工程热力学思考题及答案(A4)

3.压气机所需要的功也可以由第一定律能量方程式导出，试导出定温、多变、绝热压缩压气机所需要的功，并用T-s图上面积表示其值。

答：由第一定律能量方程式q??h?wt，定温过程?h?0，所以wc??wt??q??T?s，同时

?s?Rglnp1pwc?RgT1ln2p2则有p1 多变过程wc??wt??h?q

q?n?kn?k1cv?T2?T1???Rg?T2?T1?n?1n?1k?1

n?1??n?T2???pkk??2??1???h?cp?T2?T1??RgT1??1?RTg1?T?k?1???k?1p1??1???????

n?1??n??pn2?wc?RgT1???1?????p1??n?1????

绝热压缩过程q?0，所以

k?1??k?T2???pkk??2??1??wc??wt??h?cp?T2?T1??RgT1??1?RTg1?T?k?1???k?1p1??1???????

T

'2等温过程所作的功为图7-1中面积1-2-m-n-1，绝热过程所作的功为图中面积1-s-f-n-1

多变过程所作的功为图中面积1-2’n-j-g-2n-1

4．叶轮是压气机不可逆绝热压缩比可逆绝热压缩多耗功可用图7-2中的面积m2s2’nm表示，这是否即是此不可逆过程的做功能力损失？为什么？

答：多消耗的功量并不就是损失的做功能力损失。因为

i?T0?sg?T0(s2'?s1)?T0(s2'?s1)?2T(s2'?s1)为图7-2上面积1-7-n-m所示。

5. 如图7-3所示的压缩过程1-2，若是可逆的，则这一过程是什么过程？他与不可逆绝热压缩过

程1-2的区别何在？两者之中哪一过程消耗的功大？大多少？

17

答：若压缩过程1-2是可逆的，则为升温升压吸热过程。它与不可逆绝热压缩过程的区别是：该过程没有不可逆因素的影响，所消耗的功是最小的，且可以在T-s图上把该过程的吸热量表示出来。对于不可逆绝热压缩过程q??u?w，w???u，而可逆绝热压缩过程q??u?w，w?q??u所以

2不可逆过程消耗的功大，数值为1

?Tds。

第 十 章 气体动力循环

1.以活塞式内燃机和定压加热燃气轮机装置为例，总结分析动力循环的一般方法。

答：分析动力循环的一般方法：首先把实际过程的不可逆过程简化为可逆过程。找到影响热效率的主要因素和提高热效率的可能措施。然后分析实际循环与理论循环的偏离程度，找出实际损失的部位、大小、原因以及改进办法。

?k?1和2.内燃机定容加热理想循环和燃气轮机装置定压加热理想循环的热效率分别为?t?1?1?k?1?k?。若两者初态相同，压缩比相同，他们的热效率是否相同？为什么？若卡诺循环的压缩比与他们相同，则热效率如何？为什么？

2而答：若两者初态相同，压缩比相同，它们的热效率相等。因为对于定压加热理p2?(v1)k??kp1v2想循环带入效率公式可知二者相等。若卡诺循环的压缩比与他们相同，则有T2??vv?k?1??k?1?t?1?1k?112T1?他们的效率都相等。 ，

3.活塞式内燃机循环理论上能否利用回热来提高热效率？实际中是否采用？为什么？

答：理论上可以利用回热来提高热效率。在实际中也得到适当的应用。如果采用极限回热，可以提高热效率但所需的回热器换热面积趋于无穷大，无法实现。 4.燃气轮机装置循环中，压缩过程若采用定温压缩可减少压缩所消耗的功，因而增加了循环净功(如

图8-1)，但在没有回热的情况下循环热效率为什么反而降低，试分析之。

?t?1?1??v1v??p2p1 18

T2T1在此过程中T2不变，T1变小，所以其热效率降低。答：采用定温压缩增加了循环净功。而

5.燃气轮机装置循环中，膨胀过程在理想极限情况下采用定温膨胀，可增大膨胀过程作出的功，因而增加了循环净功(如图8-2)，但在没有回热的情况下循环热效率反而降低，为什么？

??1???1? 答：定温膨胀增大膨胀过程作出的功，增加循环净功，但

T2T1在此过程中T2变大，

T1不变，所以其热效率降低。

6. 加力燃烧涡轮喷气式发动机是在喷气式发动机尾喷管入口前装有加力燃烧用的喷油嘴的喷气发动机，需要突然提高飞行速度是此喷油嘴喷出燃油，进行加力燃烧，增大推力。其理论循环（如图8-3）的热效率比定压燃烧喷气式发动机循环的热效率提高还是降低？为什么？ ??wq答：该理论循环热效率比定压燃烧喷气式发动机循环的热效率降低。因为当利用喷油嘴喷出燃油进行加力燃烧时，虽然多做了功增大了推力，但是功的增加是在吸收了大量的热的基础上获得的。由图可知获得的功与需要的热的比值小于定压燃烧喷气式发动机循环的比值，导致整体的理论循环的热效率比定压燃烧喷气式发动机循环的热效率降低。

7. 有一燃气轮机装置，其流程示意图如图8-4所示，它由一台压气机产生压缩空气，而后分两路进入两个燃烧室燃烧。燃气分别进入两台燃气轮机，其中燃气轮机Ⅰ发出的动力全部供给压气机，另一台燃气轮机Ⅱ发出的动力则为输出的净功率。设气体工质进入让汽轮机Ⅰ和Ⅱ时状态相同，两

?c,s

台燃气轮机的效率也相同，试问这样的方案和图8-5、图8-6所示的方案相比较（压气机的和

?燃气轮机的t都相同）在热力学效果上有何差别？装置的热效率有何区别？

19

答：原方案：

循环吸热量：Q1=cmΔ

t，

循环净功：w0=wT-wc=m[(h3-h4)-(h2-h1)] (1) 第2方案： 循环吸热量：Q1=cmAΔ

t+ cm BΔt=cmΔt (2)

循环净功：w0=wTB=mB(h3-h4) (3)

对于第2方案，wTA= wc，即：mA(h3-h4)=m(h2-h1)

或(m-mB)(h3-h4)=m(h2-h1) (4)

由(3)、(4)解得：w0=m[(h3-h4)-(h2-h1)]

结论：两种方案循环吸热量与循环净功均相同，因而热力学效果相同，热效率w0/Q1必相同。

第十二章 制冷循环

1.压缩蒸汽制冷循环采用节流阀来代替膨胀机，压缩空气制冷循环是否也可以采用这种方法？为什么？

答压缩空气制冷循环不能采用节流阀来代替膨胀机。工质在节流阀中的过程是不可逆绝热过程，不可逆绝热节流熵增大，所以不但减少了制冷量也损失了可逆绝热膨胀可以带来的功量。而压缩蒸汽制冷循环在膨胀过程中，因为工质的干度很小，所以能得到的膨胀功也极小。而增加一台膨胀机，既增加了系统的投资，又降低了系统工作的可靠性。因此，为了装置的简化及运行的可靠性等实际原因采用节流阀作绝热节流。

2.压缩空气制冷循环采用回热措施后是否提高其理论制冷系数？能否提高其实际制冷系数？为什么？ 答：采用回热后没有提高其理论制冷系数但能够提高其实际制冷系数。因为采用回热后工质的压缩比减小，使压缩过程和膨胀过程的不可逆损失的影响减小，因此提高实际制冷系数。

20