工程热力学复习参考题-第八章供参习

第八章压气机
一、填空题
1. 压气机每小时将p i = O.IMpa、t i=27 C的空气120 m3压缩到p2 = 1. 2MPa。

若n = 1.3，则压气机消耗10.98kW的功率。

2. 轴流式压气机每分钟吸入p1 = O.1Mpa、t1=30 C的空气200 m3，绝热压缩到p2= 600kPa。

压气机绝热效率为0.85，拖动此压气机需917.27 kW的功率。

3. 轴流式压气机每分钟吸入p1 = 0.1MPa、t1=27 C的空气200m3/s,经绝热压缩到p2 = 0.8Mpa，该压气机的绝热效率为0.85，则出口处空气的温度达313.54 C。

二、简述题
1. 理论上余隙容积对压气机的性能产生什么影响？
【答】活塞式压气机由于结构和制造工艺的要求，当活塞在上止点时，总存在一
定的空隙V c，使得压气机的有效吸气容积小于气缸排量V h。

理论分析表明，容
V 1
积效率v =1 -亠（二n-1）。

可见，余隙容积对压气机单位气缸排量的产气量产生
V h
影响，余隙容积越大，压气机单位气缸排量的产气量越低，并且随压缩比的提高
影响越显著；正是这个原因，余隙容积对压气机的单级压比也产生限制作用。

2. 在生产高压压缩空气的过程中，为什么采取分级压缩级间冷却措施？
【答】活塞式压气机生产高压空气时，为了提高等温效率和容积效率，应采用分级压缩级间冷却的措施。

因为压比太高，一方面如果是一次压缩，则容积效率很低，产气量小，严重的将不能生产压缩气体。

分级后，有效地解决了这一问题；另一方面，采取分级压缩级间冷却，可使整个压缩过程向定温过程逼近，减少压缩功消耗，提高定温效率。

3. 在多级活塞式压气机中如何分级能使压缩功耗最小？如此分级还有什么优点？【答】多级活塞式压气机应按各级压缩比相同的原则分级才能做到使功耗最小。

除此之外，还可以得到如下其它有利结果：
（1）每级的耗功相等，有利于压气机曲轴的平衡；
（2）每级压缩过程的温度变化情况相同，所以每个气缸的工作条件一样；
（3）每级压缩过程排热相等，所以各级都安排同样的中间冷却器。

4. 多级压缩不用用中间冷却器可以吗7 为什么?
【答】不可以。

由理论分析可知，对理想气体进行压缩，在同样的增压比的情况下，低温下压缩比高温下压缩耗功小。

分级压缩的主要目的之一是降低压缩功，如果没有中间冷却器，就不可能把压缩过程的温度降下来，也就不可能有降低功耗的效果，所以一定要设中间冷却器。

5. 叶轮式压气机不可逆绝热压缩比可逆绝热压缩多耗功，这是否就是此不可逆过程的作功能力损失?为什么?
【答】这不是做功能力损失。

做功能力损失和不可逆导致多消耗的功是两个不同的概念。

在叶轮式压气机不可逆绝热压缩过程中，多消耗的功全部变成热力系的内能，一般都是在比环境温度高的情况下转换的，它们并未完全失去做功能力，只是部分失去做功能力。

三、计算题
1. 空气在稳定流动中从O.IMPa、17 C绝热的压缩到0.6MPa。

如压缩机绝热效
率为0.82；求
（1 ）出口温度；
（2）由于不可逆性引起的温升；
（3）实际的输入功。

已知R g= 287J/kgK・。

【解】
已知：p i=0.1Mpa , t i=17°C；p2=0.6Mpa ;n=0.82
(1)可逆绝热过程出口温度T2s=T1(p2/p1)(k-1)/k =484.118K
由绝热效率的定义n C=(T2S-T I)/(T2‘-T I),
故实际过程出口温度T2 =(T2S-T I)/ n+T i =526.6963K
(2)由于不可逆性引起的温升△ T= T2-T2S=42.5783K
(3)可逆绝热过程耗功w c,s=k/(k-1) XRg T i[(p2/p i)(k-1)/k-i]=i94.83kJ/kg
实际绝热过程耗功w c'=w c,s/rp=237.59 kJ/kg
2. 轴流式压气机从大气环境中吸入p1 = 0.1MPa、t1=15 C的空气，其质量流量为11.6kg / S，绝热压缩到p2= 0.9MPa。

由于摩阻作用，出口温度增加到t2=302 C 求( 1) 压气机的绝热效率；
( 2) 摩阻引起的不可逆损耗；
( 3) 拖动压气机所需的功率。

【解】已知c p= 1.004kJ/kg K ；R g= 287J/kg •
已知：p1=0.1Mpa，t1=15C；p2=0.9Mpa，t1=302C；q m=11.6kg/s
(1)可逆绝热过程出口温度T2s=T1(p2/p1)(k-1)/k=539.83K
(2)绝热效率n C=(T2S-T1)/(T2-T1)=87.69%
(3)A s=c p ln(T2/T1)-R g ln(p2/p1)=0.0633 kJ/kg K
不可逆损耗I= T1A S=18.24 kJ/kg
(4)实际绝热过程耗功WC'=C P(T2- T1)=288.148 kJ/kg
压气机消耗的功率P=q m w c'=3342.52kW
3•空气在压缩机中被绝热压缩。

压缩前空气的参数为p i= O.IMpa、t i=25 C。

压缩后空气的参数为p2 = 600kPa、t2 = 240 C。

设比热容为定值，试求：
(1) 通过计算判断此压缩过程是否可逆；
(2) 压缩1kg 空气所需消耗的轴功；
(3) 如为可逆绝热压缩，压缩1kg 空气所需消托的轴功又为多少?
已知c p= 1.004kJ/kg K ；R g= 287J/kg •
【解】
已知：p i=0.1Mpa , t i=25 C；p2=0.6Mpa , t i=240 C
(1)A s=c p ln(T2/T i)-R g ln(p2/p i)=0.0309 kJ/kg K>0，故此压缩过程为不可逆过程。

(2)压缩过程耗功w c=c p(T2-T1)=215.86 kJ/kg
(3)可逆绝热压缩过程耗功w c,s=k/(k-1) >R g T1[(p2/p1)(k-1)/k-1]=200.21kJ/kg
4. 某空气压缩机每分钟吸入p1 = 0.1MpPa、t1=30 C的空气10 m3，并将它可逆地压缩到6X105Pa后送入贮气筒。

求：
(1) 可逆定温压缩比绝热压缩节省的功率至少是多少？
(2) 如果压缩过程的多变指数n = 1.35 ,所需的功率比绝热压缩节省的功率至
少是多少？
(3) 设该压气机采用了闪火点为180 C的润滑油，压缩过程的n二].35为安全起
见，不容许压缩空气的温度超过155 C,求压缩后的压力应多大？
已知R g = 287J/kg K。

【解】
已知：p1=0.1Mpa，t1=30C；p2=0.6Mpa；q V=10m3/h，n=1.35，t2<155C
(1)进口质量流量q m=p1q V/60R g T1=0.1916kg/s
(2)可逆绝热过程耗功w c,s=k/(k-1) XRg T i[(p2/p i)(k-1)/k-i]=203.57kJ/kg
可逆定温过程耗功w c,T= R g T1ln(p2/p1)=155.89kJ/kg
可逆定温过程比绝热过程节省的功量厶w c,T=w c,s-w c,T=47.68kJ/kg
(3)多变过程理论耗功w c,n= n/(n-1) XRg T1[(p2/p1)(n-1)/n-1]=198.42kJ/kg
可逆多变过程比绝热过程节省的功量厶w c, n=w c,s-w c,n=5.15 kJ/kg
(4)由t2<155 C,得到p2vp1 x[T2/T1)n/(n-1) =0.3787Mpa
5. 一台活塞式两级压缩装置，每小时吸入90 m3的空气，初态参数为p1 = 0.1MPa、t1=20 C，将它压缩到p3=4.9 MPa。

设两缸中的可逆多变压缩过程的多变指数n
=1.25，要求每缸压缩后的温度小于160 C,以保证润滑。

求：
(1) 压缩过程中空气的总放热量；
(2) 中间冷却器中空气的放热量。

已知c p= 1.004kJ/kg K ；R g= 287J/kg K。

【解】
已知：p1=0.1Mpa , t1=20 °C；p3=4.9Mpa , t3<160 °C；q v=90m3/h, n=1.25 , m=2
(1) 进口质量流量q m=p 1q V/3600R g T1 =0.0297kg/s
(2) 由T3max/T1=(p3/p1)(n-1)/n，得到n max=(T3/T1) n/(n-1)=7.0427
两级压缩的最佳压比n =(p3/p1)1/2=7< n max，满足润滑要求。

(3) 单级压缩后的温度T3=T1 n(n-1)/n=432.62K , t3= T2-273.15=159.47 C
(4) 空气在中间冷却器中的放热q=c p(t3-t1 )=1 40.03kJ/kg
单位时间放热量Q= 3600q m>q=14972kJ/h
(5) c v=c p/k=0.717 kJ/kg K
因此两级压缩过程的放由于两级压缩过程的压比、多变指数和初始温度都相同，
热量也相同，即q L=q H= (n-k)/(n-1) &>(t3-t i)=60kJ/kg 压缩过程的总放热量
q c=q L+q H=120kJ/kg
单位时间放热量Q c= 3600q m X q c=12830.4kJ/ h。