv、 3 6.203 MPap 、 3 1 376.8 KT 、 43 pp、 图 9-3 第九章 气体动力循环 77 3 4 0.092 4 m / kgv 、 4 1 996.3 KT 、 5 0.236 MPap 、 5 784.39 KT 、 51 vv、 t 0.642。 9- -6
8、 有一活塞式内燃机定压加热理想循环（见图 9-2）的压缩比20，工质取空气， 比热容取定值，=1.4，循环作功冲程的 4 %为定压加热过程，压缩冲程的初始状态为 1 100 kPap ， 1 20Ct 。求：(1)循环中每个过程的初始压力和温度；(2)循环热效率。 提示和答案：提示和答案： g13 1 1 0.841 m /kg R T v p 、 3 1 2 0.042 m /kg v v 、 2 971.63 KT 、 2 6 628.9 kPap ，定压加热过程占作功冲程的4%，即 32 12 0.04 vv vv ，可得 32 1.76vv ， 由于 3 2 v v ，所以 1.76
9、。 32 6 628.9 kPapp 、 3 322 2 1 710 K v TTT v 、 1 1 3 433 4 646.8 K v TTT v 、 33 4333 41 220.6 kPa vv pppp vv 、 t 0.658 。 9- -7 某柴油机定压加热循环（见图 9-2）气体压缩前的参数为290K、100kPa，燃烧 完成后气体循环最高温度和压力分别是2 400K、6MPa，利用空气的热力性质表，求循环 的压缩比和循环的热效率。 提示和答案：提示和答案： 状态 1： g13 1 1 0.832 3 m /kg R T v p ，查（附表 7）空气热力性质： 1 292.25
10、kJ/kgh 、 r1 1.2531p 、 r1 231.43v 。 故 111 11g 1 2 0 9 . 0 2 k J / k guhpvhRT。 状态 2： 23 6 MPapp，2 1 ss。 据 r 22 r 11 pp pp ， r2 75.186p， 由同表 2 895.74 KT 、 2 930.1 kJ/kgh ， g23 2 2 0.042 85 m /kg R T v p ， 12 /19.4vv。 状态 3：查空气热力性质表，得 3 2 756.75 kJ/kgh 、 r3 4 667.4p、 r3 0.514 20v 。 3 3 32 2 0.114 8 m /kg
11、 T vv T 。 第九章 气体动力循环 78 状态 4： 41 vv， 41 r4r3r3 33 3.728 0 vv vvv vv ， 由空气热力性质表， 4 1 315.27 KT 、 4 1 415.71 kJ/kgh 、 4444 1 038.23 kJ/kguhp v、 g4 4 4 453.5 kPa R T p v 。 241 8 2 9 . 2 k J / k gquu， 132 1 826.65 kJ/kgqhh， 2 t 1 154.6 % q q 。 注意：注意： 221 1 p vpv 及 11 221 1 T vTv 等公式是在比热容取常数下得到的，本题不能 利用这
12、些公式求得温度或压力再查表求焓、热力学能，由于用循环特性参数表达的热效 率计算式推导过程中也假定比热容为常数，所以只能用 net2 t 11 1 wq qq 或 2 t 1 1 T T 等 式计算循环热效率。 9- -8 内燃机混合加热循环，如图 9-3 所示。已知 1 90Ct 、 1 0.1 MPap ； 2 400 Ct ， 3 590 Ct ， 5 300 Ct 。若比热容按变值考虑，试利用气体性质表计算各 点状态参数，循环热效率及循环功并与按定值比热容计算作比较。 提示和答案：提示和答案： 参照题 9-4， 1、 2、 5 各点温度已知， 从气体热力性质表 （from R E Son
13、ntag C Borgnakke Introduction to Engineering Thermodynamics 2nd edition）直接查得 1 363.15 KT ， 1 259.81 kJ/kgu 、 r1 2.181 96p ； 2 673.15 KT ， 2 491.59 kJ/kgu 、 2 684.81 kJ/kgh 、 r2 20.035 85p； 3 863.15 KT ， 3 892.06 kJ/kgh 、 3 644.31 kJ/kgu 、 r3 51.637 82p； 5 573.15 KT ， 5 414.69 kJ/kgu 、 r5 11.093 09p；
14、 0 1 7.061 36 kJ/(kg K)s 、 0 2 7.698 12 kJ/(kg K)s ； 0 3 7.968 83 kJ/(kg K)s 、 0 5 7.528 30 kJ/(kg K)s 。 从 而 2 0 . 9 1 8 M P ap 、 3 1.177 MPap ， 继 而 求 得 g13 1 1 1.042 m /kg R T v p 、 g23 2 2 0.210 m /kg R T v p 。内燃机混合加热循环 32 vv、 43 pp、 51 vv， g5 5 5 157.86 kPa R T p v 。 00 5 1551g 1 ln0.336 0 kJ/(kg K) p sssR p ， 00 4 2442g15 2 ln p sssRs p ， 00 4 4152g 2 ln8.001 055 kJ/(kg K) p sssR p ，查气体热 第九章 气体动力循环 79 力 性 质 表 得 4 9 7 4 . 7KT 、 4 1 017.49 kJ/kgh ， 251 154.9 kJ/kgquu， 12 33 43243 ()()278.1 kJ/kgqqquuhh ， net12 123.2 kJ/kgwqq， 2 t 1 144.3 % q q
