工程热力学思考题答案,第八章

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 ，

2

1

ln p p R s g =∆，则有

1

2

ln

p p T R w g c = 多变过程：w c = -w t =△h-q

()⎥⎥⎥⎦

⎤⎢⎢⎢⎣

⎡

-⎪⎪⎭

⎫

⎝⎛---=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛----=---=-11111111111

2112112n

n g g V P P T R n n T T T R n n T T c n n q κκκκκ ()⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡-⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛--=-=∆-11111

12112112n n g g p p p T R T T T R T T c h κκκκ 所以⎥⎥⎥⎦

⎤⎢⎢⎢⎣⎡-⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=

-111

121n n g c p p T R n n w 绝热过程：即q=0，所以

⎥⎥⎥⎦

⎤⎢⎢⎢⎣⎡-⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=∆=-=-11

1

12

1n n g t c p p T R h w w κκ

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。气体压缩以等温压缩为最有利，因此应设法使压气机内气体压缩过程指数n 减小，采用级间冷却可以很好的减小n.

7、叶轮是压气机不可逆绝热压缩比可逆绝热压缩多耗功可用图8-11 中的面积m2s 2’nm 表示，这是否即是此不可逆过程的做功能力损失为什么

图 8-11

答：多消耗的功量并不就是损失的做功能力损失。因为 i=()()m n T m n s s s s T S T -=-=∆2'

00

为图中的17nm1.

8、如图8-13 所示的压缩过程1-2，若是可逆的，则这一过程是什么过程他与不可逆绝热压缩过程1-2 的区别何在两者之中哪一过程消耗的功大大多少

图 8-13

答：若压缩过程1-2是可逆过程，则其为升温升压的吸热过程。它与

不可逆绝热过程的区别是：此过程没有不可逆因素的影响，在所有以1-2过程进行的压缩过程其耗功是最小的。对于不可逆绝热压缩过程：q=△u+w，q=0，所以w=-△u，w c=△u

可逆压缩过程1-2：q=△u+w，⎰=2

1Tds

q，所以⎰-

∆

=

2

1Tds

u

w

c

，所以不

可逆绝热的耗功大，大了⎰2

1

Tds。