习题提示和答案

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1、第八章 压气机的热力过程 69 第八章第八章 压气机的热力过程压气机的热力过程 8- -1 某单级活塞式压气机每小时吸入的空气量3 1140mV ，吸入空气的状态参数是10.1MPap 、127 Ct ，输出空气的压力20.6MPap 。试按下列三种情况计算压气机所需要的理想功率（以 kW 表示） ： （1）定温压缩； （2）绝热压缩（设=1.4） ； （3）多变压缩（设 n =1.2） 。 提提 示示 和 答 案和 答 案 ： 据 定 义CtWW ，2 1 11ln6.97KWTmpPq p vp、12 1 1119.11kW1smpPqp vp、12 1 1118.12kW1smpnPqp

2、 vnp。 8- -2 某单级活塞式压气机吸入空气参数为3 1110.1MPa50 C0.032mptV、，经多变压缩3 220.32MPa0.012mpV、。求： （1）压缩过程的多变指数； （2）压缩终了空气温度； （3）所需压缩功； （4）压缩过程中传出的热量。 提 示 和 答 案提 示 和 答 案 ： 压 缩 功 只 是 体 积 变 化 功 。2112ln(/) 1.186ln(/)pp nVV、12 211387.82KnnpTTp 、1211 1113.443kJ1nnnpWpVnp、0.826kJ/(kg K)1nVnccn 、1.84kJnnQmcT 。 8- -3 压气机中气

3、体压缩后的温度不宜过高，若取限极值为 150。某单缸压气机吸入空气的压力和温度为10.1MPap 、120 Ct ，吸气量为3250m /h，若压气机中缸套流过冷却水465kg/h，温升为 14。求： （1）空气可能达到的最高压力； （2）压气机必需的功率。 提示和答案：提示和答案： 空气在可逆多变过程可能达到最高压力，故须求多变指数。压缩过程冷却水吸热量w,w7.5715kWmQqc t ，压气机产气量1 ,ag1,a0.08254kg/smVpqR Tq，利用气体放热等于冷却水吸热，可确定w,a91.73kJ/kgmQqq ，由21()1Vnqc TTn，解得第八章 压气机的热力过程 70

4、 1.20n ，所以1 2 2110.90MPannTppT ，max，,aC18.4kWmPqw。 8- -4 三台空气压缩机的余隙容积比均为 6%， 进气状态均为0.1MPa27 C、， 出口压力为0.5MPa，但压缩过程的指数分别为：1231.41.251nnn、，试求各压气机的容积效率（假设膨胀过程的指数和压缩过程相同） 。 提示和答案：提示和答案： 1 c Vh1(1)nVV ，V,10.871、V,20.843、V,30.76。 8- -5 某单级活塞式压气机，其增压比为 7，活塞排量为30.009m，余容比为 0.06，转速为 750r/min，压缩过程多变指数为 1.3。求（1

5、）容积效率； （2）生产量（kg/h） ； （3）理论消耗功率； （4）压缩过程中放出的热量。已知吸入空气参数为10.1MPap 、120 Ct 。 提示和答案：提示和答案：活塞式压气机曲轴每转一圈完成一次吸气压缩排气过程。容积效率1 c Vh1(1)0.792nVV ，每转有效吸气3 Vh0.007 13 mVV，故每小时的生产量1750603 81.37 kg/hmVqv，理论耗功C21.9 kWmPq w，121459.32 KnnTT ，放热量，4.21 kW1QmVnqqcTn 。 8- -6 利用单缸活塞式压气机制备0.8MPa的压缩空气，已知气缸直径300mmD ，活塞行程200

6、mmS ，余隙容积比为 0.05，机轴转速为 400r/min。压气机吸入空气的参数是120 Ct 、10.1MPap ，压缩过程多变指数 n =1.25。若压气机的定温效率为C,0.77T，试计算压气机生产量（kg/h）及带动该压气机所需的原动机的功率（压气机的外部磨擦损失忽略不计） 。 提示和答案：提示和答案：余隙容积存在并不影响压气机理论耗功。1V1(1)0.786n ，1Vhg10.088 kg/smpVqNR T、可逆定温功压缩功率2 C,111ln15.4 kWTpPpVp ，压气机所需的功率C,T CC,T20.0 kWPP。 8- -7 空气初态为110.1MPa20 Cpt、

7、，经过三级活塞式压气机后，压力提高到第八章 压气机的热力过程 71 图 8-1 12.5MPa，假定各级压力比相同，各级压缩过程的多变指数1.3n 。试求： （1）生产 1kg压缩空气理论上应消耗的功； （2）各级气缸出口的温度； （3）如果不用中间冷却器，压气机消耗的功及各级气缸出口温度； （4）若采用单级压缩，压气机消耗的功及气缸出口温度。 提示和答案：提示和答案： 按耗功最小原则，1235， CC,L3492.0 kJ/kgww；各级气缸出口的温度相同，234425 KTTT； 若不用中间冷却器2425.0 KT 、3616.25 KT 、4893.56 KT 、C746.4kJ/kgw

8、 ；若单级压缩，2893.56 KT 、C746.4kJ/kgw 。 8- -8 一台两级压气机， 示功图如图 8-1 所示， 若此压气机吸入空气的温度是117 Ct 、10.1MPap ，压气机将空气压缩到32.5MPap 。压气机的生产量为3500m /h（标准状态下） ，两个气缸中的压缩过程均按多变指数 n =1.25 进行。以压气机所需要的功量最小作为条件，试求： （1）空气在低压气缸中被压缩后所达到的压力2p； （2） 压气机中气体被压缩后的最高温度 t2和 t3； （3）设压气机转速为 250r/min，每个气缸在每个进气冲程中吸入的空气体积 V1和 V2； （4）每级压气机中每小

9、时所消耗的功 W1和 W2，以及压气所消耗的总功 W； （5）空气在中间冷却器及两级气缸中每小时放出的热量。 提示和答案：提示和答案：通常压气机的生产量指标准状态下的体积，常常不同于进口。中间压力2130.5 MPapp p，空气被压缩后最高温度12 2311400.33 KnnpTTTp ，每一冲程 吸 入 空 气 体 积3 10.035 90 mV 、3 20.007 18 mV ， 每 级 压 气 机 耗 功5 121.022 10 kJ/hWW，压气消耗总功率56.8 kWP ，空气在两级气缸中放热量相等4 21C3.07 10 kJ/hQHHW ，在中间冷却器放热量4 217.15

10、10 kJ/hQHH。 8- -9 某活塞式空气压缩机容积效率为0.95V， 每分钟吸进0.1MPa21 Cpt、的空气314m，压缩到0.52MPa输出，设压缩过程可视为等熵压缩，求： （1）余隙容积比； （2）所需输出入功率。 提示和答案：提示和答案： 据题意215.132pp，1.4n ，求得C 1 h10.0231VnVV，第八章 压气机的热力过程 72 图 8-2 12C111 149.3kWnnVpnPp q np 。 8- -10 一台单缸活塞式压气机（其示功图见图 8-2） ，气缸直径 D =200mm，活塞行程 S =300mm。从大气中吸入空气，空气初态为197kPap 、

11、120 Ct ，经多变压缩到20.55MPap ，若多变指数为 n =1.3，机轴转速为 500r/min，压气机余隙容积比0.05。求： （1）压气机有效吸气容积及容积效率； （2）压气机的排气温度； （3）压气机的生产量； （4）拖动压气机所需的功率。 提示和答案：提示和答案：气缸排量即活塞扫过的容积23 h0.009 425 m4VD S。余隙容积3 ch0.000 471 mVV，132 4c10.001 79 mnpVVp ，3 1hc0.009 896 mVVV，有效 吸 气 容 积3 140.008 106 mVVV，1 c Vh1(1)0.86nVV ， 排 气 温 度12 2

12、11437.52 KnnpTTp ， 生 产 量1g1280.4 kg/hV mp qqR T， 拖 动 压 气 机 功 率12 C11114.0 kW1nnVpnPp qnp。 8-11 轴流式压气机每分钟吸入110.1MPa20 Cpt、的空气 1200kg，经绝热压缩到20.6MPap ，该压气机的绝热效率为 0.85，求： （1）出口处气体的温度及压气机所消耗的功率； （2）过程的熵产率及损失（0293.15KT ） 。 提示和答案：提示和答案：取定比热，12 211489.12 KspTTp ，21 21Cs523.70 KsTTTT，C21()4 630.0 kWmPqhh。 据

13、绝 热 稳 流 系 统 熵 方 程 ，21g()sss， 有2 g212ln1.3717 kJ/(K s)mpsTSSSq cT，损0g402.1 kJ/sIT S。 8- -12 某轴流式压气机从大气环境吸入110.1MPa27 Cpt、的空气，其体积流量为第八章 压气机的热力过程 73 3516.6m /min，绝热压缩到21MPap 。由于磨擦作用，使出口气温度达到 350。求： （1）该压气机的绝热效率； （2 ）因磨擦引起的熵产； （3）拖动压气机所需的功率。 提示和答案：提示和答案：12 211579.50 KspTTp ，压气机的绝热效率21 Cs210.865sTTTT；由绝热

14、过程熵方程，熵产率112 g21g12ln0.729 kJ/(K s)V psp qTSSScR TT，压气机功率11 C21g1()3 241.3 kWV pp qPc TTR T。本题为不可逆绝热压缩，不是可逆多变过程，因此不能由初、终态参数求多变指数。 8- -13 某次对轴流压气机的实例数据如下：压气机进口处空气压力10.1MPap ，温度117 Ct ，出口处温度2207 Ct ，压力20.4MPap ，气体流量是60kg/min；消耗功率185kW，若压缩过程绝热，分析测试的可靠性。 提示和答案：提示和答案： 从出口温度和耗功比较分析。 若过程可逆， 则12 211431.15 K

15、spTTp ，2158 Cst， 2s2tt 合理。从耗功分析C,21()151.6 kW185 kWsmsPqhh，考虑到实际存在的少量散热和不可逆性，CP应大于可逆绝热耗功C,sP测试具有一定合理性。实测温度校核功率数据C21()190.7 kW185 kWmPqhh，(190.76 185)kW3.1%185 kW，其误差尚在可允许范围内，所以实测基本合理。 8- -14 以 R134a 为工质的制冷循环装置中，蒸发器温度为-15，进入压缩机工质的干度近似为 1，压缩后的压力为 1 160.5 kPa，若压缩机的绝热效率为 0.95，求压缩机出口处工质的焓值。 提示和答案：提示和答案：由115 t ，1x ，查 R134a 热力性质表：1389.6kJ/kgh