08章习题提示与答案

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⎥⎥⎦

⎤⎢⎢⎣⎡−⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛−=11112h s V p p V V η。 答案：＝0.892，s V ,ηn V ,η＝0.869，＝0.8。

T V ,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⎥⎥⎦

⎤⎢⎢⎣⎡−⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛−=11112n h s

V p p V V η。 答案：错误！未定义书签。＝70.98；n p p ⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛12＝44.95；T

p p ⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛12＝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的多变过程，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

，且充分冷却时，T T c q p Δ=02′ =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 ＝-324.5 kJ/kg ，q c ＝-62.26 kJ/kg ，q ＝－131 kJ/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 ,s c,=

；绝热过程压气机轴功(w s )c =h Δ，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 ﹤κ 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 )c,s 为面积12s 2T ba 1，放热量为零；

s q 21−多变过程：轴功(W s )c,n 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T 1 =T 3=T 5 (见下图)，中间冷却器中空气的放热量T c q p Δ=0；压缩过程，气缸中气体的放热量；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。

T c q n Δ=s w h q +Δ=答案：三级压缩过程在T -s 图上的表示：