7压气机的热力过程解析
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工程热力学-第四版思考题答案(完整版)(沈维道)(高等教育出版社)工程热力学第四版沈维道 思考题 完整版第1章 基本概念及定义1.闭口系与外界无物质交换,系统内质量将保持恒定,那么,系统内质量保持恒定的热力系一定是闭口系统吗?答:否。
当一个控制质量的质量入流率与质量出流率相等时(如稳态稳流系统),系统内的质量将保持恒定不变。
2.有人认为,开口系统中系统与外界有物质交换,而物质又与能量不可分割,所以开口系不可能是绝热系。
这种观点对不对,为什么? 答:不对。
“绝热系”指的是过程中与外界无热量交换的系统。
热量是指过程中系统与外界间以热的方式交换的能量,是过程量,过程一旦结束就无所谓“热量”。
物质并不“拥有”热量。
一个系统能否绝热与其边界是否对物质流开放无关。
⒊平衡状态与稳定状态有何区别和联系,平衡状态与均匀状态有何区别和联系? 答:“平衡状态”与“稳定状态”的概念均指系统的状态不随时间而变化,这是它们的共同点;但平衡状态要求的是在没有外界作用下保持不变;而平衡状态则一般指在外界作用下保持不变,这是它们的区别所在。
⒋倘使容器中气体的压力没有改变,试问安装在该容器上的压力表的读数会改变吗?在绝对压力计算公式中,当地大气压是否必定是环境大气压?答:可能会的。
因为压力表上的读数为表压力,是工质真实压力与环境介质压力之差。
环境介质压力,譬如大气压力,是地面以上空气柱的重量所造成的,它随着各地的纬度、高度和气候条件不同而有所变化,因此,即使工质的绝对压力不变,表压力和真空度仍有可能变化。
“当地大气压”并非就是环境大气压。
准确地说,计算式中的P b 应是“当地环境介质”的压力,而不是随便任何其它意义上的“大气压力”,或被视为不变的“环境大气压力”。
⒌温度计测温的基本原理是什么?答:温度计对温度的测量建立在热力学第零定律原理之上。
它利用了“温度是相互热平衡的系统所具有的一种同一热力性质”,这一性质就是“温度”的概念。
工程热力学第章压气机热力过程压气机简介压气机是一种能够将气体压缩到一定压力的机械设备,以提高气体的密度,降低气体体积,增加气体的能量密度。
压气机广泛应用于工业、航空、航天、能源等领域,其热力过程是压气机运行过程中最为关键和复杂的部分之一。
压气机的热力过程是指在压气机运行过程中所涉及的热力学性质和过程,包括压缩过程、加热过程、冷却过程等。
这些过程对于压气机的工作效率、能量损失等方面均有重要影响,因此对于研究和了解压气机的热力过程具有十分重要的意义。
压缩过程及其热力学特性压气机的压缩过程是指将气体从低压缩到高压的过程,这个过程中,气体被压缩,气体能量被转换为压缩机的机械能。
在压缩过程中,混合气体中的温度也会相应地上升,因此需要进行冷却和加热来控制温度。
在压缩过程中,气体的压力和温度随着时间的推移而变化,可以用热力学基本公式进行分析。
对于多级压缩机系统,每一级的压缩过程都会产生一定的温度升高和熵增,因此需要进行冷却,以避免温度升高过快和热损失。
加热过程及其热力学特性压气机的加热过程是指在压缩过程中,由于气体被压缩,使得气体的温度升高,这个过程中,需要将气体冷却至温度不致过高。
在加热过程中,气体通过加热流程,将气体热量转换为机械能。
在压缩过程中,加热的温度也是相对较高的,它需要在多级压缩机系统中进行非常复杂和严密的控制。
在实际的生产和应用中,可以通过改变加热温度、空气流量等多个参数来控制加热过程。
冷却过程及其热力学特性冷却是压缩机系统中非常重要的一个环节,它可以有效降低气体的温度,提高压缩机效率。
一般情况下,采用多级压缩机系统,同时进行冷却和加热的过程。
冷却的过程可以通过多种方式来实现,比如自然冷却、水冷却、空气冷却等。
其中空气冷却是一种比较常见的方式,它可以通过强制通风等方式来实现,从而将气体的温度降低到合理水平。
,压气机的热力过程是压缩机系统中非常重要的一部分,它涉及到气体的压缩、加热和冷却等多个方面,同时需要进行严密的控制和协调,以达到最佳的效果和效率。
工程热力学思考题及答案第一章基本概念1.闭口系与外界无物质交换,系统内质量保持恒定,那么系统内质量保持恒定的热力系一定是闭口系统吗?答:不一定。
稳定流动开口系统内质量也可以保持恒定.2.有人认为,开口系统中系统与外界有物质交换,而物质又与能量不可分割,所以开口系统不可能是绝热系。
对不对,为什么?答:这种说法是不对的。
工质在越过边界时,其热力学能也越过了边界。
但热力学能不是热量,只要系统和外界没有热量的交换就是绝热系。
3.平衡状态与稳定状态有何区别和联系,平衡状态与均匀状态有何区别和联系?答:只有在没有外界影响的条件下,工质的状态不随时间变化,这种状态称之为平衡状态。
稳定状态只要其工质的状态不随时间变化,就称之为稳定状态,不考虑是否在外界的影响下,这是它们的本质区别。
平衡状态并非稳定状态之必要条件.物系内部各处的性质均匀一致的状态为均匀状态.平衡状态不一定为均匀状态,均匀并非系统处于平衡状态之必要条件。
4.假如容器中气体的压力没有改变,试问安装在该容器上的压力表的读数会改变吗?绝对压力计算公式p = p b+p e(p 〉p b),p v=p b−p (p b<p)中,当地大气压是否必定是环境大气压?答:压力表的读数可能会改变,根据压力仪表所处的环境压力的改变而改变。
当地大气压不一定是环境大气压。
环境大气压是指压力仪表所处的环境的压力。
5.温度计测温的基本原理是什么?答:温度计随物体的冷热程度不同有显著的变化.6.经验温标的缺点是什么?为什么?答:任何一种经验温标不能作为度量温度的标准。
由于经验温标依赖于测温物质的性质,当选用不同测温物质的温度计、采用不同的物理量作为温度的标志来测量温度时,除选定为基准点的温度,其他温度的测定值可能有微小的差异。
7.促使系统状态变化的原因是什么?答:系统内部各部分之间的传热和位移或系统与外界之间的热量的交换与功的交换都是促使系统状态变化。
8.(1)将容器分成两部分,一部分装气体,一部分抽成真空,中间是隔板。
第八章压气机的热力过程1、利用人力打气筒为车胎打气时用湿布包裹气筒的下部,会发现打气时轻松了一点,工程上压气机缸常以水冷却或气缸上有肋片,为什么答:因为气体在压缩时,以等温压缩最有利,其所消耗的功最小,而在人力打气时用湿布包裹气筒的下部或者在压气机的气缸用水冷却,都可以使压缩过程尽可能的靠近等温过程,从而使压缩的耗功减小。
2、既然余隙容积具有不利影响,是否可能完全消除它答:对于活塞式压气机来说,由于制造公差、金属材料的热膨胀及安装进排气阀等零件的需要,在所难免的会在压缩机中留有空隙,所以对于此类压缩机余隙容积是不可避免的,但是对于叶轮式压气机来说,由于它是连续的吸气排气,没有进行往复的压缩,所以它可以完全排除余隙容积的影响。
3、如果由于应用气缸冷却水套以及其他冷却方法,气体在压气机气缸中已经能够按定温过程进行压缩,这时是否还需要采用分级压缩为什么答:我们采用分级压缩的目的是为了减小压缩过程中余隙容积的影响,即使实现了定温过程余隙容积的影响仍然存在,所以我们仍然需要分级压缩。
4、压气机按定温压缩时,气体对外放出热量,而按绝热压缩时不向外放热,为什么定温压缩反较绝热压缩更为经济答:绝热压缩时压气机不向外放热,热量完全转化为工质的内能,使工质的温度升高,压力升高,不利于进一步压缩,且容易对压气机造成损伤,耗功大。
等温压缩压气机向外放热,工质的温度不变,相比于绝热压缩气体压力较低,有利于进一步压缩耗功小,所以等温压缩更为经济。
5、压气机所需要的功可从第一定律能量方程式导出,试导出定温、多变、绝热压缩压气机所需要的功,并用T-S图上面积表示其值。
答:由于压缩气体的生产过程包括气体的流入、压缩和输出,所以压气机耗功应以技术功计,一般用w c 表示,则w c =-w t由第一定律:q=△h+w t ,定温过程:由于T 不变,所以△h 等于零,既q=w t ,q=T △s ,21lnp p R s g =∆,则有 多变过程:w c =-w t =△h-q 所以⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡-⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=-111121n n g c p p T R n n w 绝热过程:即q=0,所以6、活塞式压气机生产高压气体为什么要采用多级压缩及级间冷却的工艺答:由于活塞式压气机余隙容积的存在,当压缩比增大时,压气机的产气量减小,甚至不产气,所以要将压缩比控制在一定范围之内,因此采用多级压缩,以减小单级的压缩比。
第八章压气机的热力过程1、利用人力打气筒为车胎打气时用湿布包裹气筒的下部,会发现打气时轻松了一点,工程上压气机缸常以水冷却或气缸上有肋片,为什么?答:因为气体在压缩时,以等温压缩最有利,其所消耗的功最小,而在人力打气时用湿布包裹气筒的下部或者在压气机的气缸用水冷却,都可以使压缩过程尽可能的靠近等温过程,从而使压缩的耗功减小。
2、既然余隙容积具有不利影响,是否可能完全消除它?答:对于活塞式压气机来说,由于制造公差、金属材料的热膨胀及安装进排气阀等零件的需要,在所难免的会在压缩机中留有空隙,所以对于此类压缩机余隙容积是不可避免的,但是对于叶轮式压气机来说,由于它是连续的吸气排气,没有进行往复的压缩,所以它可以完全排除余隙容积的影响。
3、如果由于应用气缸冷却水套以及其他冷却方法,气体在压气机气缸中已经能够按定温过程进行压缩,这时是否还需要采用分级压缩?为什么?答:我们采用分级压缩的目的是为了减小压缩过程中余隙容积的影响,即使实现了定温过程余隙容积的影响仍然存在,所以我们仍然需要分级压缩。
4、压气机按定温压缩时,气体对外放出热量,而按绝热压缩时不向外放热,为什么定温压缩反较绝热压缩更为经济?答:绝热压缩时压气机不向外放热,热量完全转化为工质的内能,使工质的温度升高,压力升高,不利于进一步压缩,且容易对压气机造成损伤,耗功大。
等温压缩压气机向外放热,工质的温度不变,相比于绝热压缩气体压力较低,有利于进一步压缩耗功小,所以等温压缩更为经济。
5、压气机所需要的功可从第一定律能量方程式导出,试导出定温、多变、绝热压缩压气机所需要的功,并用T-S 图上面积表示其值。
答:由于压缩气体的生产过程包括气体的流入、压缩和输出,所以压气机耗功应以技术功计,一般用w c 表示,则w c = -w t由第一定律:q=△h+w t ,定温过程:由于T 不变,所以△h 等于零,既q=w t ,q=T △s ,21ln p p R s g =∆,则有 12lnp p T R w g c = 多变过程:w c = -w t =△h-q()⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡-⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛---=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛----=---=-111111111112112112n n g g V P P T R n n T T T R n n T T c n n q κκκκκ ()⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡-⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛--=-=∆-1111112112112n n g g p p p T R T T T R T T c h κκκκ 所以⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡-⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=-111121n n g c p p T R n n w 绝热过程:即q=0,所以⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡-⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=∆=-=-111121n n g t c p p T R h w w κκ6、活塞式压气机生产高压气体为什么要采用多级压缩及级间冷却的工艺?答:由于活塞式压气机余隙容积的存在,当压缩比增大时,压气机的产气量减小,甚至不产气,所以要将压缩比控制在一定范围之内,因此采用多级压缩,以减小单级的压缩比。
08压气机的热力过程压气机是一种将气体压缩增压的机械设备,常见的应用包括空气压缩机、汽轮机和涡轮增压器等。
压气机在工业生产中起着至关重要的作用,其热力过程主要包括吸入、压缩、排气和冷却等环节。
下面将详细讨论压气机的热力过程。
一、吸入过程压气机的吸入过程是指空气或气体通过进气口进入压气机的过程。
这个过程通常发生在大气压力下,空气在气缸内形成负压,从而使气缸内外压力差产生,空气会自动被吸入气缸。
在这个过程中,空气会受到大气压力和温度的影响,其状态方程为P1V1/T1=P2V2/T2,其中P1、T1分别为吸入前的大气压力和温度,P2、T2分别为压缩后的压力和温度。
二、压缩过程当空气被吸入气缸后,压气机开始进行压缩过程,使气体的压力和温度升高。
在这个过程中,压气机会通过活塞等运动部件产生压缩作用,将气体压缩至所需的压力水平。
压缩过程中,空气温度会急剧升高,压缩比的大小会影响压缩机的压力比功率。
三、排气过程压缩后的气体在排气过程中会被送出压缩机,以供后续使用或处理。
在这个过程中,气体的压力和温度会相应降低,同时会有一部分功率用于克服管道和其他系统的阻力损失。
排气过程通常会产生一定的能量损失,需要进行热力平衡计算和能量分析。
四、冷却过程在排气后,压缩机会对气体进行冷却处理,以减少气体的温度并提高设备的效率和稳定性。
压缩机通常会采用冷却器或冷凝器等设备对气体进行冷却,从而将气体的温度控制在合适的范围内。
冷却过程是压气机热力过程中不可或缺的环节,可以有效提高系统的性能和可靠性。
综上所述,压气机的热力过程主要包括吸入、压缩、排气和冷却四个环节,每一个环节都对压气机的性能和效率产生重要影响。
通过合理控制这些热力过程,可以有效提高压气机的工作效率和性能指标,从而更好地满足生产需求并保障设备运行的稳定性和可靠性。
希望这篇文章对您有所帮助。