第一章 基本概念及定义 ·31·
最小截面面积为10 cm2时的流量。
提示：喷管内工质为理想气体，喷管内气体的流动可视为等熵稳定流动；缩放形喷管喉部处为音速，喉部处流量qm?A2?22(??1)p1。 ()??1??1v1答案：cf2=372.65 m/s，qm=0.583 3 kg/s。
7-8 假设压缩空气的储气筒放置在露天，其温度随大气温度而变化，冬天时温度平均为7 ℃，夏天时平均为32 ℃。储气筒内压力始终保持为p。若由此气源连接喷管产生高速气流，试问：夏天与冬天喷管出口流速的比值及喷管流量的比值为多少？并分析背压不同而采用不同喷管形式时比值有何不同。
?2?提示：视喷管入口处速度近似为零，临界压力pcr?p1???-1?????-1?；(1)减缩形喷管，pB>pcr时，
p2=pB，cf2 c?fq?m答案：=1.043 7，=0.958。 ??cf?q?m 7-9 利用内燃机排气管排出的废气通过喷管而获得高速气流，废气的压力为0.2 MPa，进入喷管时气体流速为100 m/s，温度为500 ℃。假设废气的性质可按空气计算，试求当背压为0.1 MPa时渐缩形喷管的出口流速，并分析当近似地取p0=0.2 MPa、t0=500 ℃计算流速及流量时引起的误差。 提示：（1）考虑流体在喷管入口处的初始速度，喷管入口处的状态参数均需折算为滞止参数；临界 ?2?压力pcr?p0???-1?????-1??2?，临界压力pcr?p1???-1?????-1?；渐缩形喷管，pcr 背压pB，出口流速小于当地声速。（2）忽略流体在喷管入口处的初始速度，临界压力 ?2?pcr?p1???-1?????-1?；渐缩形喷管，pcr 答案：cf2=510.5 m/s，?cf%=-0.3%，?qm%=+0.3%。 7-10 试设计一喷管。已知压缩空气的温度为327 ℃，压力为0.6 MPa，喷管出口背压为0.1 MPa，而空气流量为1 kg/s。试确定喷管的出口流速，喷管的最小截面面积、出口截面面积、最小截面和出口截面的直径，渐放部分的锥角为10°时的管长。 提示：喷管内工质为理想气体，喷管内气体的流动可视为等熵稳定流动；视喷管入口处速度近似为零，临界压力 ?2?pcr?p1???-1?????-1?，若pcr 第一章 基本概念及定义 ·32· 用缩放形喷管。 答案： 喷管形式为缩放形喷管；cf2=695 m/s；Amin=10.1 cm、dmin=35.9 mm；A2=14.86 cm、 2 2 d2=43.5 mm；l=4.36 cm。 7-11 一渐缩形喷管，工质为空气，进口气流的温度为300 ℃，出口流速为350 m/s，试确定该流速下喷管的流量与该喷管最大流量的比值。 提示：渐缩形喷管的最大流量为气体等熵流动，出口流速达到当地声速时的流量；喷管流量 qm=cf2A2/v2。 答案： 7-12 欲使流速为300 m/s的空气流降速增压，已知空气的压力为0.1 MPa、温度为27 ℃，试确定扩压管的形状并计算空气可达到的最高压力。 提示：扩压管dp>0，dcf<0，管道内气体定熵流动时，管道截面积变化率与流速变化率的关系为： qmqm,max=0.951 7 。 dcfdA。出口流速cf2=0时，扩压管出口压力达到最大值 。 ?Ma2?1Acf??答案：扩压管形状为渐扩管，p2,max=0.162 9 MPa。 7-13 管道中空气的流速为150 m/s，现用温度计测量气流温度，所得读数为52 ℃，试求空气的温度。 提示：温度计测得的温度为滞止温度。 答案： t=40.8 ℃。 7-14 设有一气流由氢气流与氮气流汇合而成。已知氢气的流量为1 kg/h，氮气的流量为4 kg/h。设氢气的温度为313 K，氮气的温度为523 K，汇合前后各流道内气体的压力相同，合流过程中气体和外界没有热交换，合流前后气体流动动能和位能的变化可忽略不计，试求合流的温度及合流过程中气体熵的变化(提示：合流后混合物中各组成气体分别为各自的分压力)。 提示：两流体1、2合流后的温度： T?w1cp0,1T1?w2cp0,2T2w1cp0,1?w2cp0,2；两流体合流后的熵变：ΔS=ΔS1+ΔS2； 单一组成气体合流前后的熵变：?s?cp0lnTp?Rgln。 T1p1答案：T=360.2 K，?s=3.29 kJ/(kg·K)。 7-15 按习题7-3所述条件，若喷管效率为0.95，试求喷管出口截面的流速及压力。 第一章 基本概念及定义 ·33· 提示：工质在渐缩形喷管进行不可逆流动时，如pcr p2低于临界2压力pcr；喷管效率为喷管出口处工质动能与可逆流动过程喷管出口处工质动能之比，即 cf22ηN?2；工质可看做理想气体；考虑喷管内工质的能量转换关系及理想气体焓的性质，可有 cf2s?N?h1?h2T?T2。 ?1h1?h2sT1?T2s答案：(1)cf2=250.3 m/s，p2=0.1 MPa；(2) cf2=317 m/s，p2=0.127 2 MPa。 7-16 按习题7-7所述条件，若喷管效率为0.90，试求喷管出口截面的流速和截面面积以及喷管的流量。 提示： 参照习题7-15提示；缩放形喷管在pcr>pB的条件下，无论流动过程可逆与否，喷管喉部处气体流速均为声速；喷管效率是以喷管进出口压力相同为前提的；喷管内工质为理想气体，质量流量： qm?Acfv，且喷管内的流动为稳定流动。此外，无论可逆与否，出口截面上的压力都等于背压pB。 答案：cf2=353.53 m/s，qm=0.567 8 kg/s，A2=10.96 cm2。 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 第一章 基本概念及定义 ·34· 所消耗的轴功及放出的热量。 提示：略。 答案：(1)(ws)c,s=-176 kJ/kg；(2)(ws)c,n=-163 kJ/kg，qc,n=-48.94 kJ/kg； (3)(ws)c,T=-138.6 kJ/kg，qc,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。 V提示：余隙比s，容积效率ηV?1?VsVhVh??p?1n?2。 ???p???1?????1??答案：?V,s＝0.892，?V,n＝0.869，?V,T＝0.8。 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ηV?1?VsVh??p?1n?2。 ???p???1?????1???p2??p2?答案：错误！未找到引用源。＝70.98；?＝44.95；???p??p??＝21。 ?1?n?1?T 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。 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 q?cp0?T，且充分冷却时，T2′ =T1；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：(ws)c＝-324.5 kJ/kg，qc＝-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Pc=qmΔh；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ηc,s?两级压缩的示功图 (ws)c,s(ws)c；绝热过程压气机轴功(ws)c=?h，工质可视为理想气体。 第一章 基本概念及定义 ·35· 答案：Pc＝-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：pmax＝0.62 MPa。 8-7 压气机中由初态(p1,v1)压缩到p2，可以经过的压缩过程包括绝热过程、1＜n＜?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﹤? 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(Ws)c,s为面积12s2Tba1，放热量q1?2s为零； 多变过程：轴功(Ws)c,n为面积12n2Tba1，放热量q1?2,n为面积12nca1； 定温过程：轴功(Ws)c,T为面积12Tba1，热量q1?2,T为面积12Tba1。 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T1 =T3=T5 (见下图)，中间冷却器中空气的放热量q?cp0?T；压缩过程，气缸中气体的放热量q?cn?T；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q??h?ws。 答案：三级压缩过程在T-s图上的表示： 百度搜索“77cn”或“免费范文网”即可找到本站免费阅读全部范文。收藏本站方便下次阅读，免费范文网，提供经典小说综合文库华自强张忠进工程热力学课后完整答案第四版;(7)在线全文阅读。
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