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1、1.(工程热力学B 13141期末考试)燃烧室中燃气的压力为0.8MPa、温度为1000 o已知燃气的Rg=0.287kJ/(kg.K), co=L2kJ/(kg.K),等燧指数攵= 1.3。若让燃气经喷管可逆绝热膨胀降压而产生高速气流，流入压力为0.1 MPa的空间，喷管为渐缩形。试求：(1)求喷管出口气流的压力、速度及出口处的马赫数;(2)求喷管进出口的八九、她2。(16分)k_L3_解： 立=(二)Q =()田=0.546Po Z + l 1.3 + 1Pb = 0.l什Po 8 Po/.渐缩形喷管出口截面上压力比等于临界压力比，出口压力等于临界压力，出口达到音速度。p2 - pcr -
2、 0.546Po - 0.546 x 0.8 = 0A37MPa喷管出口马赫数Ma=l方法一：先求出口流速，再求焰差及温差。喷管出口的流速为临界流速，即RgT()= J2x - x 287 J/(kg . K) x (273 +1000)K =642.66 m/s f 1 I 1或 C以C/2k- 7112 % =h2r 于 2 7112 % =h2r 于 22 K 7?a7l-() k = *=642.7 m/s (不希望) k 1 gPiA/i12 =匍-力1 - cf -206.5 kJ/kg=H11 = _172KCpO方法二：先求出口温度，再求出出口流速、温差及熔差。 2 To -
3、Z + lTcr =3)=1107 K“ + l 0k或,定增流动马=/(在)k ：.心=(1000+ 273)(空)(31、=U07K (不希望)00.8A72 =72-4=T66KA/l2A/l2=%_仄二0加八刀？ =1.2x(166) = 199.2 kJ/kg或/% =% -4=-gc；2 =-206.5 kJ/kg2.已知pi=0.5MPa,力=500的空气先经调压阀，因节流产生涡流使得崎值增加Av = O. 1164kJ/(kg - K),然后再经一喷管射出，喷管出口背压pB=O.lMPa,如果喷管的流速系数为0.92,求渐缩喷管和缩放喷管两种型式时喷管出口流速c o已知空气的C
4、ZX)= 1.004 kJ/(kg K),cvo=O.717kJ/(kg K)o解：设喷管入口为。点，出口为2点空气节流后的燧变：Av =In勾 Rin四 TX pi由于节流后空气的温度不变(焰不变)，因此有：As = -Rin囱 Pl即： Po = Pi exp(-) = 0.5exp(一。/阳)=0.3298 Mpa R0.278姐= 0.303 = 0.528PO 0.3298po对渐缩喷管，出口足以达到临界截面，2773 = 644 K1.4 + 12773 = 644 K1.4 + 122T2=Tcr=T、= 2 cr k + 1 U k + 1 1c? = J2cp-马)=72x1
5、004x(723-644) = 39Sm/sT%T%对缩放喷管p2 = PB =0.lP。k1.41可逆时出口温度马5=n(也)k =723x(5L) L4 =514Kpo0.3298可逆时出 口 流速 c2s = J2cp (4-马)=72x1004x(723-514) = 648m/5实际出 口流速c:2 =(pc2s =0.92x648 = 596m/5.已知pi=0.3MPa,九二500C的空气先经调压阀，因节流产生涡流使得熠值增加加= 0.1164 kJ/(kgK),然后再经一渐缩喷管射出，喷管出口背压B=0MPa,如果喷管的流速系数为0.92,求 喷管出 口流速c。已知空气的 Cp
6、0= 1.004 kJ/(kgK), cvo=O.717 kJ/(kg K)o解：设喷管入口为。点，出口为2点空气节流后的燧变：饷 RM及p n p第2页，共6页由于节流后空气的温度不变(焰不变)，因此有：As = -Rin为Pl即:Po = Pi exp(- -) = 0.3exp(-0=0.1979 Mpau 1 R0.278生= 0.505班=0.528PO 0.1979po对渐缩喷管 因PB 0.10 _0_ Pcr,s相差较小，实际流动的临界压力与背压的大小关系=U.JUJ PB=o.MPa 假设合理! 723P2 = Per 0.1320MPT2=Tcr=6Kc2 =个2cp(7_
7、72)= 12x1004x(723-644) = 39Sm/s3 .由不变气源来的pi = 1.5 MPa ,八=27 的空气，流经一喷管进入压力保持在pb = 0.6 MPa的某装置 中。若流过喷管的流量为3kg/s,来流速度可忽略不计。（1）试设计喷管。（2）若不忽略来流速度，原设计喷管 是否可行？若进口温度及压力不变，且背压不变，随着来流速度的增加，则喷管出口速度截面参数都将怎样变 化？解：本题空气在喷管中的流动可看成可逆绝热流动。由于可忽略入口流速，则入口状态可认为是滞止状态。背压比独=% =0.4io_2m3.14渐放段长度1 =热一八 =(3.37-3.31)xl0 22 tan。
8、2 tan 5= 0.34x102”(2)当入口流速不为零时,背压比将减小，即殳宜P* P= 0.4 0.5281.5,缩放喷管仍可行。缩放喷管的出口压力仍为P2= PB= 06 MPa ,与来流速度无关。根据定炳过程参数关系,t2kP2T4k pfTk p* kk-若进口温度及压力不变，则不同来流速度下出口温度心=4(五)卜P小变。RR再根据理想气体状态方程，出口比体积也=一不变;P2第4页，共6页但出口温度以=告R（T* -?2）受滞止参数影响。入口流速越大，滞止温度T*越高，进而出口流速越大。入口流速越大，滞止温度7*越高，临界截面的温度、压力及流速也越大。喷管的质量流量也越大。 压力p
9、i = lOOkPa , t=27 的空气流经扩压管时压力提高到p2 = 180kPa。问空气进入扩压管时至少有多大流速？此时马赫数是多少？应设计成什么形状的扩压管?解：依题意，c2 =0 m/s,根据稳定状态稳定流动时的能量方程，有k-L41定燧过程，笠=4（红）k =300x（国）L4 =354.9KP100xl004x（354.9-300） = 332Am/s入口最小流速a 3（fi2 f T）二个2cp6 _）吓入口音速 ax = kR7 = 71.4x287.1x300 = 347.2m/5马赫数Max = a332 1= 0.96347.2因入口马赫数加1 =0.961,应设计成渐
10、扩型扩压管。第5页，共6页某活塞式压缩机的余隙比为0.05,进气压力与温度分别为O.IMPa、17C,压缩终态压力为0.6 MPa。 若压缩与膨胀过程的多变指数相同，均为1.2,气缸直径D=200mm,活塞行程S=300mm,机轴转速 为500r/min。(1)画出该压缩机的理论示功图；(2)求压缩机的有效吸气容积及容积效率；(3)求 压缩机排气温度及拖动压气机所需功率。(2 )工作容积%=甘_%兀N c ttxO.22 八a-S =x 0.3 = 9.43 x 10-344余隙比c=0.05 V/z贝IJ 余隙容积 V3=cVh = 0.05 x 9.43xlO-3 =4,71xl04m3最
11、大容积 V1=v3 +Vh =4.71x10-4 +9.43xlO-3 = 9.901 x 103m3多变膨胀过程 34,匕=匕(里)1/ =4.71x10-4x(竺)1/L2 =2096x1037 P0.1则有效吸气容积匕=V1-V4 =(9.9012.096)x10-3 =7.805x10-3 机3火和油方Ve 7.805 xlO-3谷积效率 77V =昔=丁 = 0.828vh 9.43乂10一372 11.21(3)压缩机排气温度丁2=71(空)n = 300X() 1.2 =4044KPl0.1压气机输出1kg高压气体所消耗轴功%=上7世1-0)(T)/-1P1二7777 X 0.2871 X 300 x(l-6(L2-1)/1-2) =-179.8 kJ/kg、1 2或 t2)= x0.2871 X(300-404.4) = -179.8kJ/kg机轴转速为500r/min时压缩机消耗的总功率：500 0.1xl03x 7.805x10 =x600.2871x300一3x 179.8 = 13.58kW第6页，共6页