第十章 气体动力循环 120 第十章第十章 气体动力循环气体动力循环 10-1 某活塞式内燃机定容加热理想循环，压缩10=，气体在压缩中程的起点状态是11100kPa35 Cpt=、，加热过程中气体吸热650kJ/kg。假定比热容为定值且1.005kJ/(kg K)1.4pc=、，求（1）循环中各点的温度和压力； （2）循环热效率，并与同温度限的卡诺循环热效率作比较； （3）平均有效压力。 解： （1）各点的温度和压力 g 13131287J/(kg K) (35273.15)K0.8844m /kg100 10 PaR Tvp+= 33120.8844m /kg0.08844m /kg10vv= 1.4121120.1MPa 102.512MPavpppv= 63222g2.512 10 Pa0.08844m /kg774.05K287J/(kg K)p vTR= 3320.08844m /kgvv= 132()Vqc TT= 11322650kJ/kg774.05K1679.52K/1.005kJ/(kg K)/1.4VpqqTTTcc=+=+= g3333287J/(kg K) 1679.52K5.450MPa0.08844m /kgR Tpv= 41vv= 1.432433341115.45MPa0.217MPa10vvppppvv= 63444g0.217 10 Pa0.8844m /kg668.60K287J/(kg K)p vTR= （2）热效率 241132668.60K308.15K1110.6021679.52K774.05KtqTTqTT= = = = 第十章 气体动力循环 121 或 11.4 111110.60210t= = = 同温限的卡诺循环热效率 308.15K110.8171679.52KLcthTT= = = （3）平均有效压力 3netnet131212650 10 J/kg 0.602491.6kPa(0.88440.08844)m /kgthWWqMEPVvvvv= 10-2 某狄塞尔循环的压缩比是 19:1，输入每 kg 空气的热量1800kJ/kgq =。若压缩起始时状态是125 Ct =、1100kPap =，计算： （1）循环中各点的压力、温度和比体积； （2）预胀比； （3）循环热效率，并与同温限的卡诺循环热效率作比 较 ； （ 4 ） 平 均 有 效 压 力 。 假 定 气 体 的 比 热 容 为 定 值 ， 且1005J/(kg K)718J/(kg K)pVcc=、。 解： （1）g 13131287J/(kg K) (25273.15)K0.8557m /kg100 10 PaR Tvp+= 33120.8557m /kg0.0450m /kg19vv= 1.412112100kPa 196169.6kPavpppv= 33222g6169.6 10 Pa0.045m /kg967.35K287J/(kg K)p vTR= 132800kJ/kg967.35K1763.37K1005J/(kg K)pqTTc=+=+= 32pp= g33333287J/(kg K) 1763.37K0.0820m /kg6169.6 10 PaR Tvp= 41vv= 1.43334323410.0820m /kg6169.6kPa231.5kPa0.8557m /kgvvpppvv= 第十章 气体动力循环 122 33444g231.5 10 Pa0.8557m /kg690.25K287J/(kg K)p vTR= （2） 33320.0820m /kg1.820.0450m /kgvv= （3） 4124113232()111()()690.25K298.15K10.6481.4 (1763.37967.35)KVtpc TTqTTqc TTTT= = = = = 或 1.411.4 111.821110.648(1)191.4 (1.82 1)t = = = 卡诺循环效率 298.15110.8481763.37LchTT= = = （4） net1342420.648 800kJ/kg639.4kPa(0.85570.045)m /kgtwqMEPvvvv= 10-3 某内燃机狄塞尔循环的压缩比是 17:1，压缩起始时工质状态为1195kPa10 Cpt=、。若循环最高温度为 1900K， 假定气体比热容为定值1.005kJ/(kg K)1.4pc=、。 试确定 （1）循环各点温度，压力及比体积； （2）预胀比； （3）循环热效率。 解： （1）g 13131287J/(kg K) (10273.15)K0.8554m /kg95 10 PaR Tvp+= 33120.8554m /kg0.0503m /kg17vv= 1.41211295kPa 175015.94kPavpppv= 33222g5015.94 10 Pa0.0503m /kg879.10K287J/(kg K)p vTR= 3max321900K5015.94kPaTTpp= g33333287J/(kg K) 1900K0.1087m /kg5015.94 10 PaR Tvp= 41vv= 第十章 气体动力循环 123 1.43334323410.1087m /kg5015.94kPa279.28kPa0.8554m /kgvvpppvv= 33444g279.28 10 Pa0.8554m /kg832.38K287J/(kg K)p vTR= (2) 33320.1087m /kg2.160.0503m /kgvv= (3) 241()0.718kJ/(kg K) (832.38283.15)K394.35kJ/kgVqc TT= 132()1.005kJ/(kg K) (1900879.10)K1026.00kJ/kgpqc TT= 21394.35kJ/kg1161.6%1026.00kJ/kgtqq= = = 或 1.41.4 112.1611161.6%(1)171.4 (2.16 1)t = = = 10-4 已知某活塞式内燃机混合加热理想循环10.1MPap =、160 Ct =，压缩比1215vv=，定容升压比321.4pp=， 定压预胀比431.45vv=， 试分析计算循环各点温度、压力、比体积及循环热效率。设工质比热容取定值，1.005kJ/(kg K)pc =，0.718kJ/(kg K)Vc =。 解：g1.005kJ/(kg K)0.718kJ/(kg K)0.287kJ/(kg K)pVRcc= g 13161287J/(kg K) (60273.15)K0.9557m /kg0.1 10 PaR Tvp+= 33120.9557m /kg0.0637m /kg15vv= 1.4121120.1MPa 154.431MPavpppv= 63222g4.431 10 Pa0.0637m /kg983.52K287J/(kg K)p vTR= 32vv= 第十章 气体动力循环 124 321.4 4.431MPa6.203MPapp= 633 33g6.203 10 Pa0.0637m /kg1376.8K287J/(kg K)p vTR= 43pp= 33430.0637m /kg 1.450.0924m /kgvv= 63444g6.203 10 Pa0.0924m /kg1996.3K287J/(kg K)p vTR= 51vv= 1.43454350.0924m /kg6.203MPa0.236MPa0.9557m /kgvppv= 635 55g0.236 10 Pa0.9557m /kg784.39K287J/(kg K)p vTR= 13243()()0.718kJ/(kg K)(1376.85983.52)K1005J/(kg K)(1996.3 1376.8)K905.0kJ/kgVpqc TTc TT=+=+= 251()718J/(kg K)(784.39333.15)K324.0kJ/kgVqc TT= 21324.0kJ/kg110.642905.0kJ/kgtqq= = = 11.41.4 111(1)(1)1.4 1.45110.64215(1.4 1) 1.4 1.4 (1.45 1)t = += =+ 10-5 若某内可逆奥托循环压缩比为 8，工质自 1000的高温热源定容吸热，向 20的环境介质定容放热。工质在定熵压缩前压力为kPa110，温度为 50；吸热过程结束后温度为 900，假定气体比热容可取定值，且1005J/(kg K)1.4pc=、，环境大气压00.1MPap =，求（1）循环中各状态点的压力和温度； （2）循环热效率； （3）吸、放热过程及循环中单位质量工质的作能力损失和循环热效率； （4）平均有效压力。 解： 据题意，11110kPa273.1550K323.15KpT=+=、（） 3(900273.15)K1173.15KT =+=、12/8vv= 第十章 气体动力循环 125 （1） g 13131287J/(kg K) 323.15K0.8431m /kg110 10 PaR Tvp= 33120.8431m /kg0.1054m /kg8vv= 1.412112110kPa 82021.71kPavpppv= 33222g2021.71 10 Pa0.1054m /kg724.47K287J/(kg K)p vTR= 32vv= 33221173.15K2021.71kPa3194.44kPa742.47KTppT= 41vv= 1.43343340.1054m /kg3199.44kPa173.81kPa0.8431m /kgvppv= 33444g173.81 10 Pa0.8431m /kg510.59K287J/(kg K)p vTR= （2） 11.4 1111156.5%8t= = = 或 241132510.59K323.15K11156.5%1173.15K742.47KtqTTqTT= = = = (3) 吸热过程 fgsss+= gfsss= 3331g222lnlnln1173.15K0.718kJ/(kg K) ln0.3285kJ/(kg K)742.47KVVTvTscRcTvT=+= 32 332f12()0.718kJ/(kg K) (1173.15742.47)K0.2429kJ/(kg K)1273.15KVrrrqc TTqsTTT= g11f10.3285kJ/(kg K)0.2429kJ/(kg K)0.0856kJ/(kg K)sss= = 第十章 气体动力循环 126 10 g1293.15K0.0856kJ/(kg K)25.1kJ/kgIT s= 放热过程 gfsss= 1112g444lnlnln293.15K0.718kJ/(kg K) ln0.3984kJ/(kg K)510.59KVVTvTscRcTvT=+= 3144 1f2200()0.718kJ/(kg K) (323.15510.59)K0.4591kJ/(kg K)293.15KVrc TTqqsTTT= g22f20.3984kJ/(kg K)+0.4591kJ/(kg K)0.0607kJ/(kg K)sss= = = 20 g2293.15K0.0607kJ/(kg K)17.8kJ/kgIT s= 循环后工质复原态，故就工质而言，不存在作功能力损失。 热源放热的可用能： 0,Q2 3H1293.15K10.718kJ/(kg K) (1173.15742.47)K1273.15K238.0kJ/kgxTeqT= 循环净功 net12309.2kJ/kg 134.6kJ/kg174.6kJ/kgwqq= 由于排向环境的热量可用能为零，所以 xnete,Q174.6kJ/kg