【正文】 )。715 按習題73所述條件，試求噴管出口截面的流速及壓力。提示：工質(zhì)在漸縮形噴管進行不可逆流動時，如pcrpB，噴管出口壓力p2=pB，如pcrpB，噴管出口壓力p2低于臨界2壓力pcr；噴管效率為噴管出口處工質(zhì)動能與可逆流動過程噴管出口處工質(zhì)動能之比，即；工質(zhì)可看做理想氣體；考慮噴管內(nèi)工質(zhì)的能量轉(zhuǎn)換關(guān)系及理想氣體焓的性質(zhì)，可有。答案：(1)cf2=?m/s，p2=?MPa；(2) cf2=317?m/s，p2=?2?MPa。 716 按習題77所述條件，試求噴管出口截面的流速和截面面積以及噴管的流量。提示： 參照習題715提示；縮放形噴管在pcrpB的條件下，無論流動過程可逆與否，噴管喉部處氣體流速均為聲速；噴管效率是以噴管進出口壓力相同為前提的；噴管內(nèi)工質(zhì)為理想氣體，質(zhì)量流量：，且噴管內(nèi)的流動為穩(wěn)定流動。此外，無論可逆與否，出口截面上的壓力都等于背壓。　　答案：cf2=?m/s，qm=?8?kg/s，A2=?cm2。習題提示與答案第八章 壓氣機的壓氣過程 81 ?MPa、溫度為27?℃，?MPa。設(shè)壓縮過程為：(1)絕熱過程；(2)n＝；(3)定溫過程。試求比熱容為定值時壓氣機壓縮1?kg空氣所消耗的軸功及放出的熱量。提示：略。答案：(1)(ws)c,s=176?kJ/kg；(2)(ws)c,n=163?kJ/kg，qc,n=?kJ/kg；(3)(ws)c,T=?kJ/kg，qc,T=?kJ/kg。 82 按上題所述條件，若壓氣機為活塞式壓氣機，試求三種壓縮過程下壓氣機的容積效率。提示：余隙比，容積效率。答案：＝，＝，＝。 83 ，試求當壓氣機的壓縮過程分別為絕熱過程、n＝、定溫過程時，壓氣機的容積效率降低為零所對應的增壓比。提示：容積效率。答案：錯誤!未定義書簽。＝；＝；＝21。兩級壓縮的示功圖 84 有一臺兩級壓氣機，?MPa，溫度為17?℃，?MPa。兩級氣缸中的壓縮過程均為n＝，且兩級中的增壓比相同。在兩級氣缸之間設(shè)置有中間冷卻器，空氣在其中冷卻到17?℃后送入高壓氣缸。試求壓氣機壓縮1?kg空氣所需要的軸功以及中間冷卻器和兩級氣缸中所放出的熱量。提示：兩級壓縮的增壓比相同，壓縮過程多變指數(shù)相同，則兩級壓縮耗功量相同；中間冷卻器中空氣經(jīng)歷的是定壓冷卻過程，過程放熱量，且充分冷卻時，T2′ =T1；壓縮過程的初始溫度相同、增壓比相同，則過程熱量也相同。答案：(ws)c＝?kJ/kg，qc＝?kJ/kg，q＝－131?kJ/kg。 85 有一臺葉輪式壓氣機，?MPa、溫度為17?℃，?MPa。設(shè)壓氣機每分鐘生產(chǎn)的壓縮空氣量為20?kg，壓縮過程為絕熱過程。提示：壓氣機功率Pc=qmΔh；理想的絕熱壓氣過程為等熵過程，絕熱效率為理想壓縮過程的耗功與實際壓縮過程耗功之比，即；絕熱過程壓氣機軸功(ws)c=，工質(zhì)可視為理想氣體。答案：Pc＝?kW。 86 設(shè)活塞式壓氣機中用于潤滑氣缸活塞的潤滑油的閃點為180?℃，為安全起見，壓縮空氣的最高溫度規(guī)定不超過160?℃。若壓縮過程的初始溫度為27??℃，?MPa，試求壓縮終了空氣的壓力與多變指數(shù)n間的函數(shù)關(guān)系以及n＝。提示：略。答案：pmax＝?MPa。 87 壓氣機中由初態(tài)(p1,v1)壓縮到p2，可以經(jīng)過的壓縮過程包括絕熱過程、1＜n＜的多變過程以及定溫過程。試把它們表示在Ts圖上，并把壓氣過程中壓氣機消耗的軸功及放熱量用Ts圖上的面積來表示(提示：在一定溫度下理想氣體的焓有確定的值，因而任何兩狀態(tài)間氣體焓的變化都可以用定壓過程中焓的變化表示)。提示：見題中提示。答案：壓縮過程在Ts圖上的表示：圖中，過程12s、1－2n及1－2T分別為絕熱過程，1﹤n﹤ 的多變過程及定溫過程。壓氣過程中壓氣機消耗的軸功及放熱量：絕熱過程：軸功(Ws)c,s為面積12s2Tba1，放熱量為零；多變過程：軸功(Ws)c,n為面積12n2Tba1，放熱量為面積12nca1；定溫過程：軸功(Ws)c,T為面積12Tba1，熱量為面積12Tba1。88 設(shè)三級壓縮、中間冷卻的壓氣過程每級的增壓比相同，壓縮過程的多變指數(shù)也相同，中間冷卻后送入下一級氣缸時氣體的溫度都等于初態(tài)溫度。試將該過程表示在Ts圖上，并證明每一級壓氣機消耗的軸功、氣缸中放出的熱量及中間冷卻器氣體放出的熱量所對應的面積相等。提示：參照習題87提示。三級壓縮均為增壓比相同、過程多變指數(shù)相同的多變過程；兩個中間冷卻器中空氣經(jīng)歷的是定壓冷卻過程，且充分冷卻，即T1 =T3=T5 (見下圖)，中間冷卻器中空氣的放熱量；壓縮過程，氣缸中氣體的放熱量；忽略過程中宏觀動能與宏觀位能的變化，過程的能量方程為。答案：三級壓縮過程在Ts圖上的表示：習題提示與答案第九章 氣體動力循環(huán)定容加熱循環(huán)的Ts圖91 活塞式內(nèi)燃機定容加熱循環(huán)的參數(shù)為：p1＝?MPa、t1＝27?℃，壓縮比＝，加熱量q1＝700?kJ/kg。假設(shè)工質(zhì)為空氣及比熱容為定值，試求循環(huán)各點的狀態(tài)、循環(huán)凈功及循環(huán)熱效率。提示：12過程為等熵壓縮過程，壓縮比；23過程為定容加熱過程，過程熱量q=cp0ΔT；34過程為等熵膨脹過程；41過程為定容放熱過程。循環(huán)凈功： w0=q1│q2│；循環(huán)熱效率：。答案： v1= m3/kg；p2= MPa，v2= m3/kg， T2= K；p3= MPa，v3= m3/kg，T3=161 2 K；p4= MPa，v4= m3/kg，T4= K；；。92 ，試求循環(huán)熱效率的變化及平均吸熱溫度和平均放熱溫度的變化。提示：循環(huán)熱效率；平均溫度。答案：ΔTm1= K，ΔTm2= K，=%。93 根據(jù)習題91所述條件，若比熱容按變比熱容考慮，試利用氣體熱力性質(zhì)表計算該循環(huán)的熱效率及循環(huán)凈功。提示：w0=q1│q2│，q=Δu，工質(zhì)可看做理想氣體；熱力過程終態(tài)與初態(tài)的比體積之比等于其相對比體積之比，即，相對比體積為溫度的單值函數(shù)。答案：w0＝?kJ/kg，=。94 在活塞式內(nèi)燃機中，為了保證氣缸的機械強度及潤滑，總是在氣缸壁外面加以冷卻。如果考慮壓縮過程和膨脹過程中工質(zhì)與氣缸壁間的熱交換，根據(jù)習題91所給條件，則膨脹過程可近似為n＝，壓縮過程可近似為n＝，試據(jù)此計算其狀態(tài)變化及過程的功。至于定容加熱過程及定容放熱過程，可考慮比熱容為變比熱容，而按空氣熱力性質(zhì)表計算，試求該循環(huán)的循環(huán)熱效率及循環(huán)凈功。提示：見題中提示；理想氣體熱力學能為溫度的單一函數(shù)；。答案：，ηt =。95 活塞式內(nèi)燃機混合加熱循環(huán)的參數(shù)為：p1＝?MPa、t1＝17?℃，壓縮比＝16，壓力升高比＝，預脹比＝。假設(shè)工質(zhì)為空氣且比熱容為定值，試求循環(huán)各點的狀態(tài)、循環(huán)功及循環(huán)熱效率。混合加熱循環(huán)的Ts圖提示：12過程為等熵壓縮過程，壓縮比，23過程為定容加熱過程，壓力升高比，34過程為定壓加熱過程，預脹比，45過程為等熵膨脹過程，51過程為定容放熱過程；w0=q1│q2│，；工質(zhì)看做理想氣體。燃氣輪機定壓加熱循環(huán)的Ts圖答案：，，，，，，；；。 96 定壓加熱燃氣輪機裝置循環(huán)的參數(shù)為：p1＝?MPa、t1＝17?℃，最高溫度t3＝650?℃，增壓比＝6。假設(shè)工質(zhì)為空氣且比熱容為定值，試求循環(huán)凈功及循環(huán)熱效率。提示：12過程為等熵壓縮過程，增壓比，且，23過程為定壓加熱過程， 34過程為等熵膨脹過程，41過程為定壓放熱過程；循環(huán)凈功w0=wT│wc│，燃氣輪機作功wT=cp0ΔT，壓氣機耗功│wc│=cp0ΔT，循環(huán)熱效率。答案：。97 根據(jù)上題所述條件，若壓氣機絕熱效率ηc,s＝，燃氣輪機效率ηT＝，試求該實際循環(huán)的熱效率。提示：。答案：。98 根據(jù)習題96所述條件，若設(shè)比熱容為變比熱容并按氣體性質(zhì)表計算，試求該循環(huán)的熱效率及循環(huán)凈功。提示：w0=q1│q2│，q=Δh，工質(zhì)可看做理想氣體；熱力過程終態(tài)與初態(tài)的比體積之比等于其相對比體積之比，即，相對比體積為溫度的單值函數(shù)。答案：。燃氣輪機回熱循環(huán)的Ts圖99 根據(jù)習題96所述條件，若采用回熱循環(huán)且設(shè)回熱度為100%，試求循環(huán)熱效率。與不采用回熱的循環(huán)相比其循環(huán)熱效率增大的百分數(shù)是多少？提示：回熱循環(huán)的回熱度為時，即有；，w0=q1│q2│，q=cp0ΔT；63過程為循環(huán)的加熱過程；51過程為循環(huán)的放熱過程。答案：=，%=19%。 910 燃氣輪機裝置的定容加熱循環(huán)由下述四個可逆過程組成：絕熱壓縮過程1定容加熱過程2絕熱膨脹過程34及定壓放熱過程41。已知壓縮過程的增壓比為＝p2/p1，定容加熱過程的壓力升高比為＝p3/p2，試證明其循環(huán)熱效率為 提示：循環(huán)熱效率，循環(huán)凈功w0=q1│q2│；12過程為等熵壓縮過程，23過程為定容加熱過程，；工質(zhì)可看做理想氣體。911 某活塞式內(nèi)燃機定容加熱循環(huán)的參數(shù)為：p1＝?MPa、t1＝27??℃，壓縮比＝7，加熱量q1＝700?kJ/kg。假設(shè)有一個活塞式熱氣發(fā)動機理想循環(huán)即斯特林循環(huán)，和上述循環(huán)有相同的壓縮比及循環(huán)熱效率，且其定溫壓縮過程的初態(tài)也為pt1。試對比兩循環(huán)的下列性質(zhì)參數(shù)：pmax/pmin、Tmax/Tmin和加熱量，并把兩個循環(huán)表示在同一個pv圖及Ts圖上。提示：斯特林循環(huán)熱效率，壓縮比，，v2=v2′，v4=v1。內(nèi)燃機定容加熱循環(huán)熱效率，壓縮比。答案：(1)=，=，q1,s=?kJ/kg；(2)=，=。初態(tài)及壓縮比相同條件下，兩個循環(huán)在同一pv圖及Ts圖上的表示（其中12341為內(nèi)燃機定容加熱循環(huán)，12′241為斯特林循環(huán)）：912 當內(nèi)燃機采用脈沖式廢氣渦輪增壓器時，廢氣從氣缸直接引入渦輪機而不經(jīng)過維持穩(wěn)定壓力的排氣總管，因而可以把工質(zhì)在內(nèi)燃機氣缸和渦輪機中膨脹的過程看做一個連續(xù)的絕熱膨脹過程，一直膨脹到環(huán)境大氣壓力，然后進行定壓放熱。這樣的理想熱力循環(huán)如圖931所示。若空氣在增壓器及內(nèi)燃機氣缸中整個絕熱過程12中的壓縮比＝20，而定容加熱量q1,V＝250?kJ/kg，定壓加熱量q1,p＝250?kJ/kg，又已知p1＝?MPa、t1＝27?℃，試求該循環(huán)的熱效率。與相同循環(huán)參數(shù)的混合加熱循環(huán)相比，其循環(huán)熱效率提高的百分數(shù)是多少？圖931提示：定壓放熱過程循環(huán),12過程為等熵壓縮過程，壓縮比，23過程為定容加熱過程，34過程為定壓加熱過程，45過程為等熵膨脹過程，51過程為定壓放熱過程，放熱量；工質(zhì)可看做理想氣體；循環(huán)熱效率，q1=q1,V+q1,p?；旌霞訜嵫h(huán)，從4點開始的定熵膨脹過程，進行到與循環(huán)初態(tài)1點比體積v1相同的狀態(tài)，并從該點開始進行終點為1點的定容放熱過程，過程放熱量q2=cV0ΔT，其余情條件與定壓放熱過程的循環(huán)相同。答案：ηt=，%=%。913 由定溫壓縮過程、定壓加熱過程、定溫膨脹過程及定壓放熱過程組成一個循環(huán)，且兩定壓過程通過回熱器實現(xiàn)理想回熱，則該循環(huán)稱為艾利克松循環(huán)，試求該循環(huán)的熱效率，并把循環(huán)表示在pv圖及Ts圖上。提示：兩個定壓過程通過回熱器實現(xiàn)理想回熱，即41過程放出的熱量在23過程中被完全“回收”,循環(huán)吸熱量即為定溫過程34的吸熱量，循環(huán)放熱量即為定溫過程12的放熱量，定壓過程=常量。循環(huán)熱效率。答案：；艾利克松循環(huán)的pv圖和Ts圖：914 燃氣輪機的定壓加熱循環(huán)采用回熱措施時，在不同的回熱度下，隨著循環(huán)增壓比的變化，循環(huán)熱效率的變化曲線如圖921所示。該圖說明：當升溫比一定(即最高溫度T3一定)時，在某個確定的增壓比下，不同回熱度的循環(huán)熱效率都相同。試求該增壓比和升溫比的關(guān)系。提示：燃氣輪機回熱循環(huán)的熱效率：圖921依題意，升溫比τ與增壓比π一定時，任兩個不同回熱度的燃氣輪機回熱循環(huán)熱效率之比等于1。答案：。 915 在一定的最大容積(或比體積)和最小容積(或比體積)范圍內(nèi)，內(nèi)燃機定容加熱循環(huán)（即奧圖循環(huán)）具有最高的熱效率，故可稱為容限循環(huán)。試以卡諾循環(huán)與奧圖循環(huán)相比，利用pv圖及Ts圖分析證明：ηt,otto≥ηt,carnotw0,otto≥w0,carnot提示：最小比體積為v2，最大比體積為v1的奧圖循環(huán)12341，及相同比體積范圍內(nèi)的卡諾循環(huán)42′23′4的圖示：pv圖上，循環(huán)曲線所包圍的面積越大，循環(huán)凈功越大；Ts圖上，循環(huán)平均吸熱溫度與平均放熱溫度相差越大，循環(huán)熱效率越高。 916 在一定的最高壓力及最低壓力的范圍內(nèi)，燃氣輪機裝置定壓加熱循環(huán)（即勃雷登循環(huán)）具有最高的循環(huán)熱效率，故可稱為壓限循環(huán)。試以卡諾循環(huán)和勃雷登循環(huán)相比，利用pv圖及Ts圖分析證明：ηt,brayton≥ηt,carnotw0,brayton≥w0,carnot提示：最低壓力為p最高壓力為p2的勃雷登循環(huán)12341，及相同壓力范圍內(nèi)的卡諾循環(huán)42′23′4的圖示：pv圖上，循環(huán)曲線所包圍的面積越大，循環(huán)凈功越大；Ts圖上，循環(huán)平均吸熱溫度與平均放熱溫度相差越大，循環(huán)熱效率越高。習題提示與答案第十章 實際氣體101 已知甲烷(CH4)的臨界點參數(shù)為pc＝?MPa、Tc＝?K，試利用通用壓縮因子圖確定溫度為100?℃、壓力為4?MPa時甲烷的比體積，與按理想氣體狀態(tài)方程式計算得到的數(shù)值進行比較，并計算后者的誤差為多少。提示：實際氣體pv=zRgT，對比狀態(tài)參數(shù)；通用壓縮因子圖描述了壓縮因子與對比狀態(tài)壓力和對比狀態(tài)溫度的關(guān)系，即z=f(pr,Tr