工程热力学经典例题-第十章..doc

１０.５　典型题精解 例题１０－１　图１０－２０中的定容加热循环１－２－３－４－１与定压加热循环 ，其工质均为同种理想气体，在条件下，哪个热效率高？ 解　图１０－２１为循环的T-s图。显然定压加热循环的平均吸热温度高于定容加热循环１－２－３－４－１，而平均放热温度，比定容加热循环的低，所以定压加热循环的热效率高。 例题１０－２　以下各题中的循环１－２－３－１称为Ａ循环，循环称为Ｂ循环，Ａ、Ｂ循环的工质均为同种理想气体。试在不同条件下，比较每题中Ａ、Ｂ两可逆循环热效率的高低。 解　４个小题中，Ａ、Ｂ循环所对应的T-s图如图１０－２２b～１０－２５b所示。 （１）因 从图１０－２２b看到，Ａ循环的放热过程为３－１，Ｂ循环的放热过程为，显然，而已知条件为，所以， （２）如图１０－２３b看到 所以 （３）Ａ、Ｂ循环的T-s图１０－２４b所示，它们的平均吸热温度分别为 即 另外，从图１０－２４b看到 所以 （４）Ａ、Ｂ循环的T-s图如图１０－２５b所示，它们的平均吸热温度问别为 即 又 所以 例题１０－３　试用平均温度概念分析增压比和增温比对燃气轮机理想回热循环热效率的影响？ 解　图１０－２６a示出了当不变而改变时燃气轮机理想循环的T-s图。由此图可见，当点３升到，即增温比提高到时，循环吸热过程有由变为，平均吸热温度由提高到；而平均放热温度维持不变。因此，愈大，愈高。 图１０－２６b a示出了当不变而改变时燃气轮机理想回热循环的T-s图。当点２提高到点，即提高到时，循环吸热过程由变为，显然平均吸热温度由降到为。循环放热过程由变为，平均放热温度由提高到，因而热效率将降低。可见愈高，愈低。 因此，为了提高燃气轮机理想回热循环的热效率，应采用比较高的增温比和较低的增压比。 例题１０－４　综观蒸汽动力循环、燃气轮机循环、内燃机循环以及例题１０－２与例题１０－２中的气体动力循环等等，可以发现它们都由升压、加热、膨胀、放热等几个过程所组成。试分析在这几个过程中： （１）能否去掉放热过程，这是否违背基本定律？ （２）能否去掉加热过程，这是否违背基本定律？ （３）升压过程要耗功，因此能否去掉升压过程？这是否违背基本定律？ （４）如果在这些过程中，任何一个过程都不能删除的话，能否改变这些过程的次序？例如，能否先加热再升压，然后膨胀及放热？ （５）总结动力循环工作过程的一般规律。 解　每一问的详细分析，将留给读者自己进行。这里要说明的是通过本例，希望读者能基本掌握动力循环工作过程的一般规律。这种规律就是任何动力循环都是一消耗热能为代价，以做功为目的。但是为了达到这个目的，首先必须以升压造成压力差为前提。否则，消耗的热能再多，倘若没有必要的压差条件，仍是无法利用膨胀转变为动力的。由此可见，压差的存在与否，是把热能转换为机械能的先决条件，它也为拉开平均吸、放热温度创造条件。其次还必须以放热为基础，否则将违背热力学第二定律。总之，升压是前提，加热是手段，做功是目的，放热是基础。一切将热能转换为机械能或能的动力循环，都必须遵循这些一般规律。当然，在具体动力循环中，有些过程如定容加热过程可以同时兼有升压与加热两种作用。如定温放热过程同时兼有升压与放热两种作用，有的兼有膨胀与放热的作用，因而有些动力循环可以由３个过程组成，例如，例题１０－２的几种循环。但是无论什么动力循环，依旧必须遵循上述一般规律。 例题１０－５　蒸气压缩制冷的理想循环，如图１０－２７中的１－２－３－４－１所示。它主要忽略了以下３个方面的问题。： （１）压缩机的压缩过程既有摩擦，有非绝热； （２）制冷剂流经压缩机进、排气阀时有节损失； （３）制冷剂通过管道、蒸发器、冷凝器等设备时，压缩机的压缩过程既有摩擦，有非绝热。 现若考虑上述３个方面的问题，试分析此３个方面问题对循环的影响，并定性的画出实际循环的T-s图。 解　以上３个方面的实际因素对循环的影响，参见图１０－２８。 （１）压缩机的压缩过程 a－b过程：制冷剂进气冲程（即进入气缸后，本压缩前），此过程中制冷剂吸收缸壁热量，有温升，压力仍为不变。 过程：开始压缩时，既有摩擦又有吸热，所以熵有所增加。当压缩至制冷剂温度高于缸壁温度时放热。综合熵产与熵流，总的仍使熵有所减少，直至压力为。 过程：若压缩机缸头有冷却水冷却，则排气过程中高压气体被进一步冷却，制冷剂的熵会减少更多。 （