第五章 水蒸汽的热力性质和热力过程

第一篇

一．基本概念

工程热力学

第一章 基本概念

系统：在热力学中，被人为的划分出来的研究对象称为热力系统，简称系统。

状态参数：描述系统宏观特性的物理量称为“系统的热力状态参数”，简称“状态参数”。

热力学平衡态：在无外界影响的条件下，如果系统的状态不随时间而变化，则系统所处的状态称为热力学平衡态。

温度：表征物体冷热程度的物理量。

热平衡定律：两个系统分别与第三个系统处于热平衡，这两个系统彼此之间必定处于热平衡。 温标：温度的数值表示法称为“温标”。

准平衡过程：如过此进行的足够缓慢，则封闭系统所经历的每一个中间状态足够接近平衡，这样的过程称为准静态过程。

可逆过程：系统进行了一个过程后，如系统和外界均能恢复到各自的初态，则这样的过程称为可逆过程。 循环：工质从初态出发，经过一系列状态变化又回到初态，这种闭合过程称为“循环”。 可逆循环：全部由可逆循环组成的循环称为可逆循环。 不可逆循环：含有不可逆过程的循环称为不可逆循环。 二、习题

1．有人说，不可逆过程是无法恢复到起始状态的过程，这种说法对吗？ 不对。

不是不能恢复起初状态，而是不能自发的恢复初始状态。

2．牛顿温标,用符号°Ｎ表示其温度单位,并规定水的冰点和沸点分别为100°Ｎ和200°Ｎ，且线性分布。（1）试求牛顿温标与国际单位制中的热力学绝对温标(开尔文温标)的换算关系式；（2）绝对零度为牛顿温标上的多少度?

解： (1) t℃=T k-273.15

t℃=N°Ｎ+100

所以 N°Ｎ=T k-373.15

(2)当T=0 k时，代入上式得0 k为 N=-373.15°Ｎ

3．某远洋货轮的真空造水设备的真空度为0.0917ＭＰａ，而当地大气压力为0.1013MPa，当航行至另一海域，其真空度变化为0.0874MPa，而当地大气压力变化为0.097MPa。试问该真空造水设备的绝对压力有无变化?

解： 由题意得

P=Pb-Pv

则P1=0.1013-0.0917=0.0096 MPa P2=0.097-0.0874=0.0096 MPa

因为P1=P2；所以该真空造水设备的绝对压力没有变化。

4．如图1-1所示，一刚性绝热容器内盛有水，电流通过容器底部的电阻丝加热水。试述按下列三种方式取系统时，系统与外界交换的能量形式是什么。

（1）取水为系统；（2）取电阻丝、容器和水为系统；（3）取虚线内空间为系统。 解：(1）交换的能力形式为：热量、物质。

(2)交换的能量形式为：热量、物质、 （3）此系统为孤立系统，与外界无能量交换。

5．判断下列过程中那些是不可逆的，并扼要说明不可逆原因。

（1）在大气压力为0.1013MPa时，将两块0℃的冰互相缓慢摩擦，使之化为0℃的水。 此过程不可逆。两块冰相互缓慢摩擦过程有耗散效应，耗散效应是不可逆因素。

（2）在大气压力为0.1013MPa时，用(0＋dt)℃的热源(dt→0)给0℃的冰加热使之变为0℃的水。 此过程不可逆。这种情况是有限温差下的热传递，热不可以自发的从低温物体传递到高温物体。 （3）一定质量的空气在不导热的气缸中被活塞缓慢地压缩（不计摩擦）。 此过程为可逆过程。

（4）100℃的水和15℃的水混合。

此过程不可逆。混合后，热量不可以自发的分开，产生100℃的水和15℃的水。热量不能自发的从低温物体传递到高温物体。

6．如图1-2所示的一圆筒容器，表A的读数为360kPa；表B的读数为170kPa，表示室I压力高于室II的压力。大气压力为760mmHg。试求:

（1） 真空室以及I室和II室的绝对压力； （2） 表C的读数；

（3） 圆筒顶面所受的作用力。

图1-2

解：(1)由题意可得真空室的压力为760mmHg -745mmHg =15 mmHg= 所以真空室的压力为2.0 kPa。

Pg=P-Pb 所以1室和2室的绝对压力分别是P1=360kPa+2.0 kPa=362.0 kPa P2= P1-170kPa=192.0 kPa （2）表C的读数P3=P2-2.0=190.0 kPa

（3）F=P*S ，P=101.325 kPa- 2.0 kPa=99.325 kPa， S=πr=3.14*( 所以圆筒顶面所受的作用力为15.693牛，方向向下。

第二章

一．基本概念

功：力与同方向位移的乘积。

热量：除功以外，通过边界由外界传递给封闭系统的能量。 体积功：工质体积改变时所做的功。

节流：工质流过小孔后压力不能恢复原来数值的现象称为节流。 二．习题

1．膨胀功、流动功、轴功和技术功四者之间有何联系与区别？

解：膨胀功是工质膨胀时对外界作的功；流动功是外界为了克服工质在系统流动过程中的压力而作的功；轴功是外界通过旋转轴对流动工质作的功；技术功是工质在开口系统中所增加的动能和对外界作的轴功之和。

2．下面所写的热力学第一定律表达是否正确？若不正确，请更正。

热力学第一定律

2

15?101.325=2.0 kPa 76045022)=0.158m

2?1000?q??u?wq?du??w1q??H??c2?g?z?ws22

Q??H?

解：正确的表达式分别是： 1、q?1pdV??u?w 2、q?du?w

212 3、q??h??c?g?z?ws 4、Q??H?vdp

?213．一活塞、气缸组成的密闭空间，内充50g气体，用叶轮搅拌器搅动气体。活塞、气缸、搅拌器均用完全绝热的材料制成。搅拌期间，活塞可移动以保持压力不变，但绝对严密不漏气。已测得搅拌前气体处于状态1，搅拌停止后处于状态2，如下表所示。

状 态 1 2 解：由题意可得 q=u2p（MPa） 3.5 3.5 v（m3/kg） 0.00711 0.01916 u（kJ/kg） 22.75 97.63 h(kJ/kg) 47.64 164.69 活塞与气缸壁间有一些摩擦。求搅拌器上输入的能量为多少？

?u1?p2v2?p1v1

Q=mq

所以可求得搅拌器上输出的能量为Q=3.95 kJ

4．1kg空气由p1=5MPa,t1=500℃，膨胀到p2=0.5MPa,t2=500℃，得到热量506kJ，对外做膨胀功506kJ。接着又从终态被压缩到初态，放出热量390kJ,试求：

（1）膨胀过程空气热力学能的增量；（2）压缩过程空气热力学能的增量；（3）压缩过程外界消耗了多少功？ 解：（1） 由热力学公式可得?U?Q?W 已知Q=506 kJ，W=506kJ 所以热力学能增量为0。

（2） 由（1）知在膨胀过程中系统的热力学能没有改变，压缩过程使系统又回到初态，所以在压缩过程空气的热力学能增量为?U （3）由（2）可得?U?0

?Q?W?0， 所以W?Q?-390kJ 所以压缩过程外界消耗390kJ功。

5．一活塞气缸装置中的气体经历了2个过程。从状态1到状态2，气体吸热500kJ，活塞对外作功800kJ。从状态2到状态3是一个定压的压缩过程，压力为p=400kPa，气体向外散热450kJ。并且已知U1=2000kJ, U3=3500kJ，试计算2-3过程中气体体积的变化。 解：

Q??U?W 在1到2过程?UkJ

?Q?W?U2?U1?500?800??300kJ

所以U2=U1在2到3过程中Q?300?1700??U?W

W?Q??U=-450-(3500-1700)=-2250 Kj

由题意知W=PΔV 所以?V?W??5.625m3 P3所以在2到3过程中气体的体积减少了5.625m

6．现有两股温度不同的空气，稳定地流过如图2-1所示的设备进行绝热混合，以形成第三股所需温度的空气流。各股空气的已知参数如图中所示。设空气可按理想气体计，其焓仅是温度的函数，按{h}kJ/kg=1.004{T}K计算，理想气体的状态方程为pv=RT, R=287J/(kg·K)。若进出口截面处的动、位能变化可忽略，试求出口截面的空气温度和流速。

图

解：由题意可得空气是稳定的流过设备，则左右管道进出气体的体积相等即：

C1tA1?C2tA2?C3tA3 所以

C3?m/s

C1tA1?C2tA210?0.1?15?0.15??10.83A3t0.3由前后能量守恒可得：h111212 ?c12?h2?c2?h3?c3222且 {h}kJ/kg=1.004{T}K

121212h1?c1?h2?c2?c3222解得T3=

1.004试求压缩过程所必须消耗的功。

解：由题意解得a=0.009 p2= aV2-2 v2=

v2=588.40K 所以t3=588.40-273.15=315.25℃

7．某气体从初态p1=0.1MPa，V1=0.3m3可逆压缩到终态p2=0.4MPa，设压缩过程中p=aV-2，式中a为常数。

aa =0.15 m3 ?p0.4压缩过程消耗的功W=

v1?pdv??v2v1av?2dv?30 kJ

8．如图2-2所示，p-v图上表示由三个可逆过程所组成的一个循环。1-2是绝热过程；2-3是定压过程；3-1是定容过程。如绝热过程1-2中工质比热力学能的变化量为-50kJ/kg，p1=1.6MPa，v1=0.025m3/kg，p2=0.1MPa，v2=0.2m3/kg。（1）试问这是一个输出净功的循环还是消耗净功的循环？ （2）计算循环的净热。

解：(1)1到2过程 w1=Q-?U=0-(-50)=50KJ/kg 2到3过程 w2=

p2?v1?v2???17.5 kJ/kg

3到1过程无做功即w3=0 所以这个循环的净功为

w?w1?w2?w3=50-17.5=32.5 kJ/kg

所以这是一个输出净功的循环。 （2）循环过程?U?0

Q=W1?W2?32.5 kJ/kg

所以循环的净热为32.5 kJ/kg

9．某燃气轮机装置如图2-3所示。已知压气机进口处空气的焓h1=290kJ/kg，经压缩后，空气升温使比焓增为h2=580kJ/kg，在截面2处与燃料混合，以w2=20m/s的速度进入燃烧室，在定压下燃烧，使工质吸入热量q=670kJ/kg。燃烧后燃气经喷管绝热膨胀到状态3’,h3’=800kJ/kg，流速增至w3’，燃气再进入动叶片，推动转轮回转做功。若燃气在动叶片中热力状态不变，最后离开燃气轮机速度为w4=100m/s。求： （1）若空气流量为100kg/s，压气机消耗的功率为多少？ （2）若燃料发热量q=43960kJ/kg，燃料消耗量为多少？ （3）燃气在喷管出口处的流速w3’是多少？ （4）燃气涡轮（3’-4过程）的功率为多少？ （5）燃气轮机装置的总功率为多少？ 解：（1）由题意可得

w=v(h2 –h1)=100*(580-290)=2.9×104KW

(2)工质消耗的量为 m=

670=15.24g

43960(2q+w221212(3)q?h3?h2?w3?w2 w3?22(4)

?2h2?2h3)12=36.06 m/s

图2-3

第三章

一．基本概念

克劳修斯说法：不可能把热量从低温物体传到高温物体，而不产生其他变化。 开尔文说法：不可能从单一热源吸取热量使之完全变为有用功，而不产生其他变化。

卡诺定理：在温度T1的高温热源和温度为T2的低温热源之间工作的一切可逆热机，其中效率均相等，与工质性质无关；在温度T1的高温热源和温度为T2的低温热源之间工作的热机循环，以卡诺循环效率最高。 熵流：沿任意过程的克劳修斯积分，。

熵产：将过程中系统熵的变化量与熵流之差定义为熵产。

熵增原理：在孤立系统中，如果进行的过程是可逆过程，其熵值保持不变；如果为不可逆过程，其熵增加；总之，在孤立系统中不论进行什么过程，其熵不可能减少。 二．习题

1．热力学第二定律可否表述为：“功可以完全变为热，但热不能完全变为功”，为什么？

答：不可以，因为如果在改变外界的条件下，热可以完全变为功。 2．下列说法是否正确，为什么？ 1） 熵增大的过程为不可逆过程；

答：不正确，如果是吸热的吸热过程，则熵流>0，熵产=0，系统的熵增=熵流+熵产>0 2） 工质经不可逆循环，?S ?0；

答：不正确，不可逆循环的熵产>0,但它的熵流有可能小于零，则?S 热力学第二定律

??Sf??Sg有可能小于零。

m=

pV110?103?0.3??0.40Kg 因为氧气为双原子理想的气体所以 RT259.81?(45?273.15)cM,p?cM?29.3KJ/(Kmol.k) 所以c=0.92 kJ/(kg·K)

Q?mc?T，?T?T2?T1?Q1?108.70K 所以mcT

2=153.70℃ 由

可得pV?RT，V2?RT2259.81?(153.70?273.15)??1.01m33P110?10 所以第一个过程的做功为

W1?p?v2?v1??10?103??1.01?0.3??7.10KJ 有热力学第一定律可得Q= ?U+W

所以

?U1?Q1?W1?32.9KJ 在整个过程中，系统的热力学能没有改变，

KJ 由

可得终了状态的体积pV?RT，?U??U1??U2?0，?U2???U1??32.9V?RT259.81?(45?273.15)??0.7m33p118?10

?H2??U2?m?p3v3?p2v2???32.9?0.4?118?103?0.7?110?103?1.01??44.3KJ 多变膨胀过程的功为W（2）过程二的吸热量为Q2???Q??U??40???44.3??4.3KJ

?cm?T?0.92?0.40?(45?153.70)??40.00KJ

9．1kg空气，初态p1=1.0MPa, t1=500?C，在气缸中可逆定容放热到p2=0.5MPa，然后可逆绝热压缩到t3=500?C，再经可逆定温过程回到初态。求各过程的?u，?h，?s及w和q各为多少？并在p-v图和T-s图上画出这3个过程。

解：过程1：因为是定容过程所以w=0， 由

pv?RT，可得压强为0.5 Mpa时的温度为T2?386.58K

R?8314K) 所以?287J/（Kg.k） cM,p?cM?29.3KJ/(Kmol.k) c=1.01kJ/(kg·

29q?cv?T??u?1.01??386.58?500?273.15???390.44KJ

?h??u??p2v2?p1v1?,v?RT?0.22m3,??h??455.5KJ p10．一封闭的气缸如图4-3所示，有一无摩擦的绝热活塞位于中间，两边分别充以氮气和氧气，初态均为p1=2MPa，t1=27?C。若气缸总容积为1000cm3，活塞体积忽略不计，缸壁是绝热的，仅在氧气一端面上可以交换热量。现向氧气加热使其压力升高到4MPa，试求所需热量及终态温度，并将过程表示在p-v图及T-s图上。

解：氧气加热后气体的

对于氮气：Cp1=29.3/28=1.05, Cv1= Cp—R=1.058.314/28=0.75,k= Cp1/ Cp1=1.4 对于氧气：Cp2=0.92，Cv2=0.66

p1 v1氮气原来的体积为V=500 cm,氮气进行的是可逆绝热n=k=1.4所以=（）

p1kv3

V1=304.8 cm3,所以氮气的体积变化量为ΔV=304.8—500=—195.2 cm3，氧气的体积变为V2=500+195.2=695.2 cm3

p1k?1T1对氮气=（）,所以T1=365.9K又由pv=mRT所以T2=834.7K

kpT终态氮气的温度为365.9K，氧气的温度为834.7K，由pv=mRT，m1=11.22kg,m2=12.8kg 取汽缸内的整个气体为闭口系，因过程不产生功：

Q=ΔU=ΔU1+ΔU2=m1 Cv1(T1—T)+m2 Cv2(T2—T)=553.2+4520.9=5074.1KJ 故所需要的热量为5074.1 KJ.

?1=120kg/h；另一股的温度11．如图4-4所示，两股压力相同的空气流，一股的温度为t1=400℃，流量m?2=210kg/h；在与外界绝热的条件下，它们相互混合形成压力相同的空气流。已知比为t2=150℃，流量m热为定值，试计算混合气流的温度，并计算混合过程前后空气的熵的变化量是增加、减小或不变？为什么？

解：

12．如图4-5所示，理想气体进行了一可逆循环1-2-3-1，已知1-3为定压过程，v3=2v1；2-3为定容过程，p2=2p3；1-2为直线线段，即p/v=常数。(1)试论证q1?2?q1?3?q3?2；(2)画出该循环的T-s图，并证明

v

?s1?2??s1?3??s3?2；(3)若该理想气体的c=1.013kJ/(kg·K)，c=0.724kJ/(kg·K)，试求该循环的热

p

效率。 证明：（1）

q1?2??1?2?w1?2，q1?3?q1?2??u1?3??3?2?w1?3?w3?2

?u1?3??u3?2??u1?2 由体积功的定义可得

w1?2?(w1?3?w3?2)?S?123?所以证得

1p1v1?0 2 即

q1?2?q1?3?q3?2?S?123?0q1?2?q1?3?q3?2

（2）由图可得证明?s1?2

??s1?3??s3?2

13．1kmol理想气体从初态p1=500kPa，T1=340K绝热膨胀到原来体积的2倍。设气体Mcp=33.44kJ/(kmol·K)，Mcv=25.12kJ/(kmol·K)。试确定在下述情况下气体的终温，对外所做的功及熵的变化量。（1）可逆绝热过程；（2）气体向真空进行自由膨胀。

第五章 水蒸汽的热力性质和热力过程

一．基本概念 饱和温度： 饱和压力：

饱和水：水温t等于水压p所对应的饱和温度ts 干饱和蒸汽： 湿蒸汽：

过热蒸汽： 干度： 绝热效率： 二．习题

1．根据给顶的水蒸汽的压力和比体积，如何用蒸汽表确定它是湿蒸汽还是过热蒸汽？湿蒸汽的状态参数如何利用蒸汽表求出？

2．由于?hp=cp,m?T是普遍适用于任意工质的，饱和水在定压下汽化变为干饱和蒸汽时，温度不变，因此，

h???h???hp?cp,m?0?0=?hp=cp,m?0=0。这一推论错误在哪里？

3．（1）在p?pc时，定压下蒸汽发生过程的三个阶段是 ， 和 ；（2）蒸汽的上界线是 的连线，下界线是 的连线； （3）当 时，定压下的蒸汽发生过程不再有三个阶段； （4）试将图5-1 中状态点A、B和C、D的名称写出。

A ； B ； C ； D ；

图5-1

4．给水在温度t1=60℃、压力p=3.5 MPa下进入蒸汽锅炉的省煤器，并在锅炉中加热成t2=350℃的过热蒸汽。试把该过程表示在T-s图上，并求加热过程中水的平均吸热温度。

5．在一台蒸汽锅炉中，烟气定压放热，温度从1500℃降低到250℃，所放出的热量用以生产水蒸汽。压力

为9MPa、温度为30℃的锅炉给水被加热、汽化、过热成pl=9Mpa、t1=450℃的过热蒸汽。将烟气近似为空气，取比热为定值。且cp=1.079kJ／(kgK)。试求：（1）产生1kg过热蒸汽需要多少kg烟气？（2）生产1kg过热蒸汽时，烟气熵的减小以及过热蒸汽熵的增大各为多少?（3）将烟气和水蒸汽作为孤立系，求生产1kg过热蒸汽时孤立系熵的增大为多少?设环境温度为15℃。

6．某刚性容器内有湿蒸汽5kg，其中饱和水为0.5kg，压力为0.2MPa。对容器加热，求使其中湿蒸汽完全变为饱和蒸汽所需的热量。

7．按水蒸汽表和h-s图，求压力为p=3MPa、干度x=0.98的湿蒸汽的状态参数。

8．已知水蒸汽的压力p=0.5Mpa、比体积v=0.836m3/kg，试确定其所处的状态，并求其比焓，比熵和比热力学能。

9．压力p=1.5MPa，t=120?C的未饱和水进入锅炉，在其中定压加热为x=0.98的湿蒸汽离开锅炉，蒸发量为qm=4000kg/h，设燃料的发热量为41868kJ/kg，锅炉效率为?B=79%。试求每小时燃料消耗量。

10．1kg水蒸汽初态为p1=3MPa, t1=400?C，在气轮机中绝热膨胀到p2=0.006MPa。 （1） 当过程可逆时，试求终态的干度x2和气轮机所做的技术功wt；

（2） 当过程不可逆，即?oi=0.9时，试求终态的干度x2’和气轮机所做的技术功wt’，以及由于过程不可

逆而引起的技术功的减少量?wt=wt-wt’。

六 理想混合气体和湿空气

一．基本概念

理想混合气体： 道尔顿分压定律： 分体积定律：

质量分数： 体积分数： 摩尔分数： 湿空气： 饱和空气： 未饱和空气： 露点： 含湿量： 相对湿度： 湿空气的焓： 二．习题

1．用什么方法可使未饱和空气变为饱和空气？请在p-v图和T-s图上画出相应的过程曲线。如果把20℃时的饱和空气在定压下加热到30℃,它是否还是饱和空气？

2．零下10℃的空气中为什么还含有水蒸汽？这些水蒸汽为何不结成冰呢？

3．当湿空气的相对湿度??100%时，干球温度t、湿球温度tw和露点温度td的大小关系为 ，当?=100%时，三者间的大小关系为 。

4．未饱和空气中水蒸汽的状态如图6-1中A所示，试在该图上定性表示出湿空气的露点温度td。

图6-1

5．设大气压力为0.1MPa，温度为34?C，相对湿度为80%。如果利用空调设备使湿空气冷却去湿至10?C，然后再加热到20?C，且通过空调设备的干空气量为20kg，试确定：（1）终态空气的相对湿度；（2）湿空气在空调装置中除去的水分量mw;（3）湿空气在空调设备中放出的热量和在加热器中吸收的热量。

6．温度为25?C，压力为0.1MPa，相对湿度为0.5的湿空气经历压缩后温度升高到50?C，压力升高到0.3MPa，之后又在定压下冷却，试问冷却到什么温度时将出现水滴?

7．某船空气调节装置的回风与新风风量之比ma,2/ma,1=3.5，夏季，新风状态t1=38℃,?1=40%，室内回风t=26℃,?2=60%，求混合后空气的状态参数。

２

8．设干湿球温度计的读数为：干球温度t=30℃,湿球温度tw=25℃,大气压力pb=0.1013MPa，试用h-d图确定湿空气的各参数(h、d、?、td)。

9．已知房间内墙表面温度为16℃，如果室内空气的温度为22℃，试问防止墙表面发生凝结水珠现象，室内空气相对湿度最大不应超过多少？

第七章 气体和蒸汽的流动

一．基本概念

马赫数： 临界压力比： 焦耳—汤姆逊效应： 二．习题

1．水流过缩放形管道，其渐放部分水速必然下降，为什么对气体却可增速为超音速气流？

2．什么是临界压力比？它和什么因素有关？有何用处？渐缩喷管为何不能获得超音速气流？

3．压力为9.807?105Pa，温度为30℃的空气，流经阀门时产生绝热节流作用，使压力降为6.865?105Pa。试求节流前后：（1）比焓、温度、比热力学能的变化；（2）比熵的变化；（3）比体积的变化。

4．压力为6.0MPa、温度为490?C的蒸汽，经节流阀降为2.5 MPa，然后定熵膨胀至0.04 MPa，求绝热节流后蒸汽温度为多少度？熵改变了多少？由于节流，技术功又改变了多少?

5．1.5kg温度T1=330.15K、压力p1=7.1MPa的空气，经绝热节流压力降至0.1MPa。(1)计算节流引起的熵增量；(2)上述空气不经节流而是在气轮机内可逆绝热膨胀到0.1MPa，气轮机能输出多少功?

6．理想气体从初态1（p1，t1）进行不同过程至相同终压p2，一过程为经过喷管的不可逆绝热膨胀过程，另一过程为经过节流阀的绝热节流过程。若p1?p2?p0，T1?T0(p0,T0为环境压力和温度)，试在T-s图上表示此两过程，并根据图比较两过程作功能力损失的大小。

7．空气进入拉伐尔喷管的压力为0.4MPa，温度为650K,入口流速可忽略不计，若出口压力为0.1MPa,喉部截面积为6cm。试求（１）喉部的状态及流速；（２）出口截面上的流速及流量；（３）出口截面积。

8．空气由输送管送来,管端接一出口面积f2=10cm2的渐缩喷管空气在喷管之前的压力p1=2.5MPa，温度t1=80℃，求空气经喷管后射出速度、流量以及出口截面处空气的v2、、t2。喷管的背压力

第八章 压缩机的热力过程

一．基本概念

余隙容积： 有效吸气体积： 容积效率： 最佳增压比： 压气机的绝热效率： 二．习题

1．理想气体从同一初态出发，经可逆和不可逆绝热压缩过程，设耗功相同，试问它们的终态温度、压力和熵是否都不相同？

2．空气初态为p1=1?105Pa、t=20?C。经过三级活塞式压气机后，压力提高到12.5MPa。假定各级增压比相同，压缩过程的多变指数n=1.3。试求生产1kg压缩空气理论上应消耗的功，并求(各级)气缸出口温度。如

'p2=1MPa。

2

果不用中间冷却器，那么压气机消耗的功和各级气缸出口温度又是多少(按定比热理想气体计算)? 3．轴流式压气机每分钟吸人p1=0.1MPa、t1=20℃的空气1200kg，经绝热压缩到p2=0.6MPa，该压气机的绝热效率为0.85。求：(1)出口处气体的温度及压气机所消耗的功率；(2)过程的熵产。

4．某叶轮式压气机进口处空气压力p1=0.1MPa，温度T1=293K，出口处气体压力p2=0.4MPa．。若压气机绝热效率?c=0.78，试计算压气机实际出口温度以及压缩1kg空气实际所需的功。

5．1kmol理想气体，由初态为400K和105Pa被压缩到终态为400K和106Pa。试分别就以下两种情况计算气体熵的变化，外界熵的变化和由气体与外界组成的孤立系统总熵的变化：(1)气体被压缩的过程是一个可逆定温过程；(2)气体被压缩的过程是一个不可逆过程，此过程中实际所消耗的功比上述可逆定温压缩过程消耗的功多2%，并且此时周围环境温度是300K。

6．1kg初态为p1=0.1MPa，t1=15?C的某气体，经压缩后其状态为p2=0.5MPa，t2=100?C。若比热容cv=0.712kJ／(kg?K)，R=0.287kJ／(kg?K)，试求：（1）此过程中，该气体熵的变化，并判断此过程是放热还是吸热?（2）在p-v图与T-s图上画出过程曲线，并求出过程的多变指数n为多少?

7．一台二级活塞式压缩机的转速为300r/min，每小时吸入的空气为V1=800m3，压力p1=0.1MPa，温度t1=27℃，压缩后的压力p3=3MPa，压缩过程的多变指数n=1.3，两气缸的增压比相同，经第一级压缩后，空气经中间冷却器冷却到27℃后再进入第二级压缩机。试求：1）空气在低压缸中被压缩后的压力p2和终温t2；2）压缩机每小时所消耗的功和放出热量（包括在中间冷却器中所放出的热量）。

8．空气在某压缩机中被绝热压缩。压缩前空气的参数为p1=0.098MPa，t1=25℃，压缩后空气的参数为p2=0.588MPa，t2=240℃，设比热为定值。（1）求此压缩过程是否可逆？为什么？（2）压缩1kg空气所消耗的轴功；（3）如压缩为可逆等温的，求压缩1kg空气所消耗的轴功。

9．一台两级压缩中间冷却的往复式空气压缩机与一台中间冷却器组合成开口系统，此中间冷却器为水冷式，其冷却水也用于两压缩气缸的冷却，进水温度为294K，出水温度为311K，流量136.1kg/h，比热4.19kJ/(kg·K)；压缩机空气流量816.43kg/h，进气温度为944.25K，排气温度为1273K。求压缩机所需的功率。（比热容为定值）

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