第五章 气体流动和压缩1

第五章 气体的流动和压缩
5-1 用管道输送天然气(甲烷)。已知管道内天然气的压力为4.5 MPa， 温度为295 K、流速为30 m/s，管道直径为0.5m。问每小时能输送天然气 多少标准立方米?
解： 由得，，， 即
5-2 温度为750℃、流速为550m/s的空气流，以及温度为20℃、流 速为380m/s的空气流，是亚音速气流还是超音速气流?它们的马赫数各 为若干？已知空气在750℃时 γ0=1.335；在20℃时γ0=1.400。
解：Biblioteka 解：（1）750℃时， 当地音速 ，故为亚音速；
（2）20℃时，
当地音速 ，为超音速； 5-3 已测得喷管某一截面空气的压力为0.3 MPa、温度为700 K、流速 为600 m/s。试按定比热容和变比热容(查表)两种办法求滞止温度和滞止 压力。能否推知该测量截面在喷管的什么部位? 解：（1）按定比热容 （2）按变比热容 因为，所以该段位于缩放喷管的渐放段。
5-4 压缩空气在输气管中的压力为0.6MPa、温度为25℃，流速很小。 经一出口截面积为300mm2的渐缩喷管后压力降为0.45MPa。求喷管出口 流速及喷管流量(按定比热容理想气体计算，不考虑摩擦，以下各题均 如此)。
解： 喷管出口流速 5-5 同习题5-4。若渐缩喷管的背压为0.1 MPa，则喷管流量及出口流 速为若干?
＝0.675 ，此时未达到最大流量。
由 得
5-9 欲使压力为0.1MPa、温度为300 K的空气流经扩压管后压力提高 到0.2MPa，空气的初速至少应为若干?
解：初速要求最低时，则扩压管出口流速应为0，即滞止状态，故有 ， 5-10 有两台单级活塞式压气机，每台每小时均能生产压力为0.6MPa 的压缩空气2 500 kg，进气参数都是0.1MPa、20℃。其中一台用水套冷 却气缸，压缩过程的多变指数n=1.3；另一台没有水套冷却，压缩过程 的多变指数n=1.4。试求两台压气机理论上消耗的功率各为若干?如果能 做到定温压缩，则理论上消耗的功率将是多少? 解： 5-11 一台单级活塞式压气机，余隙比为0.06，空气进入气缸时的温 度为32℃，压力为0.1MPa，压缩过程的多变指数为1.25。试求压缩气体 能达到的极限压力(图5-10中p2)及达到该压力时的温度。当压气机的出 口压力分别为0.5MPa和lMPa时，其容积效率及压缩终了时气体的温度 各为若干?如果将余隙比降为0.03，则上面所要求计算的各项将是多少? 将计算结果列成表格，以便对照比较。
解：（1），极限压力时，＝0，即 ，
（2）
余隙比
0.06
0.03
终压
(MPa) 0.5
1
0.5
1
ηV T2(K)
0.84 421.02
0.68 483.63
0 625.61
0.92 421.02
0.84 483.63
0 618.95
5-12 离心式空气压缩机，流量为3.5kg/s，进口压力为0.1MPa、温度 为20℃，出口压力为0.3MPa。试求压气机消耗的理沦功率和实际功率。 已知压气机的绝热效率
解：因为，所以， 当背压为0.1 MPa时， 5-6 空气进入渐缩喷管时的初速为200m/s，初压为lMPa，初温为 400。C，求该喷管达到最大流量时出口截面的流速、压力和温度。 解： 5-7 试设计一喷管，工质是空气。已知流量为3kg/s，进口截面上的 压力为1MPa、温度为500K、流速为250m/s，出口压力为0.1MPa。 解：，， 由于 所以该喷管为一缩放喷管 进口截面： 最小截面： 出口截面： 取，则 5-8 一渐缩喷管，出口流速为350m/s，工质为空气。已知滞止温度 为300℃(滞止参数不变)。试问这时是否达到最大流量?如果没有达到， 它目前的流量是最大流量的百分之几? 解：出口截面积最小 出口流速 即