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08章习题提示与答案

习题提示与答案

第八章 压气机的压气过程

8-1 设压气机进口空气的压力为0.1 MPa 、温度为27 ℃,压缩后空气的压力为0.5

MPa 。设压缩过程为:(1)绝热过程;(2)n =1.25的多变过程;(3)定温过程。试求比热容为定值时压气机压缩1

kg 空气所消耗的轴功及放出的热量。

提示:略。

答案:(1)(w s )c,s =-176 kJ/kg ;(2)(w s )c,n =-163 kJ/kg ,q c,n =-48.94 kJ/kg ;

(3)(w s )c,T =-138.6 kJ/kg ,q c,T =-138.6 kJ/kg 。

8-2 按上题所述条件,若压气机为活塞式压气机,其余隙比为0.05,试求三种压缩过程下压气机的容积效率。

提示:余隙比h s V V ,容积效率???

?????-???? ??-=11112n h s

V p p V V η。 答案:s V ,η=0.892,n V ,η=0.869,T V ,η=0.8。

8-3 设活塞式压气机的余隙比为0.05,试求当压气机的压缩过程分别为绝热过程、n =1.25的多变过程、定温过程时,压气机的容积效率降低为零所对应的增压比。

提示:容积效率???

?????-???? ??-=11112n h s

V p p V V η。 答案:错误!未定义书签。=70.98;n p p ???? ??12=44.95;T

p p ???? ??12=21。

8-4 有一台两级压气机,其进口的空气压力为0.1 MPa ,温度为17 ℃,压气机产生的压缩空气的压力

为2.5

MPa 。两级气缸中的压缩过程均为n =1.3的多变过程,且两级中的增压比相同。在两级气缸之间设置有中间冷却器,空气在其中冷却到17 ℃后送入

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高压气缸。试求压气机压缩1

kg 空气所需要的轴功以及中间冷却器和两级气缸中所放出的热量。

提示:两级压缩的增压比相同,压缩过程多变指数相同,则两级压缩耗

功量相同;中间冷却器中空气经历的是定压冷却过程,过程放热量

T c q p ?=0,且充分冷却时,T 2′ =T 1;压缩过程的初始温度相同、增压比相

同,则过程热量也相同。

答案:(w s )c =-324.5 kJ/kg ,q c =-62.26 kJ/kg ,q =-131 kJ/kg 。

两级压缩的示功图

8-5 有一台叶轮式压气机,其进口处空气的压力为0.1 MPa 、温度为17 ℃,而压气机产生的压缩空气

的压力为0.6

MPa 。设压气机每分钟生产的压缩空气量为20 kg ,压缩过程为绝热过程,试求压气机的绝热效率为0.85时驱动压气机所需的功率。

提示:压气机功率P c =q m Δh ;理想的绝热压气过程为等熵过程,绝热效率为理想压缩过程的耗功与实际压缩过程耗功之比,即c s c s )()(w w ηs ,s c,=

;绝热过程压气机轴功(w s )c =h ?,工质可视为理想气体。

答案:P c =-76.3 kW 。

8-6 设活塞式压气机中用于润滑气缸活塞的润滑油的闪点为180 ℃,为安全起见,压缩空气的最高温

度规定不超过160 ℃。若压缩过程的初始温度为27 ℃,压力为0.1

MPa ,试求压缩终了空气的压力与多变指数n 间的函数关系以及n =1.25时压缩终了压力的最高允许值。

提示:略。

答案:p max =0.62 MPa 。

8-7 压气机中由初态(p 1,v 1)压缩到p 2,可以经过的压缩过程包括绝热过程、1<n <κ的多变过程以及定温过程。试把它们表示在T -s 图上,并把压气过程中压气机消耗的轴功及放热量用T -s 图上的面积来表示(提示:在一定温度下理想气体的焓有确定的值,因而任何两状态间气体焓的变化都可以用定压过程中焓的变化表示)。

提示:见题中提示。

答案:压缩过程在T -s 图上的表示:

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图中,过程1-2s 、1-2n 及1-2T 分别为绝热过程,1﹤n ﹤κ 的多变过程及定温过程。

压气过程中压气机消耗的轴功及放热量:

绝热过程:轴功(W s )c,s 为面积12s 2T ba 1,放热量s q 21-为零;

多变过程:轴功(W s )c,n 为面积12n 2T ba 1,放热量n q ,21-为面积12n ca 1;

定温过程:轴功(W s )c,T 为面积12T ba 1,热量T q ,21-为面积12T ba 1。

8-8 设三级压缩、中间冷却的压气过程每级的增压比相同,压缩过程的多变指数也相同,中间冷却后送入下一级气缸时气体的温度都等于初态温度。试将该过程表示在T -s 图上,并证明每一级压气机消耗的轴功、气缸中放出的热量及中间冷却器气体放出的热量所对应的面积相等。

提示:参照习题8-7提示。

三级压缩均为增压比相同、过程多变指数相同的多变过程;两个中间冷却器中空气经历的是定压冷却过程,且充分冷却,即T 1 =T 3=T 5 (见下图),中间冷却器中空气的放热量T c q p ?=0;压缩过程,气缸中气体的放热量T c q n ?=;忽略过程中宏观动能与宏观位能的变化,过程的能量方程为s w h q +?=。

答案:三级压缩过程在T -s 图上的表示:

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