压气机的压气过程

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1])[(111

2−−=n h s V p p V V η。 答案：＝0.892，＝0.869，＝0.8。

Vs ηVn ηVT η

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1])[(1112−−

=n h s V p p V V η。 答案：(

12p p )s ＝70.98；(12p p )n ＝44.95；(12p p )T

＝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。

两级压缩的示功图 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q=c p 0ΔT ，

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 ＝-324.5kJ/kg ，q c ＝-62.26kJ/kg ，q ＝－131kJ/kg 。

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 ,cs =

；绝热过程压气机轴功(w s )c =Δh ，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的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：

图中，过程1-2s 、1－2n 及1－2T 分别为绝热过程，1﹤n ﹤k 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 )cs 为面积12s 2T ba 1，放热量为零；

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

定温过程：轴功(W s )c T 为面积12T ba 1，热量为面积12T q 21−T 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T1 =T3=T5 (见下图)，中间冷却器中空气的放热量q=c p0ΔT；压缩过程，气缸中气体的放热量q=c nΔT；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q=Δh+w s。

答案：三级压缩过程在T-s图上的表示：