工程热力学12 气体的压缩(DOC)
第十二章气体的压缩
通过消耗外功来提高气体压力的设备称为压气机。压气机在工程、科学研究中具有十分广泛的用途，如动力工程中煤粉的输运和锅炉通风、制冷设备中制冷剂的压缩、风洞实验中高压气体的获得、风动工具（如公共汽车车门的开关、大型内燃机的启动），车胎打气等。
压气机分类：
通风机（<0.01MPa表压）
按压力范围鼓风机（0.01～0.3MPa表压）
压缩机（>0.3MPa表压））
活塞式
按构造叶轮式（离心式和轴流式）
引射式
活塞式压气机是通过活塞在气缸中的往复运动来挤压气缸中的气体，从而使气体的压力提高。叶轮式压气机通过叶轮的旋转，使气体加速，并使高速气体在特定流道中（相当于扩压管）降低流速，从而提高压力。活塞式压气机和叶轮式压气机的一个显著区别是：活塞式压气机吸气与排气是间歇性的；而叶轮式压气机的压缩过程是在连续流动状态下进行的，即气体不断地流入压气机，在压气机内被压缩后，不断地被排出压气机。活塞式压气机适用于高压、排量小的场合；而轴流式压气机适用于低压、排量大的场合。
尽管压气机的种类和工作原理多种多样，但是从热力学的观点来看，压缩气体的状态变化并没有什么不同，都是接受外功使气体压缩升压的过程。
12.1 活塞式压气机的工作原理
活塞式压气机的示意图和p -v 图（又称示功图）示于图12-1中。 工作三部曲： ①在活塞式压气机的理想工作过程中，气体经过进气阀与排气阀时，不考虑在阀门处的阻力与摩擦力。当活塞自左止点向右移动时，进气阀门A 打开，气体从缸外被吸入气缸，这是吸气过程（0-1），此时，吸入气体的热力学状态不发生任何变化。②当到达右止点时，进气阀关闭，活塞在外力作用下向左回行，气缸内的气体被压缩，压力升高，这就是气体的
压缩过程（2-3），此时需要消耗外功。③当活
塞左行至某一位置时，气体的压力升高到预定压
力2p ，此时排气阀门B 开启，活塞继续左行，把气缸内的气体排到储气罐或输气管道中，直至活塞到达左止点，这是排气过程（2-3）。排气过程中，气体的状态也不发生变化。活塞由曲轴－连杆机构带动，曲轴回转一次，活塞往返一次。活塞不断往复，重复上面三个过程，这就是活塞式压气机的理想工作过程。
从上面的说明中可以看出，过程0-1与2-3仅仅是将气体吸入和排出气缸的机械输运过程，气体的状态并不发生任何变化；而只有1-2的压缩过程才是真正的热力过程。定义压缩过程中气体的终压2p 与初压1p 之比为增压比，
1
2p p =
π （12-1）
图12-2（a ）和12-2（b ）分别是压缩过程的p －V 图和T －S 图。压气机的压缩过程可以看作多变过程（1→2n ）。若压缩过程进行的很快，气体来不及和外界交换热量，则压缩过程近似于绝热压缩过程（1→2s ）；如果压缩过程进行得较慢，并且气缸壁得到良好的冷却，则压缩过程接近于定温压缩过程（1→2T ）。
绝热压缩和定温压缩是压缩过程的两个极限情况。
因要考虑流动功，压气机耗功应以技术功计。对于可逆的压缩过程，技术功
?-=2
1d p V W t 。对于不同的压缩过程，技术功可以通过把过程方程)(V f p =代
入上式积分来得到。绝热压缩过程、多变压缩过程和定温压缩过程所消耗的技术功分别通过式（12-2a ）、（12-2b ）和（12-2c ）来计算
绝热压缩： 1ab 1211s 1
11,面积=??
????--=
-κ
κπκκ
V p W s t （12-2a ）
多变压缩： 1ab 1211n 1
11n
,面积=???
?????--=-n n t V p n n W π
（12-2b ） 定温压缩： 1ab 12ln 11,T T t V p W 面积=-=π
（12-2c ）
根据上面各式计算出来的技术功为负值，表明压缩需要消耗外功。技术功在p －V 图上表示为压缩过程线向纵轴投影所形成的一块面积。从图12-2（a ）中可以明显看出，
s t n t T t W W W ,,,<<
（12-3）
压缩过程中所释放的热量可以根据能量方程得到，
()t W H H Q +-=12
（12-4）
其在T －S 图上表示为压缩过程线在横轴投影所围成的一块面积，从图12-2b 中可以发现
0=>>s n T Q Q Q
（12-5）
压缩后的终温为， 绝热压缩： κκπ
1
1,2-=T T s
（12-6a ） 多变压缩： n
n n T T 1
1,2-=π （12-6b ）
定温压缩： 1,2T T T =
（12-6c ）
比较三个压缩过程之间的终温，不难得到，
s n T T T T ,2,2,2<<
（12-7）
因压缩后P 2相同，故也有 s n T v v v ,2,2,2<< （12-8）
上述结果说明，放热压缩可以节省压气机的耗功量，并且，在一切压缩中，
定温压缩所消耗的功量最小；压缩后气体的终温最低（有利于改善气缸的
润滑条件，安全及防缸壁损坏的拉缸出现）；同时，压缩后的体积最小（贮气缸小）。为了让压缩过程接近于定温压缩，工程上经常采用加气缸冷却水套、喷雾化
水， 以及下节中所要介绍的多级压缩、级间冷却等措施。
由于摩擦的影响，实际的压气过程是不可逆的，因此实际压气机的耗功量要比可逆压缩大。
余隙影响： ①进气量影响 为了避免活塞与缸盖之间的撞击，考虑缸盖
上有进、排气阀，以及热膨胀、制造公差。在活塞式压气机中，活塞与缸盖之间保持有一定的余隙，这使得排气后，余隙容积内仍然残留有一定数量的高压气体，从而造成气缸容积不能得到充分应用。
V c —余隙容积； V h =V 1-V 3气缸排量（左止点与右止点间活塞扫过的容积） V=V 1-V 4有效吸气容积（余隙中残留高压气体膨胀至进气压力要占去一部分
容积）
余隙不仅本身有一部分容积V c ，还使另一部分气缸容积V 4-V 3失去作用，描述这一气缸利用率下降，用容积效率
p
h
V V V =
η 分析： ???
? ??---=-=
11-34
3133141V V V V V V V V V V η h c V V V V V =-313 余隙（容积）比； n
n
n
p p p p V V 1
1121
4334π=???
? ??=???? ??= ???
? ??--=111
n
h c V V V πη h
c
V V ， n 一定, ↓→↑V ηπ 直至为0. ②耗功影响
()??
????--=??????--=??????---=????
??????-???? ??--??????????-???? ??-=-=-----1111111111
111114111
43
4411211n n g n n n n n n n n t C T mR n n
V p n n V V p n n p p V p n n p p V p n n W W πππ
??
????--=??????--=--11111
1111n n n n g C v p n n
T R n n w ππ
即余隙不影响单位质量气体的耗功，只影响压缩气体的产量（m 减少，→11V p
()411V V p -）
12.2 多级压缩及级间冷却
采用放热可以减小压气机的耗功量和降低终温，是改进压缩效果的
有效手段。但是，这种手段在气体流速很高
的轴流式压气机中是很难实现的。活塞式压气机虽然可以采用加水套、喷雾化水等方法来实现放热压缩，但是对于高转速、大排量的情况，要降低多变指数也很困难，效果有限；同时，高压缩比还会降低压气机的容积
效率（余隙容积的影响）。因此，为了进一步改善压缩过程，以节省压缩功、降低压缩终温以及提高容积效率，常常采用多级压缩、级间冷却的方法。
多级压缩、级间冷却是把气体分别在两个或两个以上气缸中依次压缩、使气体的压力逐级提高，并且在相邻的两级之间布置有级间冷却器，对前一级所压缩的气体进行冷却，降低气体的压缩温度。
以图12-3所示的两级压缩级间冷却的压气机装置系统为例，来说明多级压缩、级间冷却的基本原理。为了分析方便，假定被压缩的气体是理想气体；气体在每一级中的压缩过程为绝热压缩；气体在级间冷却器中进行的是定压理想冷却（1'2T T =）。
两级压缩、级间冷却的p －V 图和T －S 图分别如图12-4（a ）、（b ）所示。过程c-1为压气机低压缸的吸气过程，1-2为气体在低压缸的压气过程，2-b 为低压缸的排气过程；b-2为压缩气体进入级间冷却器的过程，2-2′为压缩气体在级间冷却器的定压放热过程，2′-b 为冷却后的气体自级间冷却器中排出；b-2′为高压缸的吸气过程，2′-3为气体在高压缸的压缩过程，3-a 为高压缸的排气过程。（余隙影响可通过减小气缸容积加以考虑）
在p －V 图上，两级压缩级间冷却所消耗的技术功（面积122′3ac1）为低压压缩技术功（面积122′bc1）和高压压缩技术功（面积2′3ab2′）之和，和一次压缩的耗功量（面积123′ac1）相比，节省的功量大小为面积22′33′2。相应地，两次压缩级间冷却所放出的热量在T －S 图上表示为面积e122′de ，而压缩终温
3T 也明显低于一次压缩的终温'3T 。因此，采用多级压缩、级间冷却方式可以有效地降低压气机的耗功量、并降低排气的终温。
对于理想气体，两级压缩、级间冷却的压气机的总耗功量可以表示为，
????
?????????? ??--+?????????????? ??--=+=--κκκκκκκκ1
'23
'2'211211,,1111p p V p p p V p W W W H s
t L s t t （12-9） 气体在级间冷却器中被定压冷却至初温1T ，因此有2'
2p p =、2'2T T =，并且根据状态方程111'2'2mRT V p V p ==，式（12-9）变为，
????
?????????? ??-???? ??--=--κκκκκκ1
23
1121121p p p p V p W t （12-10）
由上述可知，当初始状态1p 、1T 、1V 和终压3p 已知时，两级压缩、级间冷却所消耗的总功仅仅随中间压力2p 而变化，为了使耗功量最小，令0d d 2
=p W t ，求得
最佳中间压力为，
312p p p =，即
2
31
2p p p p =
（12-10）
可见，当各级增压比相等时，压气机的总耗功量最小。
对于2>N 的多级压缩、级间冷却的压气过程，上面得到的结论同样适用，即各级增压比相等时，总耗功量最小，因此，各级的最佳增压比为，
N total N N N N N N opt p p
p p p p p p p p ππ=======
++-1
1112312 （8-22）
采用最佳增压比后，还可以使各级的耗功量相等，各级气体的温升相等，各级间冷却器的放热量相等。这种均衡对于压气设备的设计与运行都是有利的。
从p －V 图中不难看出。在总增压比一定的条件下，分级越多，理论上的耗功量越小；当级数无限多时，此时的压缩过程和定温压缩无限趋近，总耗功量最小。实际上，压缩的分级数不易过多，视总增压比的大小，一般为2~4级（考虑成本、运行管理，机构不能太复杂）。尽管采用了多级压缩级间冷却的措施，但对于每级压缩而言，仍然需要采用多变放热压缩的措施。
【例12-1】空气由初压0.1MPa ，初温20℃，经两级压缩、级间冷却可逆多变地压缩到6MPa ，假设各级的多变指数2.1=n ，试求压缩终温及压缩耗功量各为多少，并把所得结果和单级多变压缩至同样增压比的情况进行比较。
解：两级压缩、级间冷却过程的p-v 图与T －s 图如图12-4所示。
按照压气机耗功量最小原理，分配各级的增压比，
75.71
.06
1321===
=p p ππ 空气在级间冷却器中被理想冷却，即1'
2T T =，故各级的排气温度为 ()
n
n T T 1112-=π
()
()
n n n
n T T T 11112'
2
3--==ππ
即，气体通过各级压缩后的温度相等，为
()2.41275
.7273202
.112.123=?+==-T T K
两级压缩时压气机的总耗功量为
()()kJ/kg
4.4107
5.7127320287.012.12
.121122.11
2.1111-=??
????-+??-?=??
????--=--n n t RT n n w π
如果采用单级压缩，则压缩终温
()K
7.57960273202.11
2.11
1311
1'3
1'
3=?+=??
?
? ??=??
?? ??=---n
n n
n p p T p p T T
由上可知，采用单级压缩时，排气温度为579.7K （约306.7℃），远远高于两级压缩、级间冷却的压缩终温412.2K 。在活塞式压气机中，如此高的压缩终温已经超出了润滑油的正常
工作温度。
再来看看单级压缩的耗功量，
()kJ/kg
7.49360127320287.012.12
.1112
.11
2.11
131'-=???
?
????-+??-=??
?
?
?
????????? ??--=--n n t p p RT n n w 显然，单级压缩的耗功量也大于两级压缩、级间冷却的耗功量。 从计算可以看出，多级压缩、级间冷却可以降低压缩终温，减小耗功量。
12.2 叶轮式压气机的工作原理
活塞式压气机 缺点：单位时间产气量小（转速不高、间歇吸排气、余隙影响）； 叶轮式压气机 优点：单位时间产气量大（转速高、无间歇吸排气、无余隙影响）；
缺点：1. 单级增压比小（欲提高压力，需多级）；
2．流速高，摩擦损耗大，不可逆程度高。
叶轮式 径流（离心式） 中小流量，效率低；
轴流 大流量，效率较高，结构紧凑，可多级。
叶轮式压气机因气流速度高与动、静叶片有摩擦，因而实际的压缩过程为不可
逆绝热压缩。
静叶片间通道
图12-5 叶轮式压气机
不可逆绝热 (H Q W t ?-=)
45632)23(3212T T t C
Q H H H H H W W T '='→=-=-=?='-='''面积 可逆绝热
45632)23(3212T s s T t C Q H H H H H W W T s s 面积=→=-=-=?=-= 多耗功 21562222,''=-=-''s s C C s h h W W 面积 绝热效率 ()1
21
212121212,)(T T T T T T mc T T mc H H H H W W s s s p p C C s C --=
--=--='=
'''η 不可逆修正系数 0.8~0.9
实际
C s
C C
W W ,1
η=' , s
C s C T T T ,,122)
1(ηη--=
' (γ
γπ
1
12-=T T )
11
222222V T T V T T V γ
π-'''== (等p )
以上为空气、燃气的压缩， 对于水蒸气。
p
p
s
T
实际压缩耗功 t C
W W '-=' 134051
2340562)
()(414212面积面积-''=---=-=''h h h h h h
理论压缩耗功
()
()134051
234052414212面积面积-=---=-=-=h h h h h h W W s s t C
多耗功 21562222,''=-=-''s s C C s h h W W 面积
10.3 引射式压缩器
以所能供应的高压（蒸）气体得到实际需要的中压（蒸）气体的方法。
T
s
喷管 （加速降压2p <） 扩压管 （降速增压）
2
p 1p 3
p 图12.6 引射式压缩器
(若采用节流降压，不仅量小，耗散也大)
以引射系数 工作气体的质量流量
被引射气体的质量流量
=
μ 表示工作性能
在混合、扩压过程中不可逆程度较大。
低压（大量） 中压（大量） 高压（少量）
工程热力学思考题答案,第十二章#试题
第十二章 理想气体混合物及湿空气 1.处于平衡状态的理想气体混合气体中，各种组成气体可以各自互不影响地充满整个体积，他们的行为可以与它们各自单独存在时一样，为什么？ 答：混合气体的热力学性质取决于各组成气体的热力学性质及成分，若各组成气体全部处在理想气体状态，则其混合物也处在理想气体状态，具有理想气体的一切特性。 2.理想气体混合物中各组成气体究竟处于什么样的状态？ 答：若各组成气体全部处在理想气体状态，遵循状态方程pV nRT =。 3.道尔顿分压定律和亚美格分体积定律是否适用于实际气体混合物？ 答：否。只有当各组成气体的分子不具有体积，分子间不存在作用力时，处于混合状态的各组成气体对容器壁面的撞击效果如同单独存在于容器时的一样，这时道尔顿分压力定律和亚美格分体积定律才成立，所以道尔顿分压定律和亚美格分体积定律只适用于理想气体混合物。 4.混合气体中如果已知两种组分A 和B 的摩尔分数x A >x B ，能否断定质量分数也是ωA >ωB ？ 答：否。i i i eq x M M ω=?，质量分数还与各组分的摩尔质量有关。 5.可以近似认为空气是1 mol 氧气和3.76 mol 氮气混合构成（即x O2=0.21、 x N2=0.79），所以0.1 MPa 、20°C 的4.76 mol 空气的熵应是0.1 MPa 、20°C 的1 mol 氧气的熵和0.1 MPa 、20°C 的3.76 mol 氮气熵的和，对吗？为什么？ 答：不对。计算各组分熵值时，应该使用分压力，即(,)i i s f T p =。 6.为什么混合气体的比热容以及热力学能、焓和熵可由各组成气体的性质及其在混合气体中的混合比例来决定？混合气体的温度和压力能不能由同样方法确定？ 答：根据比热容的定义，混合气体的比热容是1kg 混合气体温度升高1°C 所需热量。理想气体混合物的分子满足理想气体的两点假设，各组成气体分子的运动不因存在其他气体而受影响。混合气体的热力学能、焓和熵都是广延参数，具有可加性。所以混合气体的比热容以及热力学能、焓和熵可由各组成气体的性质及其在混合气体中的混合比例来决定。 混合气体的温度和压力是强度参数，不能由同样方法确定。 7.为何阴雨天晒衣服不易干，而晴天则容易干？ 答：阴雨天空气的湿度大，吸取水蒸气的能力差，所以晒衣服不易干。晴天则恰恰相反，所以容易干。
工程热力学第三版电子教案第10章自我测验题
第十章自我测验题 1、画出柴油机混合加热理想循环的p－v图和T－s图，写出该循环吸热量、放热量、净功量和热效率的计算式；并分析影响其热效率的因素有哪些，与热效率的关系如何？ 2、画出汽油机定容加热理想循环的p－v图和T－s图，写出该循环吸热量、放热量、净功量和热效率的计算式，分析如何提高定容加热理想循环的热效率，是否受到限制？ 3、柴油机的热效率高于汽油机的热效率其主要原因是什么？ 4、怎样合理比较内燃机3种理想循环（混合加热循环、定容加压循环、定压加热循环）热效率的大小？比较结果如何？ 5、画出燃气轮机装置定压加热理想循环的p－v图和T－s图。分析如何利用压气机绝热效率和燃气轮机相对内效率确定实际压气机出口的温度和实际燃气轮机出口的温度，怎样来提高定压加热实际循环的热效率？ 6、燃气轮机装置定压加热实际循环采用回热的条件是什么？一旦可以采用回热，为什么总会带来循环热效率的提高？ 7、朗肯循环的定压吸热是在________中进行的，绝热膨胀是在________中进行的，在冷凝器中发生的是________过程，在水泵中进行的是_______过程。 8、试将如图所示的蒸汽再热循环的状态点1、2、3、4、5、6及循环画在T－s图上。假设各状态点的状态参数已知，填空： 9、如图所示的一级抽汽回热（混合式）蒸汽理想循环，水泵功可忽略。试： （1）定性画出此循环的T－s图和h－s图；
（2）写出与图上标出的状态点符号相对应的焓表示的抽汽系数，输出净功，吸热量，放热量，热效率及汽耗率的计算式。 10、某气体依次经历绝热、定容、定压3个可逆过程完成循环。试在T－s图上判断该循环是热机循环还是制冷循环。 11、蒸气压缩制冷循环可以采用节流阀来代替膨胀机，空气压缩制冷循环是否也可以采用这种方法？为什么？ 12、何谓制冷系数？何谓热泵系数？试用热力学原理说明能否利用一台制冷装置在冬天供暖。 13、一内燃机按定容加热理想循环工作，其进口状态为p1＝98kPa，t1＝60℃，压缩比为6，加入热量q1=879kJ/kg。工质视为空气，比热容为定值，试： （l）在p－v图和T－s图上画出该机的理想循环； （2）计算压缩终了温度、循环最高温度、循环放热量及循环热效率。 14、内燃机定压加热循环，工质视为空气，已知p1＝100kPa，t1＝70℃，压缩比为12， 。设比热容为定值，求循环的吸热量、放热量、循环净功量及循环热效率。 15、一内燃机混合加热循环，已知p1＝103kPa，t1＝22℃，压缩比为16，定压加热过程比体积的增量占整个膨胀过程的3％，循环加热量为801.8kJ/kg。求循环最高压力、最高温度及循环热效率。 16、一燃气轮机装置定压加热循环，工质视为空气，进入压气机时的温度p1＝93kPa，t1＝20℃，在绝热效率为0.83的压气机中被压缩到p2＝552kPa。在燃烧室中吸热后温度上升到t3＝870℃，经相对内效率为0.8的燃气轮机绝热膨胀到p4＝93kPa。空气的质量流量为10 kg／s。设空气比热容为定值，试求： （l）循环的净功率； （2）循环热效率。 17、如图所示的一次再热和一级抽汽回热蒸汽动力理想循环，新蒸汽与再热蒸汽温度相同，回热器为表面式，疏水进人凝汽器，被加热水出口焓看作等于抽汽压力下的饱和水焓，水泵功可忽略。试：
工程热力学-思考题答案-沈维道-第十二章
第十二章湿空气 答：阴雨天空气的湿度大，吸取水蒸气的能力差，所以晒衣服不易干。晴天则恰恰相反，所以容易感。 2. 答：人呼出的气体是未饱和湿空气。当进入外界环境时，外界环境的温度很低使得呼出的气体得到冷却。在冷却过程中，湿空气保持含湿量不变，温度降低。当低于露点温度时就有水蒸气不断凝结析出，这就形成了白色雾状气体。 冬季室内有供暖装置时，温度较高，使空气含湿量减小。因此会觉得干燥。放一壶水的目的就是使水加热变成水蒸气散发到空气中增加空气的含湿量。 3. 答：露点：湿空气中水蒸气的分压力所对应的饱和温度称为湿空气的露点温度，或简称露点。 a) 雾是近地面空气中的水蒸气发生的凝结现象。白天温度比较高，空气中可容 纳较多的水汽。但是到了夜间，地面温度较低，空气把自身的热量传给地面，空气温 度下降，这时湿空气随温度降低呈现出过饱和状态，就会发生凝结，当当足够多的水 分子与空气中微小的灰尘颗粒结合在一起，同时水分子本身也会相互粘结，就变成小 水滴或冰晶，这就形成了雾。雾的形成基本条件，一是近地面空气中的水蒸气含量充 沛，二是地面气温低。三是在凝结时必须有一个凝聚核，如尘埃等。 b) 露是水蒸气遇到冷的物体凝结成的水珠。露的形成有两个基本条件：一是水汽 条件好，二是温度比较低的物体（低，指与露点温度比较）。，温度逐渐降低且保持 含湿量不变，。当温度低于露点温度时就有水珠析出，这就形成露。 c) 霜是近地面空气中的水蒸气在物体上的凝华现象。霜的形成有两个基本条件， 一是空气中含有较多的水蒸气，二是有冷(O℃以下)的物体。，湿空气与温度较低物体 接触达到水汽过饱和的时候多余的水汽就会析出。如果温度在0°C以下，则多余的水 汽就在物体表面上凝华为冰晶，形成霜。 4. 答：对于未饱和空气，干球温度数值较大。对于饱和空气三者的大小相等。 5. 答：含湿量d：1千克干空气所带有的的水蒸汽的质量。相对湿度是湿空气中实际包含的水蒸汽量与同温度下最多能包含的水蒸汽量的百分比。相对湿度是一个比值，不能简单的地说相对湿度愈大含湿量愈高，他与同温度下最多能包含的水蒸汽量是相关的。 d v p 6. 答：减小，减小，减小
最新工程热力学思考题答案,第七章
第七章 气体与蒸汽的流动 7.1对改变气流速度起主要作用的是通道的形状还是气流本身的状态变化？ 答：改变气流速度主要是气流本身状态变化，主要是压力变化直接导致流速的变 化。 7.2如何用连续性方程解释日常生活的经验：水的流通截面积增大，流速就降低？ 答：日常生活中水的流动一般都为稳定流动情况11 221212f f m m m Ac A c q q q v v ====， 对于不可压缩流体水1v =2v ，故有流速和流通截面积成反比关系。 7.3在高空飞行可达到高超音速的飞机在海平面上是否能达到相同的高马赫数？ 答：不能，因为速度和压比有个反比关系，当压比越大最大速度越小，高空时压 比小，可以达到高马赫数，海平面时压比增大，最大速度降低无法达到一样的高马赫数。 7.4当气流速度分别为亚声速和超声速时，下列形状的管道（图7-16）宜于作喷管还是宜于作扩压管？ 答：气流速度为亚声速时图7-16中的1 图宜于作喷管，2 图宜于作扩压管，3 图 宜于作喷管。当声速达到超声速时时1 图宜于作扩压管，2 图宜于作喷管，3 图宜于作扩压管。4 图不改变声速也不改变压强。 7.5当有摩擦损耗时，喷管的流出速度同样可用2022()f c h h -无摩擦损耗时相同，那么摩擦损耗表现在哪里呢？ 答：摩擦损耗包含在流体出口的焓值里。摩擦引起出口速度变小，出口动能的减 小引起出口焓值的增大。 7.6考虑摩擦损耗时，为什么修正出口截面上速度后还要修正温度？ 答：因为摩擦而损耗的动能被气流所吸收，故需修正温度。 7.7考虑喷管内流动的摩擦损耗时，动能损失是不是就是流动不可逆损失？为什 么？ 答：不是。因为其中不可逆还包括部分动能因摩擦损耗转化成热能，而热能又被 气流所吸收，所造成的不可逆。 7.8在图7-17 中图（a ）为渐缩喷管,图（b ） 为缩放喷管。设两喷管的工作背压均为0.1MPa ，进口截面压力均为1 MPa ，进口流速1f c 可忽略不计。1）若两喷管的最小截面面积相等，问两喷管的流量、出口截面流速和压力是否相同？2) 假如沿截面2’-2’切去一段，将产生哪些后果？出口截面上的压力、流速和流
工程热力学课后习题及答案第六版(完整版)
2-2.已知2N 的M ＝28，求（1）2N 的气体常数；（2）标准状态下 2 N 的比容和密度；（3） MPa p 1.0=，500=t ℃时的摩尔容积Mv 。 解：（1）2N 的气体常数 28 8314 0= = M R R ＝296.9)/(K kg J ? （2）标准状态下2N 的比容和密度 101325 2739.296?= =p RT v ＝0.8kg m /3 v 1= ρ＝1.253 /m kg （3） MPa p 1.0=，500=t ℃时的摩尔容积 Mv Mv ＝p T R 0 ＝64.27kmol m /3 2-3．把CO 2压送到容积3m 3的储气罐里，起始表压力 301=g p kPa ，终了表压力3.02=g p Mpa ， 温度由t1＝45℃增加到t2＝70℃。试求被压入的CO 2的质量。当地大气压B ＝101.325 kPa 。 解：热力系：储气罐。 应用理想气体状态方程。 压送前储气罐中CO 2的质量 11 11RT v p m = 压送后储气罐中CO 2的质量 2 2 22RT v p m = 根据题意 容积体积不变；R ＝188.9 B p p g +=11 （1） B p p g +=22 （2） 27311+=t T （3） 27322+=t T （4） 压入的CO 2的质量 )1 1 22(21T p T p R v m m m -= -= （5） 将（1）、(2)、(3)、(4)代入（5）式得 m=12.02kg 2-5当外界为标准状态时，一鼓风机每小时可送300 m 3的空气，如外界的温度增高到27℃，大气压降低到99.3kPa ，而鼓风机每小时的送风量仍为300 m 3，问鼓风机送风量的质量改变多少？ 解：同上题 1000)273 325 .1013003.99(287300)1122(21?-=-= -=T p T p R v m m m ＝41.97kg 2-6 空气压缩机每分钟自外界吸入温度为15℃、压力为0.1MPa 的空气3 m 3，充入容积8.5 m 3的储气罐内。设开始时罐内的温度和压力与外界相同，问在多长时间内空气压缩机才能将气罐的表压力提高到0.7MPa ？设充气过程中气罐内温度不变。 解：热力系：储气罐。 使用理想气体状态方程。 第一种解法： 首先求终态时需要充入的空气质量 288 2875 .810722225???==RT v p m kg 压缩机每分钟充入空气量 288 28731015???==RT pv m kg 所需时间 == m m t 2 19.83min 第二种解法 将空气充入储气罐中，实际上就是等温情况下把初压为0.1MPa 一定量的空气压缩为0.7MPa 的空气；或者说0.7MPa 、8.5 m 3的空气在0.1MPa 下占体积为多少的问题。 根据等温状态方程 const pv = 0.7MPa 、8.5 m 3的空气在0.1MPa 下占体积为
高等工程热力学——第六章 (2)
第六章管内气体流动的热力学 工程上经常遇到的管内流动有以下三类：第一类为喷管和扩压管等管内流动；第二类为输送管内的流动；第三类为换热器管内的流动和可燃混合气在管内燃烧时的流动等。第一类流动的轴功为零，且由于管道短、流速高可看作绝热流动，因而可先略去壁面摩擦，简化成无摩擦、无能量效应的变截面等熵流，待得出流动规律后，再考虑摩擦的影响，加以修正。可以说，截面积变化是影响这类管内流动状况的主要因素。第二类流动中的输送管道都是等截面的。输送过程中，流体对外界不作轴功，外界对流体也投有加热或冷却，因而无能量效应。第三类流动中的管道也是等截面的。流动无轴功输出，外界对流体有热的作用，因而有熊量效应，但摩擦作用与能量效应相比可忽略不计。所以说，能量效应是促使第三类流动状况变化的主要因素。 1基本概念与基本方程 在与外界无轴功，无热量交换的情况下，流动的流体达到静止(c=O)时的状态称为滞止状态。该状态的参数称为滞止参数，以下角标“0”表示。流场中密度变化不能忽略的流体称为可压缩流体。多数情况下，斌体密度的变化主要由压力变化引起。 a==（6-1） s 式中p v s ρ 、、、分别为压力、密度、比容和熵。对于理想气体 a==（6-1a）式中k为比热比，R为气体常数。 某一点的流体流动速度c和统一点的当地声速a之比称为马赫数M，即 c M =（6-2） a 可压缩流可以分成以下几类： 1 M<亚声速流 M=声速流 1
1M > 超声速流 根据稳态稳流能量方程，滞流焓0h 为 2 02 c h h =+ 对于理想气体，上式为 2 0()2 p c c T T -= 因为 1 p R k c k = - M = 代入上式得 2 01(1)2 k T T M -=+ （6-3） 把式（6-3）代入可逆绝热过程方程，则有 2 101(1)2 k k k p p M --=+ （6-4） 如果压力波通过时气体参数发生突然的急剧变化，则这种波称为激波。垂直于流动方向的激波称为正激波。 可压缩流体流动的研究基于质量守恒定律、牛顿第二运动定律、热力学第一定律和热力学第二定律四个基本定律： 1. 质量守恒定律——一维稳态稳流的连续方程 ()0A c A x αραρατ α+ = （6-5） 2.牛顿第二运动定律——动量方程 在流动方向上，作用在物体上的外力由作用于控制面内流体上所有力的x 向分量的代数和组成。这些力可分为两类：作用于全部流体质量上的力和作用于边界上的力。 运动方向上的剪切力= w dx τ-×湿周= 2 42 Ac f dx D ρ-，于是，作用在运动 方向上的净功力为 2 4(c o s )2 x p A c f F F A A d x x D αρραα=- -∑
工程热力学习题提示与答案 (12)
习题提示与答案 第十二章 制冷循环 12-1 设有一制冷装置按逆向卡诺循环工作，冷库温度为-5 ℃，环境温度为20 ℃，求制冷系数的数值。又若利用该机器作为热泵，由－5 ℃的环境取热而向20 ℃的室内供热，求其供热系数。 提示：略。 答案： ， 。 10.72=ε11.72=ζ 12-2 有一台空气压缩制冷装置，冷藏库温度为-10 ℃，空气冷却器中冷却水的温度为15 ℃，空气的最高压力为0.5 MPa 、最低压力为0.1 MPa ，试求制冷系数、单位质量工质的制冷量及装置消耗的净功。 提示：空气压缩制冷循环，循环中各过程可逆，制冷系数1 1 1)(12??? ??????=?κκp p ε，制冷量q 2=c p 0ΔT ，循环净功ε q w 20=。 答案：ε=1.71；q 2=81.49 kJ/kg ；w 0=-47.6 kJ/kg 。 12-3 有一台空气压缩制冷装置，冷藏库温度为-10 ℃，冷却器中冷却水温度为20 ℃，空气的最高压力为0.4 MPa 、最低压力为0.1 MPa 。若装置的制冷量为150 kW ，试求带动制冷装置所需的功率、冷却水带走的热量、装置中空气的流量以及膨胀机和压气机的功率。 提示：空气压缩制冷循环，制冷系数1)(1 1)(12?=?κκp p ε，装置所耗功率ε Q P 2&=，制冷量q 2=c p 0ΔT ，冷却水带走的热量，工质流量P Q Q +=2 1&&2 2q Q q m =，膨胀机功率P T =q m w s =q m c p 0ΔT ，压气机功率P c =q m (w c )s =q m c p 0ΔT 。 答案： P =72.9 8 kW ； 2 222.89 kW ，q =1 Q &m =8 159 kg/h ，P T =290.84 kW ，P T =218 kW ，P c =290.84 kW 。 12-4 按上题所述条件，若压气机绝热效率为0.8，膨胀机效率为0.85，试求装置消耗的功率及制冷系数。 提示： 膨胀机的压缩过程和压气机压缩过程的理想过程均为定熵过程。 压气机绝热效率：c c c )(w w ηs s ,=，膨胀机效率：s w w η)(T T T =，膨胀机压气机
工程热力学思考题答案,第二章
第二章热力学第一定律 1.热力学能就是热量吗? 答：不是，热是能量的一种，而热力学能包括内位能，内动能，化学能，原子能，电磁能，热力学能是状态参数，与过程无关，热与过程有关。 2.若在研究飞机发动机中工质的能量转换规律时把参考坐标建在飞 机上，工质的总能中是否包括外部储能？在以氢氧为燃料的电池系统中系统的热力学能是否包括氢氧的化学能？ 答：不包括，相对飞机坐标系，外部储能为0； 以氢氧为燃料的电池系统的热力学能要包括化学能，因为系统中有化学反应 3.能否由基本能量方程得出功、热量和热力学能是相同性质的参数 结论？ 答：不会，Q U W ?为热力学能的差值，非热力学能，热=?+可知，公式中的U 力学能为状态参数，与过程无关。 4.刚性绝热容器中间用隔板分为两部分，A 中存有高压空气，B 中保持真空，如图2-1 所示。若将隔板抽去，分析容器中空气的热力学能如何变化？若隔板上有一小孔，气体泄漏入 B 中，分析A、B 两部分压力相同时A、B 两部分气体的热力学能如何变化？ 答：将隔板抽去，根据热力学第一定律q u w w=所以容 =?+其中0 q=0 器中空气的热力学能不变。若有一小孔，以B 为热力系进行分析
2 1 2 2 222111()()22f f cv j C C Q dE h gz m h gz m W δδδδ=+++-+++ 只有流体的流入没有流出，0,0j Q W δδ==忽略动能、势能c v l l d E h m δ=l l dU h m δ=l l U h m δ?=。B 部分气体的热力学能增量为U ? ，A 部分气体的热力学能减少量为U ? 5.热力学第一定律能量方程式是否可以写成下列两种形式： 212121()()q q u u w w -=-+-，q u w =?+的形式，为什么？ 答:热力学第一定律能量方程式不可以写成题中所述的形式。对于 q u w =?+只有在特殊情况下，功w 可以写成pv 。热力学第一定律是一个针对任何情况的定律，不具有w =pv 这样一个必需条件。对于公式212121()()q q u u w w -=-+-，功和热量不是状态参数所以不能写成该式的形式。 6.热力学第一定律解析式有时写成下列两种形式： q u w =?+ 2 1 q u pdV =?+? 分别讨论上述两式的适用范围. 答： q u w =?+适用于任何过程，任何工质。 2 1 q u pdV =?+? 可逆过程，任何工质 7.为什么推动功出现在开口系能量方程式中，而不出现在闭口系能量
工程热力学经典例题-第六章_secret
６．４ 典型题精解 例题６－１利用水蒸气表判断下列各点的状态，并确定其h ，s ，x 的值。 ()()()()()113223344 35 51 2 MPa,300 C 29MPa,0.017m /kg 30.5MPa,0.94 1.0MPa,175C 5 1.0MPa,0.2404m /kg p t p v p x p t p v ==?======?== 解 （１）由饱和水和饱和蒸汽表查得 p =2MPa 时，s 212.417C t =?显然s t t >，可知该状态为过热蒸汽。查未饱和水过热蒸汽表，得 2MPa p =，300C t =?时3022.6kJ/kg, 6.7648kJ/(kg K)h s ==?，对于过热蒸汽， 干度x 无意义。 （１） 查饱和表得p =9MPa 时，' 3 '' 3 0.001477m /kg,0.020500m /kg,v v ==可见 '"v v v <<，该状态为湿蒸汽，其干度为 '3" '3(0.0170.001477)m /kg 0.8166(0.0205000.001477)m /kg v v x v v --===-- 又查饱和表得9MPa p = 时 '''' '' 1363.1kJ/kg,2741.9kJ/kg 3.2854kJ/(kg K), 5.6771kJ/(kg K) h h s s ===?=? 按湿蒸汽的参数计算式得 ' " ' ()h h x h h =+- 1363.1kJ/kg 0.8166(2741.91361.1)kJ/kg =+- =2489.0kJ/kg '"'()s s x s s =+- 3.2854k J /(k g K )0.8166(5.6771 3.28 K)=?+-? 5.238k J / (k g =? ( 3 ) 显然，该状态为湿蒸汽状态。由已知参数查饱和水和饱和蒸汽表得 '''' '' 640.35kJ/kg,2748.6kJ/kg 1.8610kJ/(kg K), 6.8214kJ/(kg K) h h s s ===?=?
工程热力学思考题答案,第十二章
工程热力学思考题答案, 第十二章 集团档案编码：[YTTR-YTPT28-YTNTL98-UYTYNN08]
第十二章 理想气体混合物及湿空气 1.处于平衡状态的理想气体混合气体中，各种组成气体可以各自互不影响地充满整个体积，他们的行为可以与它们各自单独存在时一样，为什么 答：混合气体的热力学性质取决于各组成气体的热力学性质及成分，若各组成气体全部处在理想气体状态，则其混合物也处在理想气体状态，具有理想气体的一切特性。 2.理想气体混合物中各组成气体究竟处于什么样的状态 答：若各组成气体全部处在理想气体状态，遵循状态方程pV nRT =。 3.道尔顿分压定律和亚美格分体积定律是否适用于实际气体混合物 答：否。只有当各组成气体的分子不具有体积，分子间不存在作用力时，处于混合状态的各组成气体对容器壁面的撞击效果如同单独存在于容器时的一样，这时道尔顿分压力定律和亚美格分体积定律才成立，所以道尔顿分压定律和亚美格分体积定律只适用于理想气体混合物。 4.混合气体中如果已知两种组分A 和B 的摩尔分数x A >x B ，能否断定质量分数也是 ωA >ωB 答：否。i i i eq x M M ω=?，质量分数还与各组分的摩尔质量有关。 5.可以近似认为空气是1 mol 氧气和 mol 氮气混合构成（即x O2=、x N2=），所以 MPa 、20°C的 mol 空气的熵应是 MPa 、20°C的1 mol 氧气的熵和 MPa 、20°C的 mol 氮气熵的和，对吗为什么 答：不对。计算各组分熵值时，应该使用分压力，即(,)i i s f T p =。 6.为什么混合气体的比热容以及热力学能、焓和熵可由各组成气体的性质及其在混合气体中的混合比例来决定混合气体的温度和压力能不能由同样方法确定 答：根据比热容的定义，混合气体的比热容是1kg 混合气体温度升高1°C所需热量。理想气体混合物的分子满足理想气体的两点假设，各组成气体分子的运动不因存在其他气体而受影响。混合气体的热力学能、焓和熵都是广延参数，具有可加性。所以混合气体的比热容以及热力学能、焓和熵可由各组成气体的性质及其在混合气体中的混合比例来决定。 混合气体的温度和压力是强度参数，不能由同样方法确定。 7.为何阴雨天晒衣服不易干，而晴天则容易干 答：阴雨天空气的湿度大，吸取水蒸气的能力差，所以晒衣服不易干。晴天则恰恰相反，所以容易干。
工程热力学第三版电子教案第10章
第10章动力循环及制冷循环 10．1本章基本要求 (101) 10．2 例题 (101) 10．3 思考及练习题 (107) 10．4自测题 (110)
10．1本章基本要求 1．熟练掌握水蒸气朗肯循环、回热循环、再热循环以及热电循环的组成、热效率计算及提高热效率的方法和途径。 2．熟练空气和蒸汽压缩制冷循环的组成、制冷系数的计算及提高制冷系数的方法和途径。 3．了解吸收制冷、蒸汽喷射制冷及热泵的原理。 10．2 例题 例1：某朗肯循环的蒸汽参数取为1t =550C 0 ，1p =30bar ，2p =0.05bar 。试计算1) 水泵所消耗的功量，2) 汽轮机作功量, 3) 汽轮机出口蒸汽干度, 4) 循环净功， 5) 循环热效率。 解：根据蒸汽表或图查得1、2、3、4各状态点的焓、熵值： 1h =3568.6KJ/kg 1s =7.3752kJ/kgK 2h =2236kJ/kg 2s =7.3752kJ/kgK 3h =137.8kJ /kg 3s =0.4762kJ/kgK 4h =140.9kJ/kg 则 1) 水泵所消耗的功量为 34h h w p -==140.9-137.78=3.1kJ/kg 2) 汽轮机作功量 21h h w t -==3568.6-2236=1332.6kJ/kg 3) 汽轮机出口蒸汽干度
2p =0.05bar 时的'2s =0.4762kJ/kgK "2s =8.3952kJ/kgK. 则 =--=' 2 "2' 2 2s s s s x 0.87 或查h-s 图可得 x =0.87. 4) 循环净功 p T w w w -=0=1332.6-3.1=1329.5kJ/kg 5) 循环热效率 411h h q -= =3568.6-140.9=3427.7KJ/kg 故 1 q w T = η =0.39=39% （i ）p 3a =6.867bar ，t 3a =490℃ 水泵的功8.0)(12÷-=p p v w a p =0.001(686.7-9.81)÷0.8=0.846kJ/kg w net =923.57-0.846=922.72kJ/kg (ii) p 3b =58.86 bar ，t 3b =490℃ 水泵的功8.0)(12÷-=p p v w b p =0.001(5886-9.81)÷0.8=7.34 kJ/kg w net =1057.5-7.34=1050.16 kJ/kg
工程热力学复习参考题-第十二章
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t w的关系是A A．t>t w B．t=t w C．t
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。 4.相对湿度反映了湿空气中水蒸气含量接近饱和的程度。 5.湿空气的相对湿度最大值为100％。 6.湿空气的压力一定时，水蒸气的含量只取决于水蒸气分压力的大小。 7.30℃时，空气中水蒸气的分压力为3000Pa，根据蒸汽表可确定：其相对湿度为70.67％。 饱和水蒸气参数 8.31℃时，空气中水蒸气的分压力为3400 Pa，根据蒸汽表可确定其露点在26~27℃之间。以℃表示；
工程热力学课后题答案
习题及部分解答 第一篇 工程热力学 第一章 基本概念 1. 指出下列各物理量中哪些是状态量，哪些是过程量： 答：压力，温度，位能，热能，热量，功量，密度。 2. 指出下列物理量中哪些是强度量：答：体积，速度，比体积，位能，热能，热量，功量，密度。 3. 用水银差压计测量容器中气体的压力，为防止有毒的水银蒸汽产生，在水银柱上加一段水。若水柱高 mm 200，水银柱高mm 800，如图2-26所示。已知大气压力为mm 735Hg ，试求容器中气体的绝对压力为多少kPa ？解：根据压力单位换算 kPa p p p p kPa Pa p kPa p Hg O H b Hg O H 6.206)6.106961.1(0.98)(6.10610006.132.133800.96.110961.180665.92002253=++=++==?=?==?=?= 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 30=α，压力计中 使用3/8.0cm g =ρ 的煤油，斜管液体长度mm L 200=，当地大气压力MPa p b 1.0=，求烟 气的绝对压力（用MPa 表示）解： MPa Pa g L p 6108.7848.7845.081.98.0200sin -?==???==α ρ MPa p p p v b 0992.0108.7841.06=?-=-=- 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C 为压力表，读数为 kPa 110，B 为真空表，读数为kPa 45。若当地大气压kPa p b 97=，求压力表A 的读数（用kPa 表示） kPa p gA 155= 6. 试述按下列三种方式去系统时，系统与外界见换的能量形式是什么。 （1）.取水为系统； （2）.取电阻丝、容器和水为系统； （3）.取图中虚线内空间为系统。 答案略。 7.某电厂汽轮机进出处的蒸汽用压力表测量，起读数为MPa 4.13；冷凝器内的蒸汽压力用真空表测量，其读数为mmHg 706。若大气压力为MPa 098.0，试求汽轮机进出处和冷凝器内的蒸汽的绝对压力（用MPa 表示） MPa p MPa p 0039.0;0247.021== 8.测得容器的真空度 mmHg p v 550=，大气压力 MPa p b 098.0=，求容器内的绝对压力。若大气
工程热力学课后答案--华自强张忠进高青(第四版)第13章
-1第十三章 13 设湿空气中水蒸气的状态为：(1) p v ＝0.001 MPa ，t ＝20 ℃；(2) p v ＝0.004 MPa ，t ＝29 ℃。试求按水蒸气表及理想气体状态方程确定水蒸气的比体积所产生的差别。 解 (1) p v ＝0.001 MPa ，t ＝20 ℃，查水蒸气表，当t ＝20 ℃时，饱和蒸汽压力P s =0.002 337 Mpa ，01729.0s =′′=ρρ kg/m 3。 相对湿度 s V s V 4279.0002337.0001.0ρρ?====p p 绝对湿度 =0.0073984 kg/m 01729.04279.0s V ×==?ρρ3水蒸汽的比容 165.1351 V ==ρν kg/m 3 按理想气体方程得 2.13510001.02935.461R 6 V V =××==ρνT i m 3/kg (2) p v ＝0.004 MPa ，t ＝29 ℃，查水蒸气表，当t ＝29 ℃时 饱和蒸汽压力p s =0.004026 MPa ，904028.0s =′′=ρρ kg/m 3 相对湿度 s V s V 199354.0004026 .0004.0ρρ?=≈===p p 绝对湿度 =0.02871728 kg/m 028904.099354.0s V ×==?ρρ3水蒸汽的比容 82.341 V ==ρν kg/m 3 按理想气体方程得 84.3410 004.03025.461R 6V V =××==ρνT i m 3/kg
1313 -2 湿空气的温度为50 ℃，相对湿度为50%，试求绝对湿度及水蒸气的分压力。 解 查水蒸气表，饱和蒸汽压力p s =0.012335 MPa, 饱和蒸汽密度 kg/m 08302.0s =′′=ρρ3 ∴ 绝对湿度 =0.04151 kg/m 08302.05.0s V ×==?ρρ3水蒸汽的分压力 MPa 0061675.0012335.05.0V =×==s p p ? -3 设大气压力为0.1 MPa ，干球温度为40 ℃，湿球温度为32 ℃，试求相对湿度及绝对湿度。 解 由t ＝40 ℃，t W ＝25 ℃，查图得相对湿度56=?%，查水蒸汽表t ＝40 ℃， 05116.0s =′′=ρρ kg/m 3 ∴绝对湿度 =0.2865 kg/m 5116.056.0s V ×==?ρρ 3 13-4 按习题12-1的条件，设湿空气的压力为0.1 MPa ，试求湿空气的密度按理想气体状态方程及按水蒸气表计算所产生的差别。 解 （1） Mpa ，t ＝20 ℃时 , MPa 001.0V =p 1.0V =p 查水蒸汽表，在12-1题中已求得=0.0073984 kg/m V ρ3 而干空气得分压力为 p A =1－0.001=0.999 MPa 故湿空气的密度 073984.0293 1.28710999.06V A +××=+=ρρρ=1.184 kg/m 3按理想气体状态方程得： 184.1293 5.46110001.02931.28710999.0R R 66V V A A =××+××=+=T p T p i ρ kg/m 3（2） MPa, t ＝29 ℃ 时 004.0V =p 查水蒸汽表，在12-1题中已求得=0.028 717 28 kg/m V ρ3
工程热力学(第五版)第6章.水蒸气练习题
第6章 水 蒸 汽 7．1 本章基本要求 理解水蒸汽的产生过程，掌握水蒸汽状态参数的计算，学会查水蒸汽图表和正确使用水蒸汽h -s 图。 掌握水蒸汽热力过程、功量、热量和状态参数的计算方法。 自学水蒸汽基本热力过程(§7-4)。 7．2 本章难点 1．水蒸汽是实际气体，前面章节中适用于理想气体的计算公式，对于水蒸汽不能适用，水蒸汽状态参数的计算，只能使用水蒸汽图表和水蒸汽h-s 图。 2．理想气体的内能、焓只是温度的函数,而实际气体的内能、焓则和温度及压力都有关。 3．查水蒸汽h -s 图，要注意各热力学状态参数的单位。 7．3 例题 例1：容积为0.63m 的密闭容器内盛有压力为3.6bar 的干饱和蒸汽，问蒸汽的质量为多少，若对蒸汽进行冷却，当压力降低到2bar 时，问蒸汽的干度为多少，冷却过程中由蒸汽向外传出的热量为多少 解：查以压力为序的饱和蒸汽表得： 1p =3.6bar 时，"1v =0.51056kg m /3 "1h =2733.8kJ /kg 蒸汽质量 m=V/"1v =1.1752kg 查饱和蒸汽表得： 2p =2bar 时，'2v =0.0010608kg m /3 "2v =0.88592kg m /3 '2h =504.7kJ /kg ''2h =2706.9kJ /kg 在冷却过程中，工质的容积、质量不变，故冷却前干饱和蒸汽的比容等于冷却后湿蒸汽的比容即： "1v =2x v
或"1v =''22'22)1(v x v x +- 由于"1v ≈''22v x =≈"2 "12v v x 0.5763 取蒸汽为闭系，由闭系能量方程 w u q +?= 由于是定容放热过程，故0=w 所以 1212u u u q -=?= 而u =h -pv 故 )()("1 1"1222v p h v p h q x x ---= 其中：2x h =''22'22)1(h x h x +-=1773.8kJ /kg 则 3.878-=q kJ /kg Q=mq=1.1752?(-878.3) =-1032.2kJ 例2：1p =50bar C t 01400=的蒸汽进入汽轮机绝热膨胀至2p =0.04bar 。设环境温度C t 0020=求： （1）若过程是可逆的，1kg 蒸汽所做的膨胀功及技术功各为多少。 （2）若汽轮机的相对内效率为0.88时，其作功能力损失为多少 解：用h -s 图确定初、终参数 初态参数：1p =50bar C t 01400=时，1h =3197kJ /kg 1v =0.058kg m /3 1s =6.65kJ /kgK 则1111v p h u -==2907 kJ /kg6.65kJ /kgK 终态参数：若不考虑损失，蒸汽做可逆绝热膨胀，即沿定熵线膨胀至2p =0.04bar ，此过程在h-s 图上用一垂直线表示，查得2h =2020 kJ /kg 2v =0.058kg m /3 2s =1s =6.65kJ /kgK 2222v p h u -==1914 kJ /kg 膨胀功及技术功：21u u w -==2907-1914=993 kJ /kg 21h h w t -==3197-2020=1177 kJ /kg 2）由于损失存在，故该汽轮机实际完成功量为
工程热力学思考题答案,第十二章
第十二章 理想气体混合物及湿空气 处于平衡状态的理想气体混合气体中，各种组成气体可以各自互不影响地充 满整个体积，他们的行为可以与它们各自单独存在时一样，为什么？ 答：混合气体的热力学性质取决于各组成气体的热力学性质及成分，若各组成气 体全部处在理想气体状态，则其混合物也处在理想气体状态，具有理想气体的一 切特性。 理想气体混合物中各组成气体究竟处于什么样的状态？ 答：若各组成气体全部处在理想气体状态，遵循状态方程pV nRT =。 道尔顿分压定律和亚美格分体积定律是否适用于实际气体混合物？ 答：否。只有当各组成气体的分子不具有体积，分子间不存在作用力时，处于混 合状态的各组成气体对容器壁面的撞击效果如同单独存在于容器时的一样，这时 道尔顿分压力定律和亚美格分体积定律才成立，所以道尔顿分压定律和亚美格分 体积定律只适用于理想气体混合物。 混合气体中如果已知两种组分 和 的摩尔分数 ，能否断定质量 分数也是 ？ 答：否。i i i eq x M M ω= ?，质量分数还与各组分的摩尔质量有关。 可以近似认为空气是 氧气和 氮气混合构成（即 、 ），所以 、 的 空气的熵应是 、 的 氧气的熵和 、 的 氮气熵的和，对吗？为什么？ 答：不对。计算各组分熵值时，应该使用分压力，即(,)i i s f T p =。
为什么混合气体的比热容以及热力学能、焓和熵可由各组成气体的性质及其在混合气体中的混合比例来决定？混合气体的温度和压力能不能由同样方法确定？ 答：根据比热容的定义，混合气体的比热容是 混合气体温度升高 所需热量。理想气体混合物的分子满足理想气体的两点假设，各组成气体分子的运动不因存在其他气体而受影响。混合气体的热力学能、焓和熵都是广延参数，具有可加性。所以混合气体的比热容以及热力学能、焓和熵可由各组成气体的性质及其在混合气体中的混合比例来决定。 混合气体的温度和压力是强度参数，不能由同样方法确定。 为何阴雨天晒衣服不易干，而晴天则容易干？ 答：阴雨天空气的湿度大，吸取水蒸气的能力差，所以晒衣服不易干。晴天则恰恰相反，所以容易干。 为何冬季人在室外呼出的气是白色雾状 冬季室内有供暖装置时，为什么会感到空气干燥？用火炉取暖时，经常在火炉上放 壶水，目的何在 答：人呼出的气体是未饱和湿空气。当进入外界环境时，外界环境的温度很低使得呼出的气体得到冷却。在冷却过程中，湿空气保持含湿量不变，温度降低。当低于露点温度时就有水蒸气不断凝结析出，这就形成了白色雾状气体。 冬季室内有供暖装置时，温度较高，使空气含湿量减小。因此会觉得干燥。放一壶水的目的就是使水加热变成水蒸气散发到空气中增加空气的含湿量。 绝对湿度是 的湿空气中所含水蒸气的质量，它非常直接地指出了湿空气中水蒸气的量，能不能用绝对湿度衡量湿空气的吸湿能力？ 答：绝对湿度并不能完全说明湿空气的潮湿程度和吸湿能力。因为同样的绝对湿度，若空气温度不同，湿空气吸湿能力也不同。所以绝对湿度不能完全说明湿空气的吸湿能力，由此而引入了相对湿度的概念。
工程热力学思考题答案,第一章.
第 一 章 基本概念与定义 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地交换就是绝热系。 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，这是他们的本质区别。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.倘使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b e p p p =+()e p p >， b e p p p =-()e p 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：选作温度计的感应元件的物体应具备某种物理性质随物体的冷热程度不同有显著的变化。有两个系统分别和第三个系统处于热平衡，则两个系统彼此必然处于热平衡。 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？举例说明 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。 8.分别以图参加公路的自行车赛车运动员、运动手枪中的压缩空气、杯子内的热水和正在运行的电视机为研究对象，说明这是什么系统。 答：赛车运动员因为有呼吸有物质交换，运动员 对自行车作功，因此有能量交换，因此赛车运动 员是开口系统。压缩空气只有对子弹作功，因此 为闭口系统。杯子内的热水对外既有能量交换又 有物质交换，因此为开口系统，正在运行的电视 机有能量交换物物质交换，因此为闭口系统 9．家用加热电器是利用电加热水的家用设备，通常其表面散热可忽略。取正在使用的家用电热水器为控制体（不包括电机热器），这是什么系统？把电加热器包括在研究对象内，是什么系统？什么情况下构成孤立的系统？ 答：仅仅考虑电热水器为控制体，因有盖，不能与外界进行物质交换但与电机热器有热交换，因此是闭口系统。将电加热器包括在内，无热量交换因此是绝热过程。如果电加热器内电流非外部，而是用电池，即可认为绝热系统。 10.分析汽车动力系统与外界的质能交换情况？ 答：汽车发动机有吸气，压缩，作功，排气四个过程，因此吸气过程吸 收外界的空气，过程中既有物质的进入，也有随物质进入带入的能量。压缩后喷油点火，这个过程中压缩点火为能量交换，喷油为物质交换。