工程热力学 第9章
工程热力学-思考题答案-沈维道-第九章
第九章 实际气体答：理想气体模型中忽略了气体分子间的作用力和气体分子所占据的体积。
实际气体只有在高温低压状态下，其性质和理想气体相近。
或者在常温常压下，那些不易液化的气体，如氧气、氦气、空气等的性质与理想气体相似，可以将它们看作理想气体，使研究的问题简化。
2. 答：压缩因子为温度、压力相同时的实际气体比体积与理想气体比体积之比。
压缩因子不仅随气体的种类而且随其状态而异，故每种气体应有不同的曲线。
因此不能取常数。
3. 答：范德瓦尔方程其计算精度虽然不高，但范德瓦尔方程式的价值在于能近似地反映实际气体性质方面的特征，并为实际气体状态方程式的研究开拓了道路，因此具有较高的地位。
4. 答：当需要较高的精度时应采用实验数据拟和得到a 、b 。
利用临界压力和临界温度计算得到的a 、b 值是近似的。
5. 答：在相同的压力与温度下，不同气体的比体积是不同的，但是只要他们的和分别相同，他们的必定相同这就是对应态原理，。
对应态原理并不是十分精确，但大致是正确的。
它可以使我们在缺乏详细资料的情况下，能借助某一资料充分的参考流体的热力性质来估算其他流体的性质。
相对于临界参数的对比值叫做对比参数。
对比温度，对比压力，对比比体积。
6. 答：对简单可压缩的系统，任意一个状态参数都可以表示成另外两个独立参数的函数。
其中，某些状态参数若表示成特定的两个独立参数的函数时，只需一个状态函数就可以确定系统的其它参数，这样的函数就称为“特性函数”由函数知且将两公式进行对比则有，但是对于比容无法用该函数表示出来，所以此函数不是特性函数。
7.答：将状态方程进行求导，然后带入热力学能、焓或熵的一般关系式，在进行积分。
),(T p f Z =r p r T r v 0),,(=r r r v T p f c T T r T =c p p r p =c v v r v =),(p s u u =dp p u ds s u du v p ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂+⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂=pdv Tds du -=p s u T ⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂=8. 答：以为独立变量时,将第二方程代入同时，得到同理：以为独立变量时,将第三方程代入，得到以为独立变量时，将第一方程代入得以为独立变量时，将第三方程代入得9. 答：热力学能、焓、熵都是状态参数，计算两个平衡状态之间的变量可任意选择其过程。
工程热力学第8-9章
∂w c =0 ∂p2
p2 = p1 p3 p2 p3 = p1 p2
pm+1 pm
π1 = π2 =⋅⋅⋅ = πi =⋅⋅⋅ = πm = m
第八、 第八、九章 气体压缩及动力循环
优 点：
（1）减小耗功; 减小耗功; 每级功耗相等，利于曲轴平衡； （2）每级功耗相等，利于曲轴平衡； 每级气体进出温度相同，可以采用相同的材料； （3）每级气体进出温度相同，可以采用相同的材料； 每级排热相同； （4）每级排热相同； 提高容积效率。 （5）提高容积效率。
第八、 第八、九章 气体压缩及动力循环
wC,s h2s − h1 QηC,s = = ′ wC h2 − h1 1 h2 = h1 + h2s − h1
′ ∴wC =
1
QηT =
′ wt,T
ηC,s
(
)
ηC,s
(h
2s
− h1
)
wt,T
′ ∴ wt,T = ηT h3 − h4s
(
h3 − h4 = h3 − h4s
h4 = h3 − ηT h3 − h4s
(
)
)
第八、 第八、九章 气体压缩及动力循环
′ wnet ηi = ′ q1
′ ′ ′ wnet = wt,T − wC = ηT h3 − h4s −
(
)
1
ηCs
(h
2s
− h1
)
′ q1 = h3 − h2 = h3 − h1 −
整理
ηi = ηT ( h3 − h4 ) −
燃烧室 废 气
燃 燃 气 空 气 气 轮 机
第八、 第八、九章 气体压缩及动力循环
工程热力学(第三版)习题答案全解可打印第九章
π
pV 400 ∴ q m = 400 × 1 es = × R g T1 60
可逆定温功压缩功率为：
Wc ,T = − p1V1 ln =−
p2 p1
400 8 π × 0.1 × 10 6 × 0.786 × × 0.3 2 × 0.2 × ln = 15.4 × 10 3 J = 15.4kW s 60 4 1
n = 3× p1 v1 (π n −1 t1 = 20°C
n −1 n
p4 12.5 =3 =5 p1 0 .1
（1） wc = 3wc , L
Q p1 = 0.1MPa
− 1) ∴v =
1 1.3−1 1.3
R g T1 p1
=
287 × 293.15 0.1× 10
6
= 0.8413 m
3
kg kg
− 1] =
1.4 × 0.1× 10 6 × 140 × [6 1.4 − 1
1.4 −1 1.4
− 1] = 327.9 × 10 5 J
h
327.9 ×10 5 = 9108.3W = 9.11KW 3600 p n p1V1 [( 2 ) n −1 p1
n −1 n
（3）多变压缩
Wt , n = Nn = − 1] = 1 .2 × 0.1×10 6 × 140 × [6 1 .2 − 1
V h = 0.009m 3
π =7
1 n
σ = 0.06
1 n
n = 1.3
1
（1） η v = 1 −
Vc (π Vh
− 1) = 1 − σ (π
− 1) = 1 − 0.06 × (7 1.3 − 1) = 0.792
工程热力学复习参考题-第九章
第九章气体动力循环一、选择题1。
燃气轮机装置，采用回热后其循环热效率显著升高的主要原因是 CD A．循环做功量增大B．循环吸热量增加C．吸热平均温度升高D．放热平均温度降低2.无回热等压加热燃气轮机装置循环的压气机，采用带中冷器的分级压缩将使循环的 BCDA．热效率提高 B．循环功提高C．吸热量提高 D．放热量提高3.无回热定压加热燃气轮机装置循环，采用分级膨胀中间再热措施后，将使BCA．循环热效率提高B．向冷源排热量增加C．循环功增加D．放热平均温度降低4。
燃气轮机装置采用回热加分级膨胀中间再热的方法将ACA．降低放热平均温度B．升高压气机的排气温度C．提高吸热平均温度D．提高放热的平均温度5。
燃气轮机装置等压加热实际循环中，燃气轮机装置的内部效率的影响因素有ABCDiA．燃气轮机的相对内效率B．压气机的压缩绝热效率C．压缩比D．升温比6.采用分级压缩中间冷却而不采取回热措施反而会使燃气轮机装置的循环热效率降低的原因是ABA．压气机出口温度降低B．空气在燃烧室内的吸热量增大C．燃气轮机做功量减少D．燃气轮机相对内效率降低7.采用分级膨胀中间再热而不采用回热措施，会使燃气轮机装置循环热效率降低的原因是BDA．压气机出口温度降低B．循环吸热增大C．循环做功量减少D．循环放热量增加8。
目前燃气轮机主要应用于 BD A ．汽车B ．发电站C ．铁路轨车D ．飞机二、填空题1。
最简单的燃气轮机装置的主要设备有压气机，燃烧室，燃气轮机。
2.燃气轮机装置的理想循环由绝热压缩，定压加热，绝热膨胀，定压放热四个可逆过程组成。
3。
燃气轮机装置循环中，压气机的绝热压缩过程工质的终态压力与初态压力之比称为增压比。
4。
工程上把燃气轮机的实际做功量与理想做功量之比称为相对内效率. 5.燃气轮机装置中，最高温度与最低温度之比称为升温比。
6。
工程上，把在回热器中实际吸收的热量与极限回热条件下可获得的热量之比称为回热度。
三、简答题1．实际简单燃气轮机装置循环的热效率与哪些因素有关？ t η=1—κκπ11-κ取决于燃料的成分及空气的增压比情况 增压比π越大，热效率越高2．提高燃气轮机装置循环的热效率的措施有哪些？ 回热。
沈维道《工程热力学》(第4版)章节题库(第9~13章)【圣才出品】
沈维道《工程热力学》（第 4 版）章节题库
第 9 章 气体动力循环
一、选择题 1．若活塞式内燃机三种理想循环的压缩比相同，则（ ）。 A． B． C． D．不定 【答案】D
【解析】热机的内可逆循环热效率
，对于活塞式内燃机三
图 9-1
4．反映往复活塞式内燃机混合加热循环特性的设计参数有哪几个？写出其定义式。
答： v2 ， p3 ， v4 。
v1
p2
v3
六、综合分析题 1．有一定压燃烧内燃机，其输出功率为 3700kW。燃料热值为 4.65×104kJ／kg，假 定可将循环简化为空气的定压加热理想循环，循环压缩比为 14，预胀比为 2，求燃料消耗 量。空气比热容取定值，Rg＝287J／（kg·K），k＝1.4。 解：定压加热活塞式内燃机理想循环中，1-2 为等熵压缩过程
4．某燃气轮机装置定压加热循环如图 9-4 所示，循环增压比π＝7，增温比τ＝4，压
气机吸入空气压力
。压气机绝热效率
，燃机轮
机相对内效率ηT＝0.92，若空气取定比热容，其 ＝1.03 KJ/（kg·K）、 ＝0.287 KJ/
（kg·K），k＝1.3863。
试求：（1）装置内部热效率ηi，循环吸热量 q1 和放热量 q2；（2）压气机及燃气轮机中
燃气轮机过程中熵产为 0.098kJ／（kg·K）。工质可视为理想气体，且燃气性质近 似空气，
求：（1）循环热效率；（2）若回热度为 0.7，循环热效率是多少？
解： （1）循环热效率
图 9-3
所以
7 / 83
圣才电子书 十万种考研考证电子书、题库视频学习平台
工程热力学思考题及答案
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。
工程热力学课后题答案
答案
第三章理想气体及其混合物
1.把 压送到体积为 的贮气罐内。压送前贮气罐上的压力表读数为 ，温度为 ，压送终了时压力表读数为 ，温度为 。试求压送到罐内的 的质量。大气压力为 。
4.锅炉烟道中的烟气常用上部开口的斜管测量，如图2-27所示。若已知斜管倾角 ，压力计中使用 的煤油，斜管液体长度 ，当地大气压力 ，求烟气的绝对压力（用 表示）解：
5.一容器被刚性壁分成两部分，并在各部装有测压表计，如图2-28所示，其中 为压力表，读数为 ， 为真空表，读数为 。若当地大气压 ，求压力表 的读数（用 表示）
解
由
2.体积为 的某钢性容器内盛有了 的氮气。瓶上装有一排气阀，压力达到 时发门开启，压力降到 时关闭。若由于外界加热的原因造成阀门开启，问：
(1)阀门开启时瓶内气体温度为多少？
(2)因加热造成阀门开闭一次期间瓶内氮气失去多少？设瓶内空气温度在排气过程中保持不变。
答案（1） ℃；（2）
3.氧气瓶的容积 瓶中氧气的表压力为 。问瓶中盛有多少氧气？若气焊时用去一半氧气，温度降为 ，试问此时氧气的表压力为多少（当地大气压力 ）
解
10.在体积为 的钢性容器内装有氮气。初态表压力为 ，温度为 ，问应加入多少热量才可使氮气的温度上升到 ？其焓值变化是多少？大气压力为 。
(1)按定值比热容计算；
(2)按真实比热容的多项式计算；
(3)按平均比热容表计算；
(4)按平均比热容的直线关系式计算。
解
（1）
（2）查得
（3）查得
（4）查得
工程热力学课后作业答案(第九章)第五版
9-1压力为0.1MPa ，温度为20℃的空气，分别以100、300、500及1000m/s 的速度流动，当被可逆绝热滞止后，问滞止温度及滞止压力各多少？解：h 1=1T c p =1.01×293=296kJ/kgh 0=h 1+22c 当c=100m/s 时：h 0=301 kJ/kg ，T 0＝p c h 0＝298K ，11010)(-=k k T T p p ＝0.106 MPa 当c=300m/s 时：h 0=341 kJ/kg ，T 0＝337.6K ，p 0= 0.158MPa当c=500m/s 时：h 0=421 kJ/kg ，T 0＝416.8K ，p 0= 0.33MPa当c=1000m/s 时：h 0=796 kJ/kg ，T 0＝788.1K ，p 0= 0.308MPa9-2质量流量1=mkg/s 的空气在喷管内作定熵流动，在截面1-1处测得参数值p 1= 0.3MPa ，t1＝200℃，c1=20m/s 。
在截面2-2处测得参数值p 2＝0.2MPa 。
求2-2截面处的喷管截面积。
解：=⨯==3.0528.01p p c β0.1584>0.2 MPa采用渐缩喷管。
c1=20m/s 较小忽略。
因此2-2截面处是临界点==-k k p p T T 12)12(1421K ==222P RT v 0.6m 3/kg =--=-])12(1[11221k k p p k kRT c 323m/s =⨯=222c m v f 0.00185m 39-3渐缩喷管进口空气的压力p 1= 2.53MPa ，t1＝80℃，c1=50m/s 。
喷管背压p b = 1.5MPa 。
求喷管出口的气流速度c2，状态参数v2、t2。
如喷管出口截面积f2=1cm 2，求质量流量。
解: ⨯==528.01p p c β 2.53=1.33<1.5 MPa没有到临界。
滞止温度：pc c T T 21021+=＝354.24K滞止压力：1)10(10-=k k T T p p ＝2.56 MPa =--=-])02(1[10221k k p p k kRT c 317.5 m/s k k p p T T 1)12(12-=＝304K ==222P RT v 0.058 m 3/kg ==222v c f m 0.55 m 3/s9-4如上题喷管背压p b = 0.1MPa 。
沈维道《工程热力学》(第4版)课后习题(第7~9章)【圣才出品】
沈维道《工程热力学》（第4版）课后习题第7章气体与蒸汽的流动7-1空气以c f＝180m/s的流速在风洞中流动，用水银温度计测量空气的温度，温度计上的读数是70℃，假定气流通在温度计周围得到完全滞止，求空气的实际温度（即所谓热力学温度）。
解：由题意可知所以t1＝53.88℃7-2已测得喷管某一截面空气的压力为0.5MPa，温度为800K，流速为600m/s，若空气按理想气体定比热容计，试求滞止温度和滞止压力。
解：由题意可知滞止温度滞止压力7-3喷气发动机前端是起扩压嚣作用的扩压段，其后为压缩段。
若空气流以900km/h 的速度流入扩压段，流入时温度为－5℃，压力为50kPa。
空气流离开扩压段进入压缩段时速度为80m/s，此时流通截面积为入口截面积的80％，试确定进入压缩段时气流的压力和温度。
解：由题意可知，扩压段出口的温度由质量守恒得，即7-4进入出口截面积A2＝10cm2的渐缩喷管的空气初速度很小可忽略不计，初参数为p1＝2×106Pa、t1＝27℃。
求空气经喷管射出时的速度，流量以及出口截面处空气的状态参数v2、t2。
设空气取定值比热容，c p＝1005J/（kg·K）、k＝1.4，喷管的背压力p b分别为1.5MPa和1MPa。
解：由题意可知，所以当p b＝1MPa时，7-5空气进入渐缩喷管时的初速度为200m/s，初压为1MPa，初温为500℃。
求喷管达到最大流量时出口截面的流速、压力和温度。
解：由题意可知，对于初态及A2确定的收缩喷管内的流动，出口截面流速达到音速，流量最大，所以7-6空气流经渐缩喷管。
在喷管某一截面处，压力为0.5MPa，温度为540℃，流速为200m/s，截面积为0.005m2。
试求：（1）气流的滞止压力及滞止温度；（2）该截面处的音速及马赫数；（3）若喷管出口处的马赫数等于1。
求出口截面积、出口温度、压力及速度。
解：（1）由题意可知（2）由题意可知（3）由题意可知7-7燃气经过燃气轮机中渐缩喷管形的通道绝热膨胀，燃气的初参数为p1＝0.7MPa、t1＝750℃，燃气在通道出口截面上的压力p2＝0.5MPa，经过通道的流量q m＝0.6kg/s，若通道进口处流速及通道中的摩擦损失均可忽略不计，求燃气外射速度及通道出口截面积（燃气比热容按变值计算，设燃气的热力性质近似地和空气相同）。
工程热力学知识点笔记总结
工程热力学知识点笔记总结第一章热力学基本概念1.1 热力学的基本概念热力学是研究能量与物质的转化关系的科学，它关注热与功的转化、能量的传递和系统的状态变化。
热力学中最基本的概念包括系统、热力学量、状态量、过程、功和热等。
1.2 热力学量热力学量是描述系统的性质和状态的物理量，包括内能、焓、熵、自由能等。
内能是系统的总能量，焓是系统在恒压条件下的能量，熵是系统的无序程度，自由能是系统进行非体积恒定的过程中能够做功的能量。
1.3 热力学第一定律热力学第一定律是能量守恒的表达形式，在闭合定容系统中，系统的内能变化等于系统所接受的热量减去系统所做的功。
1.4 热力学第二定律热力学第二定律是描述系统不可逆性的定律，它包括开尔文表述和克劳修斯表述。
开尔文表述指出不可能将热量完全转化为功而不引起其他变化，克劳修斯表述指出热量自然只能从高温物体传递到低温物体。
根据第二定律，引入了熵增大原理和卡诺循环。
1.5 热力学第三定律热力学第三定律是指当温度趋于绝对零度时，系统的熵趋于零。
这一定律揭示了绝对零度对热力学过程的重要意义。
第二章热力学系统2.1 定态与非定态定态系统是指系统的性质在长时间内不发生变化，非定态系统是指系统的性质在长时间内发生变化。
2.2 开放系统与闭合系统开放系统是指与外界交换物质和能量的系统，闭合系统是指与外界不交换物质但可以交换能量的系统。
2.3 热力学平衡热力学平衡是指系统内各部分之间的温度、压力、化学势等性质达到一致的状态。
系统处于热力学平衡时，不会产生宏观的变化。
第三章热力学过程3.1 等温过程在等温过程中，系统的温度保持不变，内能的变化全部转化为热量输给外界。
3.2 绝热过程在绝热过程中，系统不与外界交换热量，内能的变化全部转化为对外界所做的功。
3.3 等容过程在等容过程中，系统的体积保持不变，内能的变化全部转化为热量。
3.4 等压过程在等压过程中，系统的压强保持不变，内能的变化转化为对外界所做的功和系统所吸收的热量。
第9章+热传导(中文)答辩
郭煜《工程热力学与传热学 》
（1）气体
最小，数值：0.006—0.6 W/(m.K) 机理：气体分子不规则的热运动和相互碰撞而
产生的热量传递。
影响因素 、气温体度分：子随量温；度分升子高量而越增小大，。导热
系数越大。
气体中氢，氦的 导热系数高。
郭煜《工程热力学与传热学 》
（2）固体
2t y 2
2t z 2
)
2t a( x2
2t y 2
2t z 2
)
V
c
0
稳态导热，无内热源
2t x 2
2t y 2
2t z 2
0
郭煜《工程热力学与传热学 》
2. 圆柱坐标系下的导热微分方程
圆柱坐标系中 (r,, z) x r cos, y r sin, z z
数值范围：油1×10 -7 ＿ 银2×104 m2/s。
郭煜《工程热力学与传热学 》
几种简化形式的导热微分方程
导热系数λ=常数
t
a(
2t x 2
2t y 2
2t z 2
)
V
c
无内热源фV=0
稳态导热
t 0
t
a(
2t x 2
导电性能好的金属，导热性能也好
机理：分子运动表现为晶格的振动。 金属的导热主要依靠自由电子迁移完成 非金属导热主要依靠分子或晶格振动完成
金属
值：常温 2.2--420 W/m.K 纯金属：导热系数很大
常温：银>紫铜>黄金>铝>铂>铁等 影响：纯金属的温度 t ,
工程热力学第六版素材第09章 气体和蒸汽的流动
第九章气体和蒸汽的流动1．基本概念稳态稳流：稳态稳流是指开口系统内每一点的热力学和力学参数都不随时间而变化的流动，但在系统内不同点上，参数值可以不同。
为了简化起见，可认为管道内垂直于轴向的任一截面上的各种参数都均匀一致，流体参数只沿管道轴向或流动方向发生变化。
音速：音速是微小扰动在物体中的传播速度。
定熵滞止参数：将具有一定速度的流体在定熵条件下扩压，使其流速降低为零，这时气体的参数称为定熵滞止参数。
减缩喷管：当进入喷管的气体是M < 1的亚音速气流时，这种沿着气体流动方向喷管截面积逐渐缩小的喷管称为渐缩喷管。
渐扩喷管：当进入喷管的气体是M > 1的超音速气流时，这种沿气流方向喷管截面积逐渐扩大的喷管称为渐扩喷管。
缩放喷管：如需要将M < 1的亚音速气流增大到M > 1的超音速气流，则喷管截面积应由d f < 0逐渐转变为d f > 0，即喷管截面积应由逐渐缩小转变为逐渐扩大，这种喷管称为渐缩渐扩喷管，或简称缩放喷管，也称拉伐尔（Laval）喷管。
临界参数：在渐缩渐扩喷管中，收缩部分为亚音速范围，而扩张部分为超音速范围。
收缩与扩张之间的最小截面处称为喉部，此处M＝1，d f = 0。
该截面称为临界截面，具有最小截面积f min，相应的各种参数都称为临界值，如临界压力p c、临界温度T c、临界比体积v c、临界流速c c等。
应予注意，临界流速c c为临界截面处的当地音速。
节流：节流过程是指流体（液体、气体）在管道中流经阀门、孔板或多孔堵塞物等设备时，由于局部阻力，使流体压力降低的一种特殊流动过程。
这些阀门、孔板或多孔堵塞物称为节流元件。
若节流过程中流体与外界没有热量交换，称为绝热节流，常常简称为节流。
在热力设备中，压力调节、流量调节或测量流量以及获得低温流体等领域经常利用节流过程，而且由于流体与节流元件换热极少，可以认为是绝热节流。
冷效应区：在转回曲线与温度纵轴围成的区域内所有等焓线上的点恒有μj > 0，发生在这个区域内的绝热节流过程总是使流体温度降低，称为冷效应区。
沈维道《工程热力学》(第4版)名校考研真题-气体动力循环(圣才出品)
第9章气体动力循环一、选择题活塞式内燃机定容加热、混合加热、定压加热3个循环在压缩比和吸热量相同的条件下，热效率的关系为（）。
[西安交通大学2003研]A．B．C．【答案】B【解析】在压缩比与吸热量相同的条件下，放热量有。
根据循环热效率的公式可得：。
二、填空题一活塞式内燃机的理想循环，若活塞在下止点位置时气缸容积为V1，活塞在上止点位置时气缸内容积为V2，那么此循环的压缩比为_______。
循环效率随压缩比的提高呈现_______的趋势。
[北京理工大学2005研]【答案】；提高三、判断题实际蒸汽动力，装置与燃气轮机装置，采用回热后每千克工质作功量均增加。
（）[天津大学2005研]【答案】错【解析】采用回热后，总的热效率提高，但是工质质量不变的前提下输出功减少，因而单位质量公职的做功量减少。
四、简答题1．定性地画出具有回热的燃气轮机装置示意图，并在T-s图上定性地分析回热对热效率的影响。
[北京航空航天大学2004、2005研]解：燃气轮机装置示意图如图9-1所示。
图9-1与未采用回热的循环相比，循环净功不变，回热后，只有5-3过程吸热，即q减小，故循环效率提高。
2．综观蒸汽动力循环、燃气轮机循环、内燃机循环以及其他动力循环，请分析归纳转换为机械能的必要条件或基本规律？[天津大学2005研]解：动力循环工作过程的一般规律是任何动力循环都是以消耗热能为代价，以作功为目的。
但是为了达到这个目的，首先必须以升压造成压差为前提，否则消耗的热能再多，倘若没有必要的压差条件，仍是无法利用膨胀转变为动力。
由此可见，压差的存在与否是热能转化为机械能的先决条件，它也为拉开平均吸、放热温度创造了条件。
其次还必须以放热为基础，否则将违背热力学第二定律。
总之，升压是前提，加热是手段，作功是目的，放热是基础。
3．什么是回热？试解释在热机循环中若能采取回热措施，从热力学角度简单说来将会带来什么好处？[华中科技大学2005研]解：回热是指，在保持构成循环的热力过程性质不变的条件下，利用循环中某些放热过程的放热量来满足另一些吸热过程的吸热需要的措施。
工程热力学第三版电子教案第9章自我测验题
第九章自我测验题1、压气机按其工作原理可分为几种形式？其能量转换特点怎样？应用场合怎样？2、在p-v图和T－s图上画出定熵、定温，n＝1.25的压缩过程，井分别用面积在两个图上表示出压气机的耗功。
3、考虑活塞式压气机的余隙容积的影响，压气机的耗功和产气量如何变化？4、设有两台氮气压气机。
它们的进、出口状态参数相同，但一台实施的是n＝1.6的可逆多变过程，另一台实施是不可逆绝热压缩过程。
不通过计算，试利用T－s图说明哪一台压气机生产单位质量压缩气体耗功多？5、理想的活塞式压气机吸入p1＝0.lMPa．t1＝20℃的空气1000立方米/h，并将其压缩到p2＝0.6MPa。
设压缩为n=1,n=1.25,n=1.4的各种可逆过程，求理想压气机的耗功率及各过程中压气机的排气温度。
6、轴流式压气机每分钟吸入p1＝98kPa，t1＝20℃的空气200立方米，经绝热压缩到p2＝600kPa，该压气机的绝热效率为0.88，求压气机出口空气的温度及压气机所消耗的功率。
7、一压气机的增压比为6，进口空气的温度为17℃经绝热压缩至260℃。
（1）问该压气机压缩过程是否可逆？为什么？（2）求压气机的耗功量及压气机效率。
（3）将此过程定性画在p-v图和T－s图上。
8、具有水套冷却的活塞式压气机，每分钟将2kg的空气从压力为p1＝0.lMPa、温度t1＝15℃升至压力p2＝1MPa，温度t2＝155℃。
试求每秒钟由水套中的冷热水带走的热量。
9、某活塞式压气机从大气环境中吸入p1＝0.lMPa．t1＝20℃的空气，经多变压缩到p2＝28MPa。
为保证气缸润滑的正常，每级压缩终了空气的温度不大于180℃，设备缸中多变压缩过程的多变指数n＝1.3，试确定压气机应有的最小级数。
10、用一台单缸活塞式压气机压缩空气，已知进气参数为p1＝0.lMPa,t1＝20℃，终压力p2＝0.6MPa，压缩过程的多变指数n＝1.2，若压气机的吸气量为200立方米/ h，求带动压气机所必须的最小功率。
工程热力学经典例题-第九章_secret
９．２ 典型题精解例题９－１ 空气为53111110Pa,50C,0.032m ,p t V =⨯=︒=进入压气机按多变过程压缩至5322110Pa,0.0021m p V =⨯=。
试求：（１）多变指数；（２）压气机的耗功；（３）压缩终了空气温度；（４）压缩过程中传出的热量。
解 （１）多变指数2112()n p V p V = 211231lnln 1 1.27240.032ln ln 0.0021p p n V V === （２）压气机的耗功t 1122[]1nW p V p V n =-- 53531.2724[110Pa 0.032m 3210Pa 0.0021m ]0.272416.44kJ=⨯⨯-⨯⨯=-（３）压缩终温5(1)/0.2724/1.2724221513210Pa ()(50273)()677.6K 110Pan n p T T K p -⨯==+=⨯ （４）压缩过程传热量t 21t ()p Q H W mc T T W =∆+=-+53211g 1110Pa 0.032m 3.55210kg 287J/(kg K)323KpV m R T -⨯⨯===⨯⋅⨯于是233.55210kg 1004J/(kg K)(677.6323)K 16.4410J Q -=⨯⨯⋅--⨯=3.80kJ例题９－２ 压气机中气体压缩后的温度不宜过高，取极限值为150C ︒，吸入空气的压力和温度为110.1MPa,20C p t ==︒。
若压气机缸套中流过465kg/h 的冷却水，在汽缸套中的水温升高14C ︒。
求在单级压气机中压缩3250m /h 进气状态下空气可能达到的最高压力，及压气机必需的功率。
解法１（１）压气机的产气量为631g 10.110Pa 250m /h297.3kg/h 287J/(kg K)293KV m p q q R T ⨯⨯===⋅⨯（２）求多变压缩过程的多变指数 根据能量守恒有 2g a s h oQ Q =- 即 22221,h o h o h o ()m n m q c T T q c t -=-∆222,h o h o h o 21465kg/h 4187J/(kg K)14K()297.3kg/h (150-20)Km n m q c t c q T T -∆-⨯⋅⨯==-⨯702.5J /(k g K=-⋅ 又因 g 5112n V n k n k c c R n n --==-- 即 1.45702.5J/(kg K)287J/(kg K)12n n --⋅=⨯⨯⋅- 解得 n=1.20（３）求压气机的终压/(1)6 1.20/0.202211423K ()0.110()293Kn n T p p T -==⨯⨯60.90510P a 0.905M P a=⨯=（４）求压气机的耗功.t g 12 1.201()297.3kg/h h/s 10.203600m n W q R T T n =-=⨯⨯-3287J /(k g K )(293423)K18.4510W 18.45k W⨯⋅⨯-=-⨯=-解法２在求得压气机产气量m q 后，再求压气机的耗功量为2222t h o ,h o h o h o 21()m m p W Q H Q H q c t q c T T =-∆=--∆=-∆--31465k g /h h /s 4187J /(k g K )14K36001297J/h h/s 1004J/(kg K)(15020)K 360018.341018.34kWW =-⨯⨯⋅⨯-⨯⨯⋅-=-⨯=- 由 t g 12()1m nW q R T T n =--可求得多变指数为 g 12t1()1m n q R T T W =--311297.3kg/h h/s 287J/(kg K)(20-150)K36001-18.3410W1.20=⨯⨯⋅⋅-⋅= 压气机的终压为 /(1)2211()0.905MPan n T p p T -== 讨论本例题提到压气机排气温度的极限值。
《工程热力学》第九章 气体动力循环
9-4 活塞式内燃机各种理想循环的热力学比较
一、压缩比相同、吸热量相同时的比较 压缩比相同，1-2重合
吸热量相同，q1v q1m q1p
q2v q2m q2 p
tv tm tp
或
T 2v T 2m T 2 p
T 1v T 1m T 1p
tv
tm
tp
二、循环最高压力和最高温度相同时的比较
放热量相同：
又称萨巴德循环 12 等熵压缩；23 等容吸热； 34 定压吸热；45 等熵膨胀； 51 定容放热
特性参数：
压缩比(compression ratio) v1
v2 定容增压比(pressure ratio) p3
p2
定压预胀比 (cutoff ratio) v4
v3
反映气缸容积 反映供油规律
热效率
t
wnet q1
t
1
1
1
1
1
(9 7)
讨论：
v1 p3
v2
p2
v4
v3
a)循环1-2’-3’-4’-5-1
压缩比
Tm1 t
b)循环1-2-3”-4”-5-1
定容增压比
Tm1 t
c)循环1-2-3’”-4’”-5-1
定压预胀比
Tm1 t
二、定压加热理想循环（狄塞尔循环） 柴油机定压加热过程
3-4 等熵膨胀(燃气轮机内) 4-1 定压放热（排气，假想换热器）
热效率ηt
q1 h3 h2
cpm
t3 t2
T3 T2
cp
T3 T2
q2
h4
h1
c pm
t4 t1
T4 T1
cp T4 T1
工程热力学复习参考题-第九章
第九章气体动力循环一、选择题1.燃气轮机装置，采用回热后其循环热效率显著升高的主要原因是 CDA．循环做功量增大B．循环吸热量增加C．吸热平均温度升高D．放热平均温度降低2.无回热等压加热燃气轮机装置循环的压气机，采用带中冷器的分级压缩将使循环的BCDA．热效率提高 B．循环功提高C．吸热量提高 D．放热量提高3.无回热定压加热燃气轮机装置循环，采用分级膨胀中间再热措施后，将使BCA．循环热效率提高B．向冷源排热量增加C．循环功增加D．放热平均温度降低4.燃气轮机装置采用回热加分级膨胀中间再热的方法将ACA．降低放热平均温度B．升高压气机的排气温度C．提高吸热平均温度D．提高放热的平均温度的影响因素5. 燃气轮机装置等压加热实际循环中，燃气轮机装置的内部效率i 有ABCDA．燃气轮机的相对内效率B．压气机的压缩绝热效率C．压缩比D．升温比6.采用分级压缩中间冷却而不采取回热措施反而会使燃气轮机装置的循环热效率降低的原因是ABA．压气机出口温度降低B．空气在燃烧室内的吸热量增大C．燃气轮机做功量减少D．燃气轮机相对内效率降低7.采用分级膨胀中间再热而不采用回热措施，会使燃气轮机装置循环热效率降低的原因是BDA．压气机出口温度降低B．循环吸热增大C．循环做功量减少D．循环放热量增加8.目前燃气轮机主要应用于BDA．汽车B．发电站C．铁路轨车D．飞机二、填空题1.最简单的燃气轮机装置的主要设备有压气机，燃烧室，燃气轮机。
2.燃气轮机装置的理想循环由绝热压缩，定压加热，绝热膨胀，定压放热四个可逆过程组成。
3.燃气轮机装置循环中，压气机的绝热压缩过程工质的终态压力与初态压力之比称为增压比。
4.工程上把燃气轮机的实际做功量与理想做功量之比称为相对内效率。
5.燃气轮机装置中，最高温度与最低温度之比称为升温比。
6.工程上，把在回热器中实际吸收的热量与极限回热条件下可获得的热量之比称为回热度。
三、简答题1．实际简单燃气轮机装置循环的热效率与哪些因素有关？ t η=1-κκπ11-κ取决于燃料的成分及空气的增压比情况 增压比π越大，热效率越高2．提高燃气轮机装置循环的热效率的措施有哪些？ 回热。
沈维道《工程热力学》(第4版)章节题库-气体动力循环(圣才出品)
1 / 18
圣才电子书 十万种考研考证电子书、题库视频学习平台
3．燃气轮机装置采用分级压缩，中间冷却后其热效率（ ）。 A．提高 B．下降 C．不变 D．不定 【答案】D 【解析】燃气轮机装置在回热的基础上采用分级压缩，中间冷却其热效率能提高，若无 回热措施，采用分级压缩，中间冷却其热效率将下降。
图 9-2 解：循环的 p-v 图如图 9-2 所示。由已知条件
1-2 是定熵过程，有 定压吸热过程和绝热膨胀过程都是作功冲程，已知定压加热过程是作功冲程的 4％，即
5 / 18
圣才电子书 十万种考研考证电子书、题库视频学习平台
所以
由于
，所以据上式 ρ＝1.76。2-3 是定压过程，故有
3．在最高温度及最高压力一定时，活塞式内燃机三种理想循环的热效率的大小关系是 怎样的？试利用 T − s 图进行分析。
答：在最高温度及最高压力一定时，活塞式内燃机三种理想循环的热效率的大小关系是 t,p t,c t,v
T − s 图如图 9-1 所示。
3 / 18
圣才电子书
1．试证明在压缩比
相同的情况下，活塞式内燃机定容加热理想循环与卡诺循环
有相同的热效率。这是否说明定容加热理想循环达到了卡诺循环的理想水平？为什么？
答：
，但不能说明定容加热理想循环已达卡诺循环水平，因为 T3 远远高于 T2， 而在相同温度区间（T1 到 T3）内， 将大大高于ηt。
2．压缩比升高对汽油机所对应的理想循环（定容加热循环）的性能有何影响？是否压
5．（多选）下面哪种方法可以提高热机的效率？（ ）
A．增加循环净功
B．增加吸热量
C．降低系统的平均放热温度
D．提高系统的平均吸热温度
工程热力学第三版答案【英文】第9章
9-13The three processes of an air-standard cycle are described. The cycle is to be shown on the P-v and T-s diagrams, and the back work ratio and the thermal efficiency are to be determined.Assumptions 1 The air-standard assumptions are applicable. 2 Kinetic and potential energy changes are negligible. 3 Air is an ideal gas with constant specific heats. Properties The properties of air are given as R = 0.287 kJ/kg.K, c p = 1.005 kJ/kg.K, c v = 0.718 kJ/kg·K, and k = 1.4.Analysis (a) The P -v and T -s diagrams of the cycle are shown in the figures. (b) The temperature at state 2 is K 2100kP a100kP a 700K) 300(1212===P P T TK 210023==T TDuring process 1-3, we havekJ/kg516.600)K 21K)(300kJ/kg 287.0()()(3131113,13=-⋅-=--=--=-=⎰-T T R P Pd w in V V vDuring process 2-3, we havekJ/kg8.1172n7K)(2100)Kl kJ/kg 287.0(7ln 7ln ln22233232,32=⋅======⎰⎰-RT RT RT d RTPd w out V VV V v Vv The back work ratio is then0.440===--kJ/kg8.1172kJ/kg6.516,32,13outin bw w w rHeat input is determined from an energybalance on the cycle during process 1-3,kJ/kg2465kJ/kg 1172.8300)K)(2100kJ/kg 718.0()(,3213,3231,3131,32,31=+-⋅=+-=+∆=-∆=--------outv outin out in w T T c w u q u w qThe net work output issvkJ/kg 2.6566.5168.1172,13,32=-=-=--in out net w w w(c) The thermal efficiency is then26.6%====266.0kJ2465kJ656.2in net th q w η9-21An air-standard cycle executed in a piston-cylinder system is composed of threespecified processes. The cycle is to be sketcehed on the P -v and T -s diagrams; the heat and work interactions and the thermal efficiency of the cycle are to bedetermined; and an expression for thermal efficiency as functions of compression ratio and specific heat ratio is to be obtained.Assumptions 1 The air-standard assumptions are applicable. 2 Kinetic and potential energy changes are negligible. 3 Air is an ideal gas with constant specific heats. Properties The properties of air are given as R = 0.3 kJ/kg·K and c v = 0.3 kJ/kg·K. Analysis (a) The P -v and T -s diagrams of the cycle are shown in the figures. (b) Noting that1.4297.00.1KkJ/kg 0.13.07.0===⋅=+=+=vv c c k R c c p pProcess 1-2: Isentropic compressionK 4.584)5)(K 293(429.01112112===⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=--k k r T T T vvkJ/kg 204.0=-⋅=-=-K )2934.584)(K kJ/kg 7.0()(12in 2,1T T c w v0=-21qFrom ideal gas relation,2922)5)(4.584(3212323==−→−===T r T T v v v v Process 2-3: Constant pressure heat additionkJ/kg701.3=-⋅=-=-==⎰-K )4.5842922)(K kJ/kg 3.0()()(2323232out 3,2T T R P Pd w v v vskJ/kg2338=-⋅=-=∆=∆+=----K )4.5842922)(K kJ/kg 1()(233232,32in 3,2T T c h u w q p outProcess 3-1: Constant volume heat rejectionkJ/kg 1840.3=⋅=-=∆=--K 293)-K)(2922kJ/kg 7.0()(1331out 1,3T T c u q v0=-13w(c) Net work isK kJ/kg 3.4970.2043.701in 2,1out 3,2net ⋅=-=-=--w w wThe thermal efficiency is then21.3%====213.0kJ2338kJ497.3in net th q w η9-32The two isentropic processes in an Otto cycle are replaced with polytropic processes.The heat added to and rejected from this cycle, and the cycle’s thermal efficiency are to be determined.Assumptions 1 The air-standard assumptions are applicable. 2 Kinetic and potential energy changes are negligible. 3 Air is an ideal gas with constant specific heats. Properties The properties of air at room temperature are R = 0.287 kPa·m 3/kg·K, c p = 1.005 kJ/kg·K, c v = 0.718 kJ/kg·K, and k = 1.4 (Table A-2a). Analysis The temperature at the end of the compression isK 4.537K)(8) 288(13.11112112===⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=---n n r T T T vvAnd the temperature at the end of the expansion isK 4.78981K) 1473(113.11314334=⎪⎭⎫⎝⎛=⎪⎭⎫ ⎝⎛=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=---n n r T T T vvThe integral of the work expression for the polytropic compression giveskJ/kg 6.238)18(13.1K) K)(288kJ/kg 287.0(1113.1121121=--⋅=⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡-⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=---n n RT w vvSimilarly, the work produced during the expansion iskJ/kg 0.65418113.1K) K)(1473kJ/kg 287.0(1113.1143343=⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡-⎪⎭⎫⎝⎛-⋅-=⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡-⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛--=---n n RT w vv Application of the first law to each of the four processes giveskJ/kg 53.59K )2884.537)(K kJ/kg 718.0(kJ/kg 6.238)(122121=-⋅-=--=--T T c w q v kJ/kg 8.671K )4.5371473)(K kJ/kg 718.0()(2332=-⋅=-=-T T c q vkJ/kg 2.163K )4.7891473)(K kJ/kg 718.0(kJ/kg 0.654)(434343=-⋅-=--=--T T c w q vkJ/kg 0.360K )2884.789)(K kJ/kg 718.0()(1414=-⋅=-=-T T c q vThe head added and rejected from the cycle arekJ/kg419.5kJ/kg 835.0=+=+==+=+=----0.36053.592.1638.6711421out 4332in q q q q q qThe thermal efficiency of this cycle is then0.498=-=-=0.8355.41911in out th q q η9-37An ideal Otto cycle with air as the working fluid has a compression ratio of 8. Theamount of heat transferred to the air during the heat addition process, the thermal efficiency, and the thermal efficiency of a Carnot cycle operating between the same temperature limits are to be determined. Assumptions 1 The air-standard assumptions are applicable. 2 Kinetic and potential energy changes are negligible. 3 Air is an ideal gas with variable specific heats.Properties The properties of air are given in Table A-17E. Analysis (a) Process 1-2: isentropic compression.32.144Btu/lbm92.04R 540111==−→−=r u T v()Btu/lbm 11.28204.1832.144811212222=−→−====u r r r r v v v v v Process 2-3: v = constant heat addition.Btu/lbm241.42=-=-===−→−=28.21170.452419.2Btu/lbm452.70R 240023333u u q u T in r vvP(b) Process 3-4: isentropic expansion.()()Btu/lbm 205.5435.19419.28434334=−→−====u r r r r v v v v v Process 4-1: v = constant heat rejection.Btu/lbm 50.11304.9254.20514out =-=-=u u q53.0%=-=-=Btu/lbm241.42Btu/lbm113.5011in out th q q η (c) The thermal efficiency of a Carnot cycle operating between the same temperature limits is 77.5%=-=-=R2400R54011C th,H L T T η9-40The expressions for the maximum gas temperature and pressure of an ideal Otto cycleare to be determined when the compression ratio is doubled.Assumptions 1 The air-standard assumptions are applicable. 2 Kinetic and potential energy changes are negligible. 3 Air is an ideal gas with constant specific heats. Analysis The temperature at the end of the compression varies with the compression ratio as1112112--=⎪⎪⎭⎫⎝⎛=k k r T T T v vsince T 1 is fixed. The temperature rise during thecombustion remains constant since the amount of heat addition is fixed. Then, the maximum cycle temperature is given by11in 2in 3//-+=+=k r T c q T c q T v vThe smallest gas specific volume during the cycle isr13v v =When this is combined with the maximum temperature, the maximum pressure is given by ()11in 1333/-+==k r T c qRrRT P v v v9-47An ideal diesel cycle has a compression ratio of 20 and a cutoff ratio of 1.3. The maximum temperature of the air and the rate of heat addition are to be determined. Assumptions 1 The air-standard assumptions are applicable. 2 Kinetic and potential energy changes are negligible. 3 Air is an ideal gas with constant specific heats. Properties The properties of air at room temperature are c p = 1.005 kJ/kg·K, c v = 0.718 kJ/kg·K, R = 0.287 kJ/kg·K, and k = 1.4 (Table A-2a). Analysis()K 6.95420K) 288(14.11112112===⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=---k k r T T T vvK 1241===⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=K)(1.3) 6.954(22323c r T T T vv Combining the first law as applied to the various processes with the process equations gives6812.0)13.1(4.113.12011)1(1114.111.41th =---=---=--c k c k r k r r ηAccording to the definition of the thermal efficiency,kW 367===0.6812kW 250th net inηW Q9-59An ideal dual cycle has a compression ratio of 15 and cutoff ratio of 1.4. The net work,heat addition, and the thermal efficiency are to be determined.Assumptions 1 The air-standard assumptions are applicable. 2 Kinetic and potential energy changes are negligible. 3 Air is an ideal gas with constant specific heats. Properties The properties of air at room temperature are R = 0.3704 psia·ft 3/lbm.R (Table A-1E), c p = 0.240 Btu/lbm·R, c v = 0.171 Btu/lbm·R, and k = 1.4 (Table A-2Ea).Analysis Working around the cycle, the germane properties at the various states are()R 158015R) 535(14.11112112===⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=---k k r T T T vvout()psia 2.62915psia) 2.14(4.112112===⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=k kr P P P vvpsia 1.692psia) 2.629)(1.1(23====P r P P p xR 1738psia 629.2psia 692.1R) 1580(22=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=PP T T xxR 2433R)(1.4) 1738(33===⎪⎪⎭⎫⎝⎛=c x xx r T T T vvR 2.942151.4R) 2433(14.11314334=⎪⎭⎫⎝⎛=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=---k c k rr T T T vvApplying the first law to each of the processes givesBtu/lbm 7.178R )5351580)(R Btu/lbm 171.0()(1221=-⋅=-=-T T c w v Btu/lbm 02.27R )15801738)(R Btu/lbm 171.0()(22=-⋅=-=-T T c q x x vBtu/lbm 8.166R )17382433)(R Btu/lbm 240.0()(33=-⋅=-=-x p x T T c qB t u /l b 96.47R )17382433)(R Btu/lbm 171.0(Btu/lbm 8.166)(333=-⋅-=--=--x x x T T c q w vBtu/lbm 9.254R )2.9422433)(R Btu/lbm 171.0()(4343=-⋅=-=-T T c w vThe net work of the cycle isBtu/lbm 124.2=-+=-+=---7.17896.479.25421343net w w w w x and the net heat addition isBtu/lbm 193.8=+=+=--8.16602.2732in x x q q q Hence, the thermal efficiency is0.641===Btu/lbm193.8Btu/lbm124.2in net th q w η9-61An expression for cutoff ratio of an ideal diesel cycle is to be developed.Assumptions 1 The air-standard assumptions are applicable. 2 Kinetic and potentialenergy changes are negligible. 3 Air is an ideal gas with constant specific heats. Analysis Employing the isentropic process equations,112-=k rT Toutwhile the ideal gas law gives1123T r r r T T k c c -==When the first law and the closed system work integral is applied to the constant pressure heat addition, the result is)()(111123in T r T r r c T T c q k k c p p ---=-=When this is solved for cutoff ratio, the result is11in1T r c q r k p c -+=9-81A simple ideal Brayton cycle with air as the working fluid has a pressure ratio of 10. The air temperature at the compressor exit, the back work ratio, and the thermal efficiency are to be determined.Assumptions 1 Steady operating conditions exist. 2 The air-standard assumptions are applicable. 3 Kinetic and potential energy changes are negligible. 4 Air is an ideal gas with variable specific heats.Properties The properties of air are given in Table A-17E. Analysis (a ) Noting that process 1-2 is isentropic,T h P r 11112147=−→−==520R124.27Btu /lbm .()()Btu/lbm 240.11 147.122147.110221212==−→−===h T P P P P r r R 996.5(b ) Process 3-4 is isentropic, and thus()Btu/lbm38.88283.26571.504Btu/lbm115.8427.12411.240Btu/lbm 265.834.170.1741010.174Btu/lbm 504.71R 200043out T,12inC,43433343=-=-==-=-==−→−=⎪⎭⎫⎝⎛====−→−=h h w h h w h P P P P P h T r r rThen the back-work ratio becomess200052048.5%===Btu/lbm238.88Btu/lbm115.84outT,in C,bw w w r(c ) 46.5%====-=-==-=-=Btu/lbm264.60Btu/lbm123.04Btu/lbm123.0484.11588.238Btu/lbm264.6011.24071.504inout net,th in C,out T,out net,23in q w w w w h h q η9-87A simple ideal Brayton cycle with air as the working fluid has a pressure ratio of 10.The air temperature at the compressor exit, the back work ratio, and the thermal efficiency are to be determined.Assumptions 1 Steady operating conditions exist. 2 The air-standard assumptions are applicable. 3 Kinetic and potential energy changes are negligible. 4 Air is an ideal gas with variable specific heats.Properties The properties of air are given in Table A-17E. Analysis (a ) Noting that process 1-2 is isentropic,T h P r 11112147=−→−==520R124.27Btu /lbm .()()Btu/lbm 240.11 147.122147.110221212==−→−===h T P P P P r r R 996.5(b ) Process 3-4 is isentropic, and thus()Btu/lbm38.88283.26571.504Btu/lbm115.8427.12411.240Btu/lbm 265.834.170.1741010.174Btu/lbm 504.71R 200043out T,12inC,43433343=-=-==-=-==−→−=⎪⎭⎫⎝⎛====−→−=h h w h h w h P P P P P h T r r rThen the back-work ratio becomes48.5%===Btu/lbm238.88Btu/lbm115.84outT,in C,bw w w rs2000520(c ) 46.5%====-=-==-=-=Btu/lbm264.60Btu/lbm123.04Btu/lbm123.0484.11588.238Btu/lbm264.6011.24071.504inout net,th in C,out T,out net,23in q w w w w h h q η(d) The expression for the cycle thermal efficiency is obtained as follows:⎪⎭⎫ ⎝⎛---⎪⎭⎫ ⎝⎛-=⎪⎭⎫⎝⎛---=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛---=-⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛--=---=----=-==-----------1111111111111111111231223in in 2,1out 3,2in net th 11)1(11111)1(11)1(1)1(1)()()()()(k k p k p k p k k v p k k p k v p p v r r k k r r k c R r T T r k c R r r T c r T T r T c c R r T r rT c T r T c c RT T c T T c T T R q w w q w η since 111kc c c c c c R p v p v p p -=-=-=。
工程热力学课后习题答案
n −1 n )
n + R g T2 (π n −1
n −1 n
n − 1) + RgT3 (π n −1
1.3−1 1 .3
n −1 n
− 1) =
− 1)(T1 + T2 + T3 ) = kg = 746 .4 kJ kg
1 .3 × 287 × (5 1 .3 − 1
− 1) × ( 293 .15 + 425 .0 + 616 .25)
∴q =
Q QW = −Q a
q= n −κ c v (T2 − T1 ) n −1
n −1 n
QW − 7.5715 = = −91.73 kJ kg q ma 0.08254
n − κ cv(T 2 − T 1) 0.728 × (150 − 20) = −1.0317 = = − 91.73 n −1 q
1.186 −1 1.186
= 387.82 K
（3）压缩功
Wn =
p2 1 p1V1 [( ) n −1 p1
n −1 n
− 1]
1.186 −1 1.186
1 = × 0.1 × 10 6 × 0.032 × (3.2 1.186 − 1
112
− 1) = 3442.8 J = 3.443kJ
第九章 压气机的热力过程
9-4 三台空气压缩机的余隙容积比均为 6%， 进气状态均为 0.1MPa,27°C ， 出口压力为 0.5MPa ，
但压缩过程的指数分别为：n1=1.4、n2=1.25、n3=1,试求各压气机的容积效率（假设膨胀过程的 指数和压缩过程相同） 。 解： 据题意
Vc = 0.06 Vh 0.5 π= =5 0 .1
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
二、活塞式内燃机循环的简化
6
三、平均有效压力(mean effective pressure)
pMEP
Wnet Vh
7
9–3 活塞式内燃机的理想循环
一、混合加热理想循环
01 吸气
（dual combustion cycle） 12 压缩
23 喷油、燃烧
34 燃烧
45 膨胀作功
50 排气
(internal thermal efficiency)ηi
i
wnet q1
wnet wt,T wC T
h3 h4s
1
Cs
h2s h1
q1
h3
h2
h3
h1
1
Cs
h2s h1
整理
i
T
气体动力循环中工作流体 理想气体 空气 定比热
燃烧和排气过程
吸热和放热过程
燃料燃烧造成各部分气体成分及质量改变忽略不计
3
9–2 活塞式内燃机实际循环的简化
一、活塞式内燃机(internal combustion engine)简介
1．分类：
按燃料：煤气机(gas engine) 汽油机(gasoline engine; petrol engine) 柴油机(diesel engine)
t
1 q2 q1
1 T4 T1 T3 T2
1
1
1
1
1
1
1
17
讨论： a) t
b) ; t不变，但wnet
c ) 重负荷（q1 ）时内部热效 率下降，因温度上升使 ，造 成热效率下降
归纳： a.吸热前压缩气体，提高平均吸热温度是提高热效率的重
要措施，是卡诺循环，第二定律对实际循环的指导。 b.利用T-s图分析循环较方便。 c.同时考虑q1和q2或T1m和T2m平均。
13
二、定压加热理想循环(Diesel cycle)
v1
v2
v3
v2
t
1
q2 q1
q2 cV T4 T1
用途
飞机、舰船的动力载荷机组，电站峰荷机组(peak-load set) 等。26
二、定压加热理想循环 （constant-pressure combustion
cycle， Brayton cycle）
1-2 等熵压缩（压气机内）
p2
p1
循环增压比（pressure ratio）
2-3 定压吸热（燃烧室内）
t,p t,m t,v
或
T 2 p T 2m T 247277
20
9-5 燃气轮机装置循环
一、燃气轮机(gas turbine)装置简介
小型燃气轮机 21
轴流式燃气轮机
22
23
24
25
构成
压气机(compressor)
h2s h1 h2 h1
wC
1
C,s
h2s h1
1
h2
h1
C,s
h2s h1
T
wt,T wt ,T
h3 h4 h3 h4s
wt,T T h3 h4s
h4 h3 T h3 h4s 33
三、燃气轮机装置的内部热效率
cp T3 T2 T4 T1
c
pT1
1
1
1
1
1
δwnet 0
d
2 1
wnet wnet,max
30
d ) wnet与 及的关系
损失的部位、大小、原因及改进办法
1
三、分析动力循环的方法
1. 第一定律分析法
以第一定律为基础，以能 量的数量守恒为立足点。
2. 第二定律分析法 熵分析法 分析法
综合第一定律和第二定律 从能量的数量和质量分析。
熵产
作功能力损失
2
四、内部热效率i(internal thermal efficiency )
c pm
t4 t1
T4 T1
cp T4 T1
t
1
q2 q1
1 T4 T1 T3 T2
1
T4
T3
p4 p3
1
T1
T2
p1 p2
p4 p1 p3 p2
T4 T3
T1 T2
T4 T1 T1 T3 T2 T2
燃烧室(combustion chamber)
燃气轮机(gas turbine)
特点
1.开式循环(open cycle)，工质流动； 2.运转平稳，连续输出功； 3.启动快，达满负荷快； 4.压气机消耗了燃气轮机产生功率
的绝大部分，但重量功率比 (specific weight of engine)仍较大。
T4
T3
v4 v3
T1 1
5 1
T5
T1
p5 p1
11
求
p5
p1
p1v1 p2v2 ； p5 v5 p4v4
p4 p3 v1 v5 v2 v3
两式相除，考虑到
p5 p1
p4 p2
v4 v3
p3 p2
v4 v3
按点火方式：点燃式(spark ignition engine) 压燃式(compression ignition engine)
按冲程：二冲程(two-stroke ) 四冲程(four-stroke )
4
２．活塞式内燃机循环特点 开式循环(open cycle)； 燃烧、传热、排气、膨胀、压缩均为不可逆； 各环节中工质质量、成分稍有变化。
9–1 分析动力循环的一般方法
一、分析动力循环的目的
在热力学基本定律的基础上分析循环能量转化的经济性， 寻求提高经济性的方向及途径。
二、分析动力循环的一般步骤
1. 实际循环（复杂不可逆） 抽象、简化 可逆理论循环
分析可逆循环 影响经济性的主要因素和可能改进途径
指导改善 实际循环
2. 分析实际循环与理论循环的偏离程度，找出实际
T5
T1
p5 p1
T5 T1
把T2、T3、T4和T5代入
t
1
T3
T5 T1
T2 T4
T3
t
1
1
1
1
1
12
讨论：
a) t
b) t c) t
一、定压加热的实际循环
1-2 不可逆绝热压缩； 2-3 定压吸热； 3-4 不可逆绝热膨胀； 4-1 定压放热。
32
二、压气机绝热效率(adiabatic compressor efficiency) 和燃气轮机相对内效率(adiabatic turbine efficiency)
C,s
wC,s wC
18
9–4 活塞式内燃机各种理想循环的热力学比较
一、压缩比相同，吸热量相同时的比较
q1v q1m q1p
q2v q2m q2 p
tv tm tp
或
T 2v T 2m T 2 p T 1v T 1m T 1p
19
二、循环pmax、Tmax相同时的比较
q2 p q2m q2v q1p q2m q2v
t
1
T4 T1
T3 T2
t
1
1
1
1
1
q1 cp T3 T2
1 t
1
1
1
1
14
讨论： a) t wnet b) t wnet
由c)wnet
cpT1
1
1
1
1
可见：
1）对于每一τ，均有π，
其w→wnet,max
2）τ上升，即T3上升，使取得 wnet,max 的π 上升，ηt上升，所以 提高T3 能带动wnet,max 及ηt同时升 高。
31
9–6 燃气轮机装置定压加热实际循环
q2 q51 cV T5 T1
10
t
1
q2 q1
1
T3
T5 T1
T2 T4
T3
利用 、、 表示 t
12 23
34
T2
T1
v1 v2
1
T1 1
T3
T2
p3 p2
T1 1
定容增压比(pressure ratio)
v1
v2 p3
p2
定压预胀比 (cutoff ratio)
v4
v3
9
2. 循环热效率
t
wnet q1
wnet w12 w23 w34 w45 w51 w12 w34 w45
Rg
1