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工程热力学习题解答-6

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第六章 气体动力循环

- 1 - 第六章 气体动力循环

思 考 题

1. 内燃机循环从状态f到状态g（参看图6-1）实际上是排气过程而不是定容冷却过程。试在p-v图和T-s图中将这一过程进行时气缸中气体的实际状态变化情况表示出来。

答：f到g是一排气过程，这是排气阀门打开，气缸中的气体由于压力高于大气压力而迅速膨胀，大部分气体很快排出气缸。气体的这一快速膨胀过程接近于绝热膨胀过程，如不考虑摩擦则为定熵过程（下图中过程1-2），如考虑膨胀时的内部摩擦，则气缸中气体的比熵略有增加（下图中过程1-2’）。

2. 活塞式内燃机循环中，如果绝热膨胀过程不是在状态5结束 ( 图6-26 )，而是继续膨胀到状态6 (p6 = p1 ) ,那么循环的热效率是否会提高？试用温熵图加以分析。

答：按图2-26’所示的循环，其热效率为

''221111ttqqqqq

可见，如果继续膨胀到状态b时，循环的热效率比原来膨胀5要高一些。

3. 试证明：对于燃气轮机装置的定压加热循环和活塞式内燃机的定容加热循环，如果燃烧前气体被压缩的程度相同，那么它们将具有相同的理论热效率。

[证明] 燃气轮机装置的定压加热循环表示在T-S图中如图a)所示活塞式内燃机的定容加热循环表示在T-S图b) 图6-26’ T 第六章 气体动力循环

- 2 -

燃气轮机定压加热循环理论热效率可由(6-13)式求得

00,111tp a)

内燃机定容加热循环理论热效率可由(6-5)式求得

0,111tv b)

因为12VV，而对空气等熵压缩过程来说10011221VPVP，将它代入(b),因而100,,1211111tvtpPP

4. 在燃气轮机装置的循环中，如果空气的压缩过程采用定温压缩（而不是定熵压缩），那么压气过程消耗的功就可以减少，因而能增加循环的净功（w0）。在不采用回热的情况下，这种定温压缩的循环比起定熵压缩的循环来，热效率是提高了还是降低了？为什么？

答：采用定温压缩是可以增加循环的净功（w0）（因为压气机耗功少了）但是如果不同时采用回热的话，将会使循环吸热量增加（1q），这是因为定温压缩终了的空气温度低，因而要把压缩终了的空气的温度加热到指定的温度话，定温压缩后的吸热量要比定熵压缩后的吸热量多。由T-S图可以看出，采用定温压缩后，相当于在原定压缩循环的基础上增加了一个循环1221TS，而该附加的循环的热效率低于原循环的热效率，所以采用定温压缩后，如无回热反而会降低燃气轮机装置循环的理论热效率。 (a) (b)

TOS12t2s34q1q2第六章 气体动力循环

- 3 - 习 题

6-1 已知活塞式内燃机定容加热循环的进气参数为 p1=0.1 MPa、t1=50 ℃，压缩比6，加入的热量q1=750 kJ/kg。试求循环的最高温度、最高压力、压升比、循环的净功和理论热效率。认为工质是空气并按定比热容理想气体计算。

[解]：活塞式内燃机定容加热循环的图示见a)、b)图示

01.4，理论热效率由(6-5)式得：

0,11.41111151.16%6tv

循环净功 017500.5116387.7/tvWqkJkg

最高温度3T须先求出2T，因12过程是等熵过程，由(3-89)式得

011.41212(273.1550)6661.71VTTKV

因为 11032()vvqqCTT

所以 13max20750661.711706.280.718vqTTTKC

最高压力3P须先求出2P和23过程是定容过程，因此

3322PTPT

即 1706.282.5786661.71

所以 3max2PPP

而 01.412121612.2860VPPbarV

则 32.578612.286031.6807Pbar (b) (a) 第六章 气体动力循环

- 4 - 6-2 同习题6-1，但将压缩比提高到8。试计算循环的平均吸热温度、平均放热温度和理论热效率。

[解] ：如右图所示

0,11.41111156.47%8tvq

21(1)750(10.5647)326.475/tvqqkJkg

12过程是等熵过程

01.412121818.3792VPPbarV

0011.411.4221118.3792(273.1550)742.377PTTKP

1320750742.371786.940.718qTTK

23过程是定容过程

33221786.942.4071742.37TPTP

322.407118.379244.2401PPbar

32302ln0.718ln2.47010.6307/()vTSCkJkgKT

平均吸热温度 11237501189.150.6307mqTKS

平均吸热温度 1251326.475517.640.6307mqTKS

所以 21517.64110.564756.47%1189.15mtrmTT

现将两题结果进行比较

210750383.7366.3/qqWkJkg

0ln0.718ln2.57860.6802vSC

11237501102.680.6802mqTKS

1251750538.470.6802mqTKS

21538.47110.511651.16%1102.62mtrmTT 第六章 气体动力循环

- 5 - 可知当由68提高了33% 则 1mT提高了7.8%，2mT降低了3.9%，tv提高了10.4%。可见提高空气压缩比可以提高循环的平均吸热温度，降低循环的平均放热温度，因而可以提高循环的热效率。

6-3 活塞式内燃机的混合加热循环，已知其进气压力为 0.1 MPa，进气温度为 300 K，压缩比为 16，最高压力为 6.8 MPa，最高温度为 1 980 K。求加入每千克工质的热量、压升比、预胀比、循环的净功和理论热效率。认为工质是空气并按定比热容理想气体计算。

[解]： 如右两图，已知max346.8PPPMPa，max41980TTK

1)压升比：

因12过程是等熵过程

001.4121120.1164.8503VPPPMPaV

0011.411.422114.8503330909.36 0.1PTTKP

因23过程是定容过程

33226.81000.31274.90 4.8503PTTKP

所以 326.81.40204.8503PP

2)预涨比

因34过程是定压过程

max4433319801.5531274.90TVTVTT

3)1q

1032()0.718(1274.90909.36)262.45 /vvqCTTkJkg

1043()1.005(19801274.90)708.626 /ppqCTTkJkg

所以11262.45708.626971.1 kJkgNpqqq

4)t 由 (6-4)式可循环热效率 第六章 气体动力循环

- 6 - 00101.41.41111(1)(1)11.4021.5531164.59%(1.4021)1.41.402(1.5531)16tPP

5)0W

01971.10.6459627.26 /tWqkJkg

6-4 按定压加热循环工作的柴油机，已知其压缩比15，预胀比2，工质的定熵指数0133.。求理论循环的热效率。如果预胀比变为2.4（其它条件不变），这时循环的热效率将是多少？功率比原来增加了百分之几？

[解]:

15，2时，由（6-6）式可得

001.3311.3310111211153.42%11.332115tp

15，2.4时，由（6-6）式可得

1.331.33112.41'151.57%1.332.411.5tp

可见在其他条件不变的情况下，膨胀比20%而循环热效率tp3.5%。

40,2142222121ptptppotppotppotppoTwqcTTcTcTcTT

同样0,2.4021.4'tppwcT

02020,20,2.400,2021.4'1.4''0.51571.411.410.351535.15%0.5342tpptpptptptpptptptpcTcTwwwwcT

可见，提高膨胀比（其他条件不变）虽然会使循环热效率降低，但却能（提高）增加循环净功。

6-5 某燃气轮机装置，已知其流量8 kg/smq、增压比12、升温比4，大气温度为 295 K。试求理论上输出的净功率及循环的理论热效率。认为工质是空气并按定比热容理想气体计算。

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工程热力学第六章 习题解答

工程热力学第六章 习题解答

工程热力学 28 第六章 习题解答

6-1

TvTTTuuvpvTppvpTp

TTpTThhpvpvTvpvTv

6-2 pvvppvRRccTTRTTvbp

6-3 ⑴2vvpRTaducdTTpdvpdvdvTvbv

积分：211211Tuuavv

2122111211Thhpvpvavv

⑵vvcpRdsdTdvdvTTvb

2211lnTvbssRvb

⑶2pvvTvppvppccTTTvTT

vTpvppTvT

vpRTvb，232TpRTavvvb

222233221pvRTvbRccRTaavbvvbRTv 工程热力学 29 6-4

2 vvvvpRTducdTTpdvcdTpdvTvbacdTdvv

vvvccpRdsdTdvdTdvTTTvb

6-5 dhTdsvdp

phTs（湿蒸气区T恒定）

6-6

TThpTvss

vvhpTvss 0vps

0, 0, 0pTTvspTps

工程热力学习题(第3章)解答

工程热力学习题(第3章)解答

第3章 热力学第一定律

3.5空气在压气机中被压缩。压缩前空气的参数为p

1=1bar，v

1=0.845m3/kg，压缩后的参数为p

2=9bar，v

2=0.125m3/kg，设在

压缩过程中1kg空气的热力学能增加146.5kJ，同时向外放出热量55kJ。压缩机1min产生压缩空气12kg。求：①压缩过程

中对1kg空气做的功；②每生产1kg压缩空气所需的功（技术功）；③带动此压缩机所用电动机的功率。

解：①闭口系能量方程

q=∆u+w 由已知条件：q=-55 kJ/kg，∆u=146.5 kJ/kg

得 w=q-∆u=-55kJ-146.5kJ=-201.5 kJ/kg

即压缩过程中压气机对每公斤气体作功201.5 kJ

②压气机是开口热力系，生产1kg空气需要的是技术功w

t。由开口系能量守恒式：q=∆h+w

t

w

t= q-∆h=q-∆u-∆(pv)=q-∆u-(p

2v

2-p

1v

1)

=-55 kJ/kg-146.5 kJ/kg-(0.9×103kPa×0.125m3/kg-0.1×103kPa×0.845m3/kg)

=-229.5kJ/kg

即每生产1公斤压缩空气所需要技术功为229.5kJ

③压气机每分钟生产压缩空气12kg，0.2kg/s，故带动压气机的电机功率为

N=q

m·w

t=0.2kg/s×229.5kJ/kg=45.9kW

3.7某气体通过一根内径为15.24cm的管子流入动力设备。设备进口处气体的参数是：v

1=0.3369m3/kg，h

1=2826kJ/kg，c

f1=3m/s；

出口处气体的参数是h

2=2326kJ/kg。若不计气体进出口的宏观能差值和重力位能差值，忽略气体与设备的热交换，求气体向

设备输出的功率。

解：设管子内径为d，根据稳流稳态能量方程式，可得气体向设备输出的功率P为：

2222

f1

1212

13(0.1524)

()()(28262326)

440.3369cd

工程热力学习题解答-4

工程热力学习题解答-4

第四章 热力学第二定律

- 1 - 第四章 热力学第二定律

例 题

例4-1 先用电热器使 20 kg、温度t0=20 ℃的凉水加热到t1=80 ℃，然后再与40 kg、温度为

20 ℃的凉水混合。求混合后的水温以及电加热和混合这两个过程各自造成的熵产。水的比定压热容为 4.187 kJ/（kg·K）；水的膨胀性可忽略。

[编题意图] 实际过程中熵产的计算是本章的重点和难点之一，本题的目的在于检测和练习电热器加热造成的熵产和不等温水混合过程中的熵产的分析计算。

[解题思路] 电加热水过程引起熵产是由于电功转变为热产，水吸收这个热后其自身温度逐渐上升，这是一个不断积累过程，需通过微元热产量gQ与水变化的水温T之比这个微元熵产的积分求得。要求凉水与热水混合造成的熵产，必须先求出20kg80℃的水放热的熵减与20℃的凉水吸热的熵增，这种内热流造成的熵产也是个逐渐积累的过程，也需积分求得。整个加热混合造成的总熵产由二者相加得到。

[求解步骤]

设混合后的温度为t，则可写出下列能量方程：

1120ppmcttmctt

即 2041878040418720kgkJ/(kgC)CkgkJ/(kgC)Coooo..tt

从而解得 t = 40 ℃ （T = 313.15 K）

电加热过程引起的熵产为

1g0g11g10dlnTQppTQmcTTSmcTTT

353.15K20kg4.187kJ/(kgK)ln293.15K

=15.593 kJ / K

混合过程造成的熵产为

i1012ig1210ddlnlnTTppQppTTmcTmcTQTTSmcmcTTTTT

工程热力学复习参考题-第十二章

工程热力学复习参考题-第十二章

1 / 5 第十二章 湿空气

一、单选题

1.未饱和湿空气中的水为D

A．未饱和水 B．湿蒸汽

C．干饱和蒸汽 D．过热蒸汽

2.饱和湿空气中的水为C

A．饱和水 B．饱和湿蒸汽

C．饱和干蒸汽 D．过热蒸汽

3.测未饱和湿空气的参数时，干球温度t和湿球温度tw的关系是 A

A．t>tw B．t=tw C．t

4.用干湿球温度计测饱和湿空气时，干湿球温度t和tw的关系是 B

A．t>tw B．t=tw C．t

5.未饱和湿空气的温度为t，湿球温度为tw，露点为tD 。则 A

A．t>tw>tD B．t> tD >tw C．t=tw= tD D．t>

tD =tw

6.饱和湿空气的温度为t，湿球温度为tw，露点为tD，则 ................ C

A．t>tw>tD B．t> tD >tw C．t=tw= tD D．t> tD =tw

7.湿空气中的水可以是 A D

A．过热蒸汽 B．饱和水 C．湿饱和蒸汽 D．干饱和蒸汽

8.湿空气加热后， B C

A．相对湿度增大 B．焓增大 C．熵增大 D．含湿量增大

9.湿空气的绝热加湿过程使其C D

2 / 5 A．焓增大 B．温度提高 C．焓不变 D．露点提高

10.相对湿度 ABCD

A．表明湿空气中水蒸汽的实际含量对同温度下最大可能含量的接近程度

B．也称为饱和度

C．是湿空气的绝对湿度与同温度下饱和湿空气绝对湿度的比值

D．反映了空气吸收水分的能力

二、填空题

1.由干空气和过热水蒸气组成的湿空气称为未饱和湿空气。

2.由干空气和饱和水蒸气组成的湿空气称为饱和湿空气。

3.对应水蒸气分压力的饱和温度称为露点。