本文格式為Word版，下載可任意編輯——工程熱力學(xué)習(xí)題解答第六章氣體動力循環(huán)

第六章氣體動力循環(huán)

思考題

1.內(nèi)燃機循環(huán)從狀態(tài)f到狀態(tài)g（參看圖6-1）實際上是排氣過程而不是定容冷卻過程。試在p-v圖和T-s圖中將這一過程進行時氣缸中氣體的實際狀態(tài)變化狀況表示出來。

T

答：f到g是一排氣過程，這是排氣閥門開啟，氣缸中的氣體由于壓力高于大氣壓力而迅速膨脹，大部分氣體很快排出氣缸。氣體的這一快速膨脹過程接近于絕熱膨脹過程，如不考慮摩擦則為定熵過程（下圖中過程1-2），如考慮膨脹時的內(nèi)部摩擦，則氣缸中氣體的比熵略有增加（下圖中過程1-2’）。

2.活塞式內(nèi)燃機循環(huán)中，假使絕熱膨脹過程不是在狀態(tài)5終止(圖6-26)，而是繼續(xù)膨脹到狀態(tài)6(p6=p1),那么循環(huán)的熱效率是否會提高？試用溫熵圖加以分析。

答：按圖2-26’所示的循環(huán)，其熱效率為

q2?q'q?t?1??1?2??t

q1q1'可見，假使繼續(xù)膨脹到狀態(tài)b時，循環(huán)的熱效率比原來膨脹5要高一些。

圖6-26’

3.試證明：對于燃?xì)廨啓C裝置的定壓加熱循環(huán)和活塞式內(nèi)燃機的定容加熱循環(huán)，假使燃燒前氣體被壓縮的程度一致，那么它們將具有一致的理論熱效率。

[證明]燃?xì)廨啓C裝置的定壓加熱循環(huán)表示在T-S圖中如圖a)所示活塞式內(nèi)燃機的定容加熱循環(huán)表示在T-S圖b)

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第六章氣體動力循環(huán)

燃?xì)廨啓C定壓加熱循環(huán)理論熱效率可由(6-13)式求得

1(a)(b)

?t,p?1???0?1?0a)

內(nèi)燃機定容加熱循環(huán)理論熱效率可由(6-5)式求得

?t,v?1?由于????0?11b)

1V1V?P，而對空氣等熵壓縮過程來說1??2?V2V2?P1???01???0，將它代入(b),因而

?t,v?1?11?1?11??t,p

?P2??0???P1?

??04.在燃?xì)廨啓C裝置的循環(huán)中，假使空氣的壓縮過程采用定溫壓縮（而不是

定熵壓縮），那么壓氣過程消耗的功就可以減少，因而能增加循環(huán)的凈功（w0）。在不采用回?zé)岬臓顩r下，這種定溫壓縮的循環(huán)比起定熵壓縮的循環(huán)來，熱效率是提高了還是降低了？為什么？

答：采用定溫壓縮是可以增加循環(huán)的凈功（w0）（由于壓氣機耗功少了）但是假使不同時采用回?zé)岬脑?，將會使循環(huán)吸T熱量增加（q1?），這是由于定溫壓縮終了的空氣溫度低，因而要把壓縮終了的空氣的溫度加熱到指定的溫度話，定溫壓縮后的吸熱量要比定熵壓縮后的吸熱量多。由T-S圖可以看出，采用定溫壓縮后，相當(dāng)于在原定壓縮循環(huán)的基礎(chǔ)上增加了一個循環(huán)12T2S1，而該附加的循環(huán)的熱效率低于原循環(huán)的熱效率，

所以采用定溫壓縮后，如無回?zé)岱炊鴷档腿細(xì)廨啓C裝置循環(huán)的理論熱效率。

O2tq21q12s43S-2-

第六章氣體動力循環(huán)

習(xí)題

6-1已知活塞式內(nèi)燃機定容加熱循環(huán)的進氣參數(shù)為p1=0.1MPa、t1=50℃，壓縮比??6，參與的熱量q1=750kJ/kg。試求循環(huán)的最高溫度、最高壓力、壓升比、循環(huán)的凈功和理論熱效率。認(rèn)為工質(zhì)是空氣并按定比熱容理想氣體計算。

[解]：活塞式內(nèi)燃機定容加熱循環(huán)的圖示見a)、b)圖示

(a)

(b)

???0?1.4，理論熱效率由(6-5)式得：

?t,v?1?1??0?1?1?161.4?1?51.16%

循環(huán)凈功W0?q1??tv?750?0.5116?387.7kJ/kg

最高溫度T3須先求出T2，因1?2過程是等熵過程，由(3-89)式得

?V?T2?T1?1??V2??0?1?(273.15?50)??6?1.4?661.71K

由于q1?q1v?Cv0(T3?T2)所以T3?Tmax?q1750?T2??661.71?1706.28KCv00.718最高壓力P3須先求出P2和?2?3過程是定容過程，因此

??P3T3?P2T21706.28即???2.5786

661.71所以P3?Pmax???P2?V1?而P2?P?1??V2??0?1?61.4?12.2860bar

則P3?2.5786?12.2860?31.6807bar

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第六章氣體動力循環(huán)

6-2同習(xí)題6-1，但將壓縮比提高到8。試計算循環(huán)的平均吸熱溫度、平均放熱溫度和理論熱效率。

[解]：如右圖所示

11?t,v?1???1?1?1.?4?56.47%108q

q2?q1(1??tv)?750?(1?0.5647)?326.475kJ/kg

1?2過程是等熵過程

?V1?P2?P?1??V2?

?PT2?T1?2??P1??0?1?81.4?18.3792bar

?0?1??0?(273.15?50)???1.4?1?18.3792?1.47???742.37K

T3?q1?0?T2?750?742.37?1786.94K0.7182?3過程是定容過程

T3P31786.94?????2.4071T2P2742.37P3???P2?2.4071?18.3792?44.2401bar?S2?3?Cv0lnT3?0.718?ln2.4701?0.6307kJ/(kg?K)T2平均吸熱溫度T1m?平均吸熱溫度T2m?q1750??1189.15K?S2?30.6307q1326.475??517.64K?S5?10.6307T2m517.64?1??0.5647?56.47%T1m1189.15所以?tr?1?

現(xiàn)將兩題結(jié)果進行比較

q2?q1?W0?750?383.?7?S?Cv0ln??0.7?18T1m?T2m?36k6.J3kg/ln2.?57860.6802q1750??1102.68K?S2?30.6802q1750??538.47K?S5?10.6802T2m538.47?1??0.5116?51.16%T1m1102.62-4-

?tr?1?第六章氣體動力循環(huán)

可知當(dāng)?由6?8提高了33%則T1m提高了7.8%，T2m降低了3.9%，?tv提高了10.4%?？梢娞岣呖諝鈮嚎s比可以提高循環(huán)的平均吸熱溫度，降低循環(huán)的平均放熱溫度，因而可以提高循環(huán)的熱效率。

6-3活塞式內(nèi)燃機的混合加熱循環(huán)，已知其進氣壓力為0.1MPa，進氣溫度為300K，壓縮比為16，最高壓力為6.8MPa，最高溫度為1980K。求參與每千克工質(zhì)的熱量、壓升比、預(yù)脹比、循環(huán)的凈功和理論熱效率。認(rèn)為工質(zhì)是空氣并按定比熱容理想氣體計算。

[解]：如右兩圖，已知Pmax?P，Tmax?T4?1980K3?P4?6.8MPa1)壓升比?：

因1?2過程是等熵過程

?V1?P2?P?1??V2?

?PT2?T1?2??P1??0?0?P?0.1?161.4?4.8503MPa1??0?1??0??330????0.1?1.4?14.8503?1.4?909.36K

因2?3過程是定容過程

?P?6.8?T3?T2?3??1000.3?????1274.90K

P4.8503???2?所以??2)預(yù)漲比?

P36.8??1.4020P24.8503因3?4過程是定壓過程

TVT1980??4?4?max??1.553

V3T3T31274.903)q1

q1v?Cv0(