1、思考题1. 热水泵必须安装在热水容器下面距容器有一定高度的地方，而不能安装在热水容器上面，为什么？答：保证其压力。2. 锅炉产生的水蒸气在定温过程中是否满足 wq的关系？为什么？答：不对，因为水蒸气不能看作是理想气体，其内能不仅是温度的函数，还是压力的函数，故此定温过程内能是改变的， 不等于 0。U3. 有无 0 或低于 0 的蒸汽存在？有无低于 0的水存在？为什么？答：有 0 或低于 0 的蒸汽存在，只要压力足够低就可能，但是没有低于 0 的水存在，因为水的三相点温度为 0.01 ，低于三相点温度，只可能是固态或是气态。4. 25MPa 的水，是否也象 1MPa 的水那样经历汽化过程？为什么
2、？答：不可以，因为水的临界点压力为 22.12MPa，故此，当压力高于临界压力时，它的汽化不经过气液两相区，而是由液相连续的到达气相。5. 适用于任何工质的定压过程。水蒸气定压汽化过程中 dT = 0，由此得dTchp出结论，水定压汽化时 ，此结论是否正确？为什么？0dTchp答：不正确，因为定压汽化过程中发生了相变，上式只适用于不发生相变的过程。6. 试解释湿空气、湿蒸汽、饱和湿空气。答：湿空气：含水蒸汽的空气；湿蒸汽：含有液态水的水蒸气；饱和湿空气：相对湿度为 100的湿空气。7. 对未饱和湿空气与饱和湿空气分别判断干球温度、湿球温度、露点温度三者的大小。答：未饱和湿空气：干球温度湿球温度
3、露点温度饱和湿空气： 干球温度湿球温度露点温度8. 在相同的温度及压力下，湿空气与干空气相比，那个密度大？答：干空气的密度大。9. 同一地区阴雨天的大气压力为什么比晴朗天气的大气压力低？答：阴雨天相对湿度高，水蒸气分压力大。10. 若两种湿空气的总压力和相对湿度相同，问：温度高的湿空气含湿量大还是温度低的湿空气含湿量大？为什么？答：由 ，在相同相对湿度的情况下，温度高，P s大，所以，温162.0sd度高含湿量大。11. 早晨有雾，为什么往往是好天气？答：早晨有雾，说明湿空气中含有许多小水滴，湿空气为饱和湿空气，当温度逐渐上升后，小水滴逐渐汽化，所以往往是好天气。习 题5-1 试利用水蒸气表确
4、定下列各点的状态,并确定各状态的焓、熵或干度及比体积。 MPa， 30t ；2p MPa， m3/kg；917.v MPa， 45t ；.4 MPa， 9.x。1解：题 号 1 2 3 4MPap20 9 4.5 1Ct0300 303.31 450 179.88x0.8138 0.9v0.0013605 0.017 0.07163 0.17498)/(kgKJh1333.4 2491.5 3323.8 2575.6s3.2072 5.2430 6.8792 6.1400状 态 未饱和水 湿饱和汽 过热蒸汽 未饱和水5-2 已知水蒸气的压力 MPa、比体积 m3/kg，分别用水蒸气表及 sh图
5、确5.0p5.0v定其状态并求其它参数。解：用水蒸气表：，37486.0.192. 所以为湿饱和蒸汽。 %9125.037486.5 xCtkgJhxh/.)1(ss查 h-s 图得到： 92.0xCt715kgJh/.6Ks3845-3 一体积为 1m3 的密闭容器内盛有压力为 0.35MPa 的干饱和蒸汽，问容器内蒸汽的质量为多少？若对蒸汽进行冷却，问当压力降到 0.2MPa 时容器内的蒸汽处于什么状态？冷却过程中由蒸汽向外传出的热量为多少？解：1、查表得： kgm/5247.03Jh1所以： kvV9.2、当 时，比容仍然为MPa.0g/5247038.016. 所以为湿饱和蒸汽。3、
6、%1.95.85.247x kgJh/06x/2.8)1(2传出的热量为：kJmQ206.17.0637.9.21 5-4 某容器盛有 0.5kg 、 t =120的干饱和蒸汽，在定容下冷却至 80，求冷却过程中蒸汽放出的热量。解：查表得： kgm/8921.03Jh76所以： 340955vV时，Ct08 86.821.01293. 所以为湿饱和蒸汽。 %2.093.46.xkgJhxh/40.938)1(传出的热量为：PmvumQ69.1)( 25-5 某汽轮机入口蒸汽的压力 MPa、 51t ，出口蒸汽压力为 .1p 05.2pMPa，假定蒸汽在汽轮机内进行理想绝热膨胀，忽略进、出口动能
7、差，求每千克蒸汽流过汽轮机所作的轴功及乏汽(排汽 )的温度和干度。解：查表得到：时Ct0351 MPa 2 Mpa 1.3 MPa(kJ/kg)1h3157.7 3137.2 3151.55(kJ/kg.K)s7.3018 6.9574 7.1985理想的绝热过程，熵不变，所以有：,MPa05.2KkgJs/1985.72查表得到 P2时的参数： Ct0.32,KkgJs/476. kJs/2 ghh.5611，所以干度为： %89.472.039.82sx所以出口乏气的焓为： kgJhxh/.15)(2根据稳定流动的过程方程，可得： Ws /3.96215-6 一台锅炉产汽率为 20t/h，
8、蒸汽的压力为 4.5 MPa ，温度为 480 ，在同样的压力下进入锅炉的给水的温度为 100，若锅炉效率为 0.9，煤的发热量为 23000kJ/kg，求一小时需多少煤？锅炉效率等于蒸汽总吸热量与燃料总发热量之比。解：查表并插值得到：,CtMPa01,5.4kgKJh/95.421,803吸热量为： hJhGQ /1.920712 需要媒量为：htQG/876.2309.5-7 蒸汽在 MPa、 5.x的状态下进入过热器，被定压加热成为过热蒸汽后进5.1p入汽轮机，理想绝热膨胀至 MPa、 0.x的出口状态，求每 kg 蒸汽在p过热器中吸热的热量。解：查表得到：当饱和压力为 时MPa5.1，
9、kgKJh/824 kgKJh/46.2791所以： x/3.)(查表得到：当 时Pa05.2KkgJs/4761. KkgJs/9.8过热蒸汽在汽轮机中的理想绝热膨胀过程，熵不变，所以有： x/601.7)(21查图得到：当 ， 时，MPa5. kgJs/601.7 kgJh/2.391所以： hQ/7.915-8 在蒸汽锅炉的汽锅里储有 MPa、 4x的汽水混合物共 8250kg。如果关4.p死出汽阀，炉内燃料燃烧每分钟供给汽锅 17000kJ 的热量，求汽锅内压力上升到1MPa 所需的时间。解：查表得到：当饱和压力为 时MPa4.0，kgKJh/876 kgKJh/49.2738，mv1
10、35.1 mv603所以： kx/15.)( 31gJhh29kvpu/4.6811加热后为 的干饱和蒸汽MPaKJ/0.72kgmv93.phu/.58222吸热过程为定容过程，所以吸热量为 kJumQ712 10568.427.580所需时间为 min9Qt5-9 MPa、 430t 的蒸汽流经一拉伐尔喷管后压力降为 MPa，求理想5.31p 12p情况下喷管出口处汽流的速度。解： MPa、 t 的蒸汽处于过热状态， k1.30 由临界压力比可得：.1 546.013.212.1 kcrP所以 29.546.0PMacr 查图表并插值得到： KkgJsh./.7321理想绝热过程熵不变，所
11、以有： ./9456.12查表可得： kgJh/.82所以出口速度为： smc/2.16215-10 测得大气的相对湿度 60.、 5t，已知大气压力为 0.1MPa，试求大气的含湿量 d 。解： 查表得到：时，Ct02MPaPs03174.所以： 干 空 气水 蒸 气 kgpds /26162.05-11 进入烘干装置的空气温度为 10 ，相对湿度 50，在加热器里被加热到 50 ，从干燥室排出时的温度为 30 。求每蒸发 1kg 水分所需的空气流量及所消耗的热量。解：由 查表得到：25.01， Ct 干 空 气干 空 气 ， kgdkgJh/2/11加热过程比湿度不变，沿定 d 线到 ，C
12、t502干 空 气干 空 气 ， /62在干燥器中经历的是绝热加湿过程，其焓值近似不变，沿定 h 线到 ，Ct30干 空 气干 空 气 ， kgdkgJh/10/5633所以干空气的流量为 ma25湿空气的流量为 kgda .10.1wet 所消耗的热量为： JhQa 52)6(2512 5-12 为了保证精密仪表的精度及电绝缘的质量，要求保管及使用场所的大气不能太潮湿。如果大气温度为 35 ，相对湿度 80.，则需进行去湿处理，现将其冷却到 10，问每千克干空气的湿空气将有多少水分被分离出来？ 当这种含湿量已降低的湿空气再次被加热到 25 时，相对湿度为多少？加热量为多少？解：由 查表得到：
13、.,35Ctol 干 空 气kgJh/10干 空 气d5.29沿定 d 线到 在沿定 到得到1Cto干 空 气kJ/6.72干 空 气g8析出水量为： 干 空 气kd/.1沿定 d 线到 得到Cto253%03干 空 气kgJh/加热量为： 干 空 气Q/4.2)(35-13 已知房间墙壁的温度为 16。如果室内空气的温度为 21 ，试问为防止在墙壁上发生凝结现象，空气允许的最大相对湿度为多少？解：查表知 对应的饱和压力为Ctog21Pas3.18对应的饱和压力为l6Ps4529所以 %73sP5-14 一刚性容器，装有 0.7kg 的干空气，开始的压力和温度分别为 105Pa 和 22 ，然
14、后向容器内引入水蒸气，直至成为 22 的饱和湿空气。求： 加入了多少水蒸气？ 混合气体的总压力为多少？解：由 查表得到：1,2Cto干 空 气kgd/172加入的水蒸气的量为： m9.1)(.02由 及 得到：qPd62.0KPa65Paq 533 1068.017.651. 5-15 已知湿空气的温度 t = 18 、露点 8dt ，试求其相对湿度、绝对湿度及含湿量。如将上述湿空气加热到 40 ，其相对湿度、绝对湿度各为多少？已知大气压力为0.1MPa。解：查表知对应的饱和压力为Cto8 干 空 气， kgdPas /65.8.1072对应的饱和压力为164所以相对湿度为： %52s加热到
15、40oC,绝对湿度不变 ，查表得到：干 空 气kgd/6.85-16 一个空心钢球，内径为 m，壁厚 mm，内盛 MPa、250 的过热水蒸气。这个盛5.02水蒸气的钢球系统最终被冷却到环境温度 30 。求该系统及环境在此冷却过程中的总熵变。已知钢的比热容 kJ/(kg K)、密度 kg/m3。 4.c740解: 由 查表得到:MPaCt,21,kgJh/8.97 KgkJskg/6.,/0152.13所以： Vm.4当冷却到 300C 时,比容仍为 ,此时为湿蒸汽:kg/0152.304389.x查表得: JhkgJh/,/6.125 kgx/7.126)(Kss4302总传热量为 kJhm
16、Q.9521环境的熵变为:KkJTQSe /325.90276.1蒸汽熵变为: smV/.21金属球的熵变为 KkJTcrRTcSPPs /048.3ln34ln1212 总熵变为: SsVeto /75.9思考题1. 试画出简单蒸汽动力装置的系统图、简单蒸汽动力循环的 p-v 图与 T-s 图。2. 既然利用抽气回热可以提高蒸汽动力装置循环的热效率，能否将全部蒸汽抽出来用于回热？为什么回热能提高热效率？答：采用回热措施，虽然对每 kg 蒸汽来说做功量减少，但抽汽在凝结时所放出的潜热却全部得到的利用，进入锅炉给水温度提高了，使每 kg 工质在锅炉中吸收的热量大为减少，因此，提高了循环效率。但抽
17、汽量不是越多越好，是根据质量守恒和能量守恒的原则确定的。3. 蒸汽动力装置循环热效率不高的原因是冷凝器放热损失太大，如取消冷凝器而用压缩机将乏气直接升压送回锅炉是否可以？答：乏气如果是水汽混合的，则不能进行压缩。如果全部是气体进行压缩，则体积流量太大，需要采用大尺寸的机器设备，是不利的。4. 卡诺循环优于相同温度范围的其它循环，为什么蒸汽动力循环不采用卡诺循环？答：与郎肯循环相同温限的卡诺循环，吸热过程将在气态下进行，事实证明气态物质实现定温过程是十分困难的，所以过热蒸汽卡诺循环至今没有被采用。那么，能否利用饱和区定温定压的特性形成饱和区的卡诺循环，从原理上看是可能的，但是实施起来，有两个关键
18、问题，一是，汽轮机出口位于饱和区干度不高处，湿度太大使得高速运转的汽轮机不能安全运行，同时不可逆损失增大，其二，这样的卡诺循环，压缩过程将在湿蒸汽区进行，气液混和工质的压缩会给泵的设计和制造带来难以克服的困难，因此迄今蒸汽动力循环未采用卡诺循环。 5. 如果柴油机在使用过程中，喷油嘴保养不好，致使燃油雾化不良，燃烧延迟，问此时柴油机的经济性如何？答：燃烧延迟，没有充分膨胀便开始排气，这将使热效率显著降低，且排气冒黑烟，这是很不好的。6. 今有两个内燃机的混合加热循环，它们的压缩比、初态、总的加热量相同，但两者的定容升压比 不同， （1）请在 p-v 图与 T-s 图上表示出这两个循环的相对位置
19、；（2）利用 T-s 图定性地比较这两个循环的热效率。7. 燃气轮机装置循环与内燃机循环相比有何优点？为什么前者的热效率低于后者？答：燃气轮机与内燃机相比，没有往复运动机构，可以采用很高的转速，并且可以连续进气，因而可以制成大功率的动力装置。但要保持燃气轮机长期安全运行，必须限制燃气进燃气轮机时的最高温度，目前为 700800C，所以效率比较低。8. 试述动力循环的共同特点。答：有工质在高温热源吸热，在低温热源放热，并对外输出功。习题6-1 某朗肯循环新蒸汽的参数为 P1=4MPa、t 1=400C，乏气的压力 P2=4kPa，忽略泵功，试计算此循环的循环净功、加热量、热效率及乏气的干度 x。
20、如果 t1=550C 呢？解：1 点：P 1=4MPa, t1=400C查表得：h 1=3215.71kJ/kg, s1=6.773kJ/(kg.K)2 点：s 2=s1=6.773kJ/(kg.K), P2=4KPa查表得：h 2=2040.13kJ/kg, x =0.7893(4)点：由 P3=P2=4KPa 查表得：h 3=121.29kJ/kg 吸热量：q 1=h1-h3=3215.71121.29=3094.42kJ/kg净功量：w net=h1-h2=3215.712040.13=1175.58kJ/kg热效率：= = =37.99% 1qnet4.309587干度：x=0.789
21、1 点：由 P1=4MPa, t1=550C 查表得：h 1=3558.58kJ/kg, s1=7.233kJ/(kg.K)2 点：由 s2=s1=7.233kJ/(kg.K), P2=4kPa查表得：h 2=2179.11kJ/kg, x=0.8463(4)点：由 P3=4kPa, 查表得: h 3=121.29kJ/kg 吸热量：q 1=h1h 3=3558.58121.29=3437.29kJ/kg净功量：w net=h1 h2=3558.58-2179.11=1379.47kJ/kg热效率：= = =40.13%1qnet9.347干度：x=0.846 6-2 某蒸汽动力装置，气轮机入
22、口蒸汽的参数为 P1=13MPa,t1=535C,在气轮机内膨胀做功至干饱和蒸汽后被送入再热器，在定压下重新加热到 535C，再进入气轮机后半部继续膨胀至乏气压力 7kPa,如蒸汽流量为 200t/h，忽略泵功，计算气轮机的轴功、循环效率及乏气干度 x。设煤的发热量为 2104kJ/kg,求理论煤耗量。解： 1 点：由 P1=13MPa, t1=535C 得：h1=3430.18kJ/kg, s1=6.559kJ/(kg.K)5 点：由 s5=s1=6.559kJ/(kg.K), 得：P5=1.082MPa ，h 5=2779.07kJ/kg点：由 得： Ct3151， )./(82.7/0.
23、1KkgJskgJh，2 点：由 ， P2=7KPa 得：12sh2=2430.67kJ/kg，x 2=0.9413(4)点：由 P3=P2 得：h3=163.38kJ/kg 吸热量： kgJhq/23.401 07.295.38.16.40531净功量： kgJhhwnet /94.173 67.24305.07.2918.25 热效率： %90.432.0171qwnethtq/41.021煤 耗 率 6-3 某船用理想蒸汽动力装置，气轮机入口新蒸汽参数为 P1=6MPa、t 1=560C,冷凝器内蒸汽压力为 6kPa,忽略泵功，求循环热效率。若该装置的功率为 10MW，求每小时耗汽量为多
24、少？解： 1 点：由 P1=6MPa, t1=560C 得：h1=3562.68kJ/kg, s1=7.057kJ/(kg.K)2 点：由 s2=s1, P2=6kPa 得：h2=2173.35kJ/kg, x=0.83693(4)点：由 P3=P2 得：h3=151.5kJ/kg 吸热量 ：q1=h1 h3=3562.68151.5=3411.18kJ/kg净功量：wnet=h1-h2=3562.68-2173.35=1389.33kJ/kg热效率： 40.73%18.391qnethtwnet /.2560气 耗 量 6-4 某蒸汽动力装置采用一次抽汽回热循环，气轮机入口的参数为 P1=1
25、0MPa,t1=400C,冷凝器压力 P2=0.05MPa,当蒸汽膨胀至 2MPa 时抽出 kg 蒸汽进入混合式加热器，定压放热以加热来自冷凝器的（1 ）kg 冷凝水，使其成为抽汽压力下的饱和水，经水泵加压后送回锅炉。求此循环的热效率机 1kg 工质所作的轴功。解： 1 点：由 P1=10MPa, t1=400C 得：h1=3099.93kJ/kg, s1=6.218kJ/(kg.K)a 点：由 sa=s1, Pa=2MPa 得：ha=2739.62kJ/kg2 点：由 s2=sa,P2=0.05MPa 得：h2=2157.95kJ/kg, x=0.7883(4)点：由 P3=P2 得：h3=
26、340.58kJ/kg 5(6)点：由 P5=Pa 得：h5=908.57kJ/kg 抽汽量：2368.05.3462.79081353535 hha热效率： .71%5.9083.2168.011532 h轴功：ws=(h1-h5) =(3099.93-908.57) 0.3671=804.45kJ/kg6-5 一内燃机定容加热循环 12341，如图 630 所示。已知 P1=0.1MPa、t 1=60C、 =6，工质为空气，比热容为定值，循环中吸热量 q1=880kJ/kg,求此循环的热效率。如果绝热膨胀不在点 4 停止，而是让其一直膨胀到点 5，使 P5=P1,试求循环 123451 的
27、热效率，后一循环使工质达到了充分膨胀，从经济性考虑是有利的，为什么汽油机不采取这一方案？解：（1）循环热效率为： 51.6%14.k（2）1 到 2 为可逆绝热过程，所以有： KTvTkk 82314.1122 MPaPkk 9.6.04.1112 2 到 3 为定容吸热过程，所以有： KcqTV1907.862123MPaP4.39.233 3 到 5 为可逆绝热过程，又因为： MPa1.05所以有： KPTk 69541.390.1355 放热过程为定压过程，所以循环的放热量为： kgJcqP /08.3.152 所以循环的热效率为： 58.74%0.3612q之所以不采用此循环，是因为实
28、现气体定容放热过程较难。6-6 压缩比为 7.5 的奥图循环，吸气状态为 98kPa 和 285K，试分别计算绝热指数 k=1.3 和k=1.4 两种情况下，压缩冲程终了时的压力和温度以及循环热效率。解: (1)k=1.4循环热效率为： 5.3%.7114k压缩过程为可逆绝热过程，所以有： KTvTkk 68.28141122 kPaPkk 5.79411212 (2)k=1.3循环热效率为： %36.54.7113k压缩过程为可逆绝热过程，所以有： KTvTkk 2.28131122 kPaPkk 45.79311212 6-7 一压缩比为 6 的奥图循环，进气状态为 P1=100kPa、
29、T1=300K，在定容过程中吸热540kJ/kg,空气的质量流率为 100kg/h,已知 k=1.4,Cv=0.71kJ/(kg.K),试求输出功率及热效率。解: 循环热效率为： 51.6%14.k每 kg 空气对外所作的功为： kgJqw/2.7.051所以输出功率为： WhmW6./62.76-8 某内燃机混合加热循环，吸热量为 2600kJ/kg,其中定容过程与定压过程的吸热量各占一半，压缩比 =14,压缩过程的初始状态为 P1=100kPa、t 1=27C,试计算输出净功及循环热效率。解:1 到 2 为可逆绝热过程，所以有： KTvTkk 8621430.1122 kPaPkk 34.
30、11122 到 3 为定容过程，所以有： KTcqV2675871.0323 kPaP44233所以定容增压比为： 103.8627532TP3 到 4 为定压过程，所以有： KcqTV3970504.1343 kPaP2834所以预胀比为： 48.1267539043Tv所以循环热效率为： %6.3148.103.4103.4. .1 kk所以循环的净功为：kgJqw/.6526.16-9 某内燃机混合加热循环，如图 6-31 所示。其中 t1=90C、t 2=400C、t 3=590C、t 5=300C,工质可视为空气，比热容为定值，求循环的热效率及相同温度范围卡诺循环的热效率。解：首先求
31、出压缩比、定容增压比和预胀比： 1 到 2 为绝热压缩过程，所以有：68.4371.121212 kkTTv2 到 3 为定容加热过程，所以有：28.167322323P5 到 1 为定容过程，所以有： 16.328.154.515 kkTT3 到 4 为定压过程，所以有：Kv0.6.334所以循环热效率为：%2.4516.283.14283.16.46.1 kk相同温度范围卡诺循环的热效率为：74.08.14T6-10 内燃机混合加热循环，已知 P1=0.1MPa、t 1=27C、 =16、 =1.5,循环加热量q1=1298kJ/kg,工质可视为空气，比热容为定值，求循环热效率及循环最高压
32、力。若保持 与 q1 不变，而将定容增压比 分别提高到 1.75 与 2.25，试再求这两种情况下循环的热效率。解:(1) =1.5由 1 到 2 的压缩过程可看作可逆绝热压缩过程，所以有： KTvTkk 9016304.1122 MPaPkk 854.112122v由 2 到 3 的过程为定容加热过程，所以： 23vKTPT13645.90223 MPa27.8.4123max由于循环的加热量已知，所以有： KcTqTcPVV 2304.19367298136423134421 由 3 到 4 为定压过程，所以有： MPa275.34344Tv所以预胀比为： 71.364234v所以热效率为
33、： 63.90%17.54.15.1614. . kk(2) =1.75由 1 到 2 的压缩过程可看作可逆绝热压缩过程，所以有： KTvTkk 9016304.1122 MPaPkk 854.112122v由 2 到 3 的过程为定容加热过程，所以： 23vKTPT1597.902323 MPa485123max由于循环的加热量已知，所以有： KcTqTcPVV 239704.15972981523134421 由 3 到 4 为定压过程，所以有： MPa487.3434Tv所以预胀比为：507.192343Tv所以热效率为： %10.6507.15.4175.1614. . kk(3) =
34、2.25由 1 到 2 的压缩过程可看作可逆绝热压缩过程，所以有： KTvTkk 9016304.1122 MPaPkk 854.112122v由 2 到 3 的过程为定容加热过程，所以： 23vKTPT045.92323 MPa12.8.4523max由于循环的加热量已知，所以有： KcTqTcPVV 25704.192729804523134421 由 3 到 4 为定压过程，所以有： MPa87.34344Tv所以预胀比为： 25.104734v所以热效率为：%46.12354125.1614. . kk6-11 某柴油机压缩前的空气温度为 90C，柴油的着火温度为 400C，试问，为了
35、引燃柴油，最低压缩比为多少？已知空气的加热指数 k=1.40。解:压缩过程可看作可逆绝热压缩过程，所以有： 68.4371.121122 kkkTTvT6-12 某燃气轮机的进气状态为 P1=0.1MPa、t 1=22C,循环增压比 =8,工质为空气，比热容是常数，定压吸热后的温度为 600C。计算压气机所消耗的轴功、燃气轮机所作的轴功、燃气轮机装置输出的净功及循环热效率。解: 根据理想绝热过程得过程方程，可得： KTk 38.5429.112 9873.43所以压气机所耗轴功： kgJTchwP /46.205.45.102121 燃气轮机所作轴功： P /8.39.8173.43432输出
36、净功： kgJwnet /6.524.082.912 热效率： .8%14.1k6-13 某燃气轮机装置的进气状态为 P1=0.1MPa、t 1=27C,循环增压比 =4,在燃烧室中的加热量为 333kJ/kg，经绝热膨胀到 0.1MPa。设比热容为定值，试求循环的最高温度和循环的热效率。 解: 根据理想绝热过程得过程方程，可得：KTk 8.4530.112 所以有： KcqTP3.7045.1823max 热效率为：32.7%41.1k思考题1. 什么情况下必须采用多级压缩？多级活塞式压缩机为什么必须采用级间冷却？答：为进一步提高终压和限制终温,必须采用多级压缩。和绝热压缩及多变压缩相比，定
37、温压缩过程，压气机的耗功最小，压缩终了的气体温度最低，所以趋近定温压缩是改善压缩过程的主要方向，而采用分级压缩、中间冷却是其中一种有效的措施。采用此方法，同样的压缩比，耗功量比单级压缩少，且压缩终温低，温度过高会使气缸里面的润滑油升温过高而碳化变质。理论上，分级越多，就越趋向于定温压缩，但是无限分级会使系统太复杂，实际上通常采用 24 级。同时至于使气缸里面的润滑油升温过高而碳化变质,必须采用级间冷却。2. 从示功图上看，单纯的定温压缩过程比多变或绝热压缩过程要多消耗功，为什么还说压气机采用定温压缩最省功？答：这里说的功是技术功，而不是体积功，因为压缩过程是可看作稳定流动过程，不是闭口系统，在
38、 p-v 图上要看吸气、压缩和排气过程和 p 轴围成的面积，不是和 v 轴围成的面积。3. 既然余隙不增加压气机的耗功量，为什么还要设法减小它呢？答：有余隙容积时，虽然理论压气功不变，但是进气量减少，气缸容积不能充分利用，当压缩同量的气体时，必须采用气缸较大的机器，而且这一有害的余隙影响还随着增压比的增大而增加，所以应该尽量减小余隙容积。4. 空气压缩制冷循环能否用节流阀代替膨胀机，为什么？答：蒸汽制冷循环所以采用节流阀代替膨胀机，是因为液体的膨胀功很小，也就是说液体的节流损失是很小的，而采用节流阀代替膨胀机，成本节省很多，但是对于空气来说，膨胀功比液体大的多，同时用节流阀使空气的熵值增加很大
39、，从 T-s 图上可以看出，这样使吸热量减少，制冷系数减少。 5. 绝热节流过程有什么特点？答：缩口附近流动情况复杂且不稳定，但在缩口前后一定距离的截面处，流体的流态保持不变，两个截面的焓相等。对于理想气体，绝热节流前后温度不变。6. 如图 7-15(b)所示，若蒸汽压缩制冷循环按 运行，循环耗功量没有变化，仍3512为 h2h1，而制冷量则由 h1h4 增大为 h1h5,这显然是有利的，但为什么没有被采用？答：如果按 运行，很难控制工质状态，因此采用节流阀，经济实用。357. 热泵与制冷装置有何区别？答：热泵和制冷装置都是从低温热源吸热，向高温热源放热。但热泵为供热，而制冷装置是为制冷。8.
40、 使用制冷装置可以获得低温，有人试图以制冷装置得到的低温物质作为热机循环中的低温热源，达到扩大温差，提高热机循环热效率的目的，这种做法是否有利？答：没有利处。这是因为在这种情况之下，总的循环热效率是由热机循环效率和制冷装置效率相乘得到的，虽然热机效率增加，但总的循环效率是降低的。9. 在图 7-15(b)中，有人企图不用冷凝器，而使状态 2 的工质直接进行绝热膨胀降温，然后去冷库吸热制冷，这是否可行？为什么？答：不可行，直接进行绝热膨胀降温，如果是定熵过程，那么回到了初态，当然不可能去冷库吸热制冷了。习题7-1 已知压气机入口处空气的状态为 P1=0.1MPa,t1=27C,压气机出口的压力
41、P2=0.5MPa,若压缩过程为：（1）绝热压缩；（2）定温压缩；（3）n=1.25 的多变过程，试求压缩 1kg 空气压气机所消耗的理想轴功。设比热容为定值。解：(1)绝热压缩： kgJPTRkwkgst /93.175)1.05(3287.014.)( 4.121, (2)定温压缩： kgJPTRwgt /57.138.0ln3287.0ln1, (3)多变压缩： kgJpTnngt /47.163)1.05(3287.015.)( 2.121, 7-2 若习题 7-1 所述的为活塞式压气机，其余隙容积百分比为 0.05，试求以上三种不同压缩情况下压气机的容积效率。设膨胀过程和压缩过程的多
42、变指数相同。解：(1) 绝热压缩： 892.01.05.11 4.123 kVP(2) 等温压缩： 8.01.50.11123 pVV(3)多变压缩： 86.01.05.11 2.123 nVP7-3 具有水套冷却的活塞式压气机，每分钟将 2kg 空气从 0.1MPa、15 C 压缩到1MPa、155 C,当压气机的输入功率为 6kW 时，每秒钟由水套中的冷却水带走了多少热量？解：首先求多变指数 208.14821.011 nTPnnnkgJRwnt /35.572, 每秒钟带走的热量= kJ160357-4 实验室需要压力为 6MPa 的压缩空气，应采用几级压缩？若采用两级压缩，最佳中间压力
43、等于多少？设大气压力为 0.1MPa,温度为 20C，n=1.25,若采用级间冷却器能将压缩空气冷却到初温，试计算压缩终了时空气的温度及压缩 1kg 空气压气机所消耗的总功。解：如果采用一级压缩，则压气机的排气温度为： CKPTn 1805.39.641.029325.1 所以必须采用多级压缩，中间冷却的方法。如果采用二级压缩，最佳压缩比为：746.1013P所以中间压力为： MPa746.01746.12各级排气温度相同，等于： CKPTn 1754976.9825.112132 二级压缩所需的技术功为： kgJTRnwngtt /47.25746.12938.0125. 25.11211
44、7-5 空气在压气机中被压缩，压缩前空气的状态参数 P1=0.1MPa、v 1=0.85m3/kg，压缩后空气的状态参数 P2=0.8MPa、v 2=0.17m3/kg,若该压气机每分钟吸入空气 80 标准立方米，试求压气机所需的功率及每分钟所放出的热量。解：求多变指数 n： 29.185.07lnl12121 vPvPnkgJpvPnpTRnwnngt /64.251).08(5.1029.)(29.12112, 所以功率为： kWVMwnt 85.341.26078.2541.60, minJTCkTmQ /91)()(C1v12 7-6 某氨蒸汽压缩机制冷循环，已知蒸发温度为10 C，冷
45、凝温度为 30C，压缩机吸入的是干饱和蒸气，制冷量为 2105kJ/h，求该制冷循环制冷剂的质量流量及压缩机所需的理论功率。解：查表得到：h1=1670kJ/kg P1=0.29MPah2=1789kJ/kg P2=1.5MPah4=h3=489kJ/kg吸热量：q2=h1h4=1181kJ/kg流量：hkgm/691805耗功：kJhw/17012功率： Wm6.539607-7 一台叶轮式压气机，每分钟产生 20kg 压力为 0.6MPa 的压缩空气，压气机入口空气的压力为 0.1MPa,温度为 17C，若（1）可逆绝热压缩；（2）压气机的绝热效率为 0.85（绝热效率=理论压缩消耗的功/实际压缩消耗的功） ，按定值比热容计算以上两种情况下压气机出口处空气的温度及带动压气机所需的功率。解：(1) 可逆绝热压缩压气机所需的技术功为： kgJPTRkwkgst /74.19).06(12987.014.)(4.1121. 功率： kWwmst .67.6.压气机出口温度： KPTk 481.029.1212 (2) 压气机的绝热效率为 0.85功率：kWw36.785.09164.7-8 一空气压缩制冷装置
