工程热力学第十章_第27-28节
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第十章气体的压缩Compression of Gas学习目标:⏹压气机的工作原理;⏹不同压缩过程(绝热、定温、多变)状态参数的变化规律、压气机耗功的计算;⏹了解余隙容积对活塞式压气机工作的影响;⏹多级压气机、叶轮式压气机的分析计算。
最终目的是寻求压气机省功的方向和途径。
压气机是生产压缩气体的耗功设备压缩气体在工程实际中用途广泛:车辆的制动,驱动风动工具,制冷,化工,医用等。
单缸活塞式压气机首先了解一下压气机滚动转子式压缩机螺杆式压缩机轴流式压气机离心式压气机10-1 单级活塞式压气机2121d W p V-=⎰2C 11221d W pV p V p V =--+⎰a -1:吸气过程,推动功p 1V 11-2:压缩过程,消耗外功2-b :排气过程,推动功p 2V 2压气机耗功:21d tV p W ==-⎰⏹压气机的耗功等于压缩过程耗功与进、排气过程推动功的代数和。
压气机的耗功为技术功,在p-V图上可用过程线与纵坐标围成的面积表示。
⏹压气机压缩过程的耗功是体积变化功,在p-V图上是过程线与横坐标围成的面积。
压气机的耗功量增压比相同的情况下,压气机耗功的大小取决于压缩过程。
压缩过程根据散热情况(并忽略摩擦)可分为:1.定温压缩过程n = 12.定熵压缩过程n =κ3.多变压缩过程1< n < κC tw w =-压气机的理论压缩功12pp 12,1111C sg p w R T p κκκκ-⎡⎤⎛⎫⎢⎥=- ⎪⎢⎥-⎝⎭⎢⎥⎣⎦12,1111n nC n g p n w R T n p -⎡⎤⎛⎫⎢⎥=- ⎪⎢⎥-⎝⎭⎢⎥⎣⎦2,11ln C T g p w R T p =可逆多变压缩可逆绝热压缩可逆定温压缩12p p =π—增压比, 也可以写成12p p 式中 压缩后气体的温度2,1122,11122,11T sn nnT T p T T p p T T p κκ--=⎛⎫= ⎪⎝⎭⎛⎫= ⎪⎝⎭三种压缩过程下的理论压缩功、压缩终温、散热量比较从同一初态压缩到某一预定压力,定温过程的耗功量最小,压缩终了的排气温度也最低,因此定温过程最好。
第10章 制冷循环第10章 制冷循环10-1 在商业上还用“冷吨”表示制冷量的大小,1“冷吨”表示1吨0℃的水在24小时冷冻到0℃冰所需要的制冷量。
证明1冷吨=3.86kJ/s 。
已知在1标准大气压下冰的融化热为333.4kJ/kg 。
解:1冷吨=333.4 kJ/kg ×1吨/24小时=333.4×1000/(24×3600) kJ/s=3.86kJ/s压气机入口T 1= 263.15K 压气机出口 K T T kk 773.416515.2634.114.1112=×==−−π冷却器出口T 3=293.15K 膨胀机出口 K T T kk 069.185515.2934.114.1134===−−π制冷量 ()()kg kJ T T c q p c /393.78069.18515.263004.141=−×=−= 制冷系数第10章 制冷循环()()()()71.1069.18515.26315.293773.416069.18515.263413241=−−−−=−−−−==T T T T T T w q net c ε10-4 压缩空气制冷循环中,压气机和膨胀机的绝热效率均为0.85。
若放热过程的终温为20℃,吸热过程的终温为0℃,增压比π=3,空气可视为定比热容的理想气体,c p =1.004kJ/(kg·K ),k =1.4。
求:(1)画出此制冷循环的T-s 图;(2)循环的平均吸热温度、平均放热温度和制冷系数。
433'4循环的平均吸热温度 ()K T T T T s q T cc 887.248986.22515.273ln 986.22515.273ln 414114=−=−=∆=′′′ 循环的平均放热温度 ()K T T T T s q T 965.33915.293638.391ln 15.293638.391ln32322300=−=−=∆=′′′第10章 制冷循环循环的制冷系数921.0)896.22515.293()15.273638.391(986.22515.273)()(/431/2/41=−−−−=−−−−=T T T T T T ε10-5 某压缩蒸气制冷循环用氨作制冷剂。
工程热力学(第五版)习题答案工程热力学(第五版)廉乐明 谭羽非等编 中国建筑工业出版社第二章 气体的热力性质2-2.已知2N 的M =28,求(1)2N 的气体常数;(2)标准状态下2N 的比容和密度;(3)MPa p 1.0=,500=t ℃时的摩尔容积Mv 。
解:(1)2N 的气体常数2883140==M R R =296.9)/(K kg J ∙(2)标准状态下2N 的比容和密度1013252739.296⨯==p RT v =0.8kg m /3 v 1=ρ=1.253/m kg(3)MPa p 1.0=,500=t ℃时的摩尔容积MvMv =pT R 0=64.27kmol m /3 2-3.把CO2压送到容积3m3的储气罐里,起始表压力301=g p kPa ,终了表压力3.02=g p Mpa ,温度由t1=45℃增加到t2=70℃。
试求被压入的CO2的质量。
当地大气压B =101.325 kPa 。
解:热力系:储气罐。
应用理想气体状态方程。
压送前储气罐中CO2的质量 压送后储气罐中CO2的质量 根据题意容积体积不变;R =188.9Bp p g +=11 (1) Bp p g +=22(2) 27311+=t T(3) 27322+=t T(4)压入的CO2的质量)1122(21T p T p R v m m m -=-=(5)将(1)、(2)、(3)、(4)代入(5)式得 m=12.02kg2-5当外界为标准状态时,一鼓风机每小时可送300 m3的空气,如外界的温度增高到27℃,大气压降低到99.3kPa ,而鼓风机每小时的送风量仍为300 m3,问鼓风机送风量的质量改变多少? 解:同上题1000)273325.1013003.99(287300)1122(21⨯-=-=-=T p T p R v m m m =41.97kg2-6 空气压缩机每分钟自外界吸入温度为15℃、压力为0.1MPa 的空气3 m3,充入容积8.5 m3的储气罐内。
复习大纲绪论重点:了解工程热力学的主要内容及研究方法第一章基本概念及定义重点:工质热力系统、边界、热力系统的类型工质的热力学状态、参数 6个基本状态参数状态方程、坐标图平衡状态、准平衡(静态)过程过程功和热量、热力循环第二章热力学第一定律重点:实质热力学能、总能、推动功流动功、焓第一定律的基本能量方程热量的符号、功量的符号开、闭口系统能量方程第三章气体和蒸气的性质重点:理想气体状态方程比热容、热力学能、焓和熵水蒸汽1点2线3区 5态第四章气体和蒸气的基本热力过程重点:可逆多变过程、定温、定压、定容、定熵过程综合分析第五章热力学第二定律重点:表述卡诺循环克劳休斯积分熵方程孤立系统熵增原理火用第六章实际气体的性质及热力学一般关系式一般了解:范德瓦尔方程对应态原理通用压缩因子图麦克斯韦关系热系数热力学能、焓和熵、比热容的一般关系式第七章气体与蒸气的流动重点:稳定流动的基本方程:连续性方程、能量方程、过程方程、声速方程滞止参数的意义及其计算促使流速改变的条件:力学条件几何条件喷管形状的确定及计算临界压力比背压变化对喷管流动、出口参数的影响第八章压气机的热力过程重点:余隙容积产生、影响多级压缩、中间冷却第九章气体动力循环重点:混合加热理想循环热效率定压、定容加热理想循环热效率比较及分析燃气轮机装置循环热效率提高燃气轮机循环热效率的措施第十章蒸汽动力装置循环重点:朗肯循环由来热效率分析再热循环热效率回热循环热效率第十一章制冷循环重点:压缩空气制冷循环组成、设备、制冷系数压缩蒸汽制冷循环组成、设备、制冷系数两种循环的异同热泵循环第十二章理想气体混合物及湿空气重点:混合气体分压力、分体积定律成分:质量分数、摩尔分数、体积分数,三者的关系湿空气、干空气饱和、不饱和、露点相对湿度、含湿量干、湿球温度h-d图及其应用复习题(题中涉及的有关水蒸汽的数据,考试时均会给出,不用自己查表。
复习题中所需要的数据,需要自己找相关图表查数)习题:课本上的例题、课后思考题、留的作业题第一章基本概念及定义1、热力平衡状态2、准静态过程3、热力系统4、功量与热量第二章热力学第一定律1、热力学第一定律2、技术功3、课后思考题2-4、2-5.(P56)4、一蒸汽锅炉每小时生产P1 = 20 bar , t1= 350℃的蒸汽10吨,设锅炉给水温度t2= 40℃,锅炉效率ηK = 0.78,煤的发热值QL= 29700 KJ/Kg,求锅炉的耗煤量。
第10章气体动力循环一、教案设计教学目标:使学生掌握分析动力循环的一般方法;了解活塞式内燃机实际循环的分析方法;了解燃气轮机循环的分析方法。
知识点:分析动力循环的一般方法;活塞式内燃机实际循环的简化;活塞式内燃机的理想循环;活塞式内燃机各种理想循环的热力学比较;燃气轮机装置循环;燃气轮机装置的定压加热实际循环。
重点:分析动力循环的一般方法;活塞式内燃机循环分析;燃气轮机装置循环的分析方法,提高燃气轮机装置循环效率的方法和途径。
难点:实际循环简化成理想循环的方法;提高内燃机和燃气轮机装置循环效率的方法和途径。
教学方式:讲授+多媒体演示+课堂讨论师生互动设计:提问+启发+讨论问:你知道汽车为什么会走?问:你以前知道内燃机吗?有哪些装置组成?又是怎么工作的?问:你知道柴油机与汽油机的区别吗?问:你知道燃汽轮机发电是怎么回事吗?学时分配:4学时二、基本知识第一节动力循环分析的目的与一般方法一、分析的目的在热力学基本定律的基础上分析循环过程中能量转换的经济性,寻求提高经济性的方向及途径。
二、分析方法与步骤1. 将实际循环抽象和简化为理想循环2. 将简化好的理想可逆循环表示在p-v、T-s图上3. 对理想循环进行分析计算:计算循环中有关状态点(如最高压力点、最高温度点)的参数,与外界交换的热量、功量以及循环热效率或工作系数。
动力循环的热效率:-W net _ 1q2q i q i4、定性分析各主要参数对理想循环的吸热量、放热量及净功量的影响,进而分析对循环热 效率(或工作系数)的影响,提出提高循环热效率(或工作系数)的主要措施。
平均温度分析法:—5、 对理想循环的计算结果引入必要的修正6、 对实际循环进行热力学第二定律分析:熵分析 火用分析第二节 内燃机动力循环的分类一、分类按工作方式不同可分为:活塞式内燃机,叶轮式燃气轮机,喷气发动机汽油机 点燃式内燃机煤气机I 压燃式内烘机一岂油机二,汽油机1模型简化实际彳盾环的简化、理想化① 空气与燃气理想化为定比热客的理想气体; ② 开式循环理想化为闭式循环:③ 燃烧、排气过殺理想化为工质的吸、放热过程; ④ 压缩与膨胀过程理想彳匕为可逆绝热过程G2、汽油机理论循环一定容加热循环(奥托循环)活塞式内燃机:^JX?Ju n rs.u.吸建鼻9产3爲一⑪放热量6 = 4'石-兀1S环净功珂二如一心AS环删率SWtvT4=1飞3二g则T3T4 -TT3 J "唔"川2tv定窖加驷环的计算v影响发动机的正常工作。
第一章基本概念热力系统:用界面将所要研究的对象与周围环境分隔开来,这种人为分隔的研究对象,称为热力系统,简称系统。
边界:分隔系统与外界的分界面,称为边界。
外界:边界以外与系统相互作用的物体,称为外界或环境。
闭口系统:没有物质穿过边界的系统称为闭口系统,也称控制质量。
开口系统:有物质流穿过边界的系统称为开口系统,又称控制体积,简称控制体,其界面称为控制界面。
绝热系统:系统与外界之间没有热量传递,称为绝热系统。
孤立系统:系统与外界之间不发生任何能量传递和物质交换,称为孤立系统。
单相系:系统中工质的物理、化学性质都均匀一致的系统称为单相系。
复相系:由两个相以上组成的系统称为复相系,如固、液、气组成的三相系统。
单元系:由一种化学成分组成的系统称为单元系。
多元系:由两种以上不同化学成分组成的系统称为多元系。
均匀系:成分和相在整个系统空间呈均匀分布的为均匀系。
非均匀系:成分和相在整个系统空间呈非均匀分布,称非均匀系。
热力状态:系统中某瞬间表现的工质热力性质的总状况,称为工质的热力状态,简称为状态。
平衡状态:系统在不受外界影响的条件下,如果宏观热力性质不随时间而变化,系统内外同时建立了热的和力的平衡,这时系统的状态称为热力平衡状态,简称为平衡状态。
状态参数:描述工质状态特性的各种物理量称为工质的状态参数。
如温度〔T〕、压力〔P〕、比容〔υ〕或密度〔ρ〕、内能〔u〕、焓〔h〕、熵〔s〕、自由能〔f〕、自由焓〔g〕等。
根本状态参数:在工质的状态参数中,其中温度、压力、比容或密度可以直接或间接地用仪表测量出来,称为根本状态参数。
温度:是描述系统热力平衡状况时冷热程度的物理量,其物理实质是物质内部大量微观分子热运动的强弱程度的宏观反映。
热力学第零定律:如两个物体分别和第三个物体处于热平衡,那么它们彼此之间也必然处于热平衡。
压力:垂直作用于器壁单位面积上的力,称为压力,也称压强。
相对压力:相对于大气环境所测得的压力。
如工程上常用测压仪表测定系统中工质的压力即为相对压力。