题目
氧气由 t_1 = 40^circ mathrm(C)、p_1 = 0.1 mathrm(MPa) 被压缩到 p_2 = 0.4 mathrm(MPa),试计算压缩 1 mathrm(~kg) 氧气消耗的技术功。(1)按定温压缩计算;(2)按绝热压缩计算,设比热容为定值;(3)将它们表示在 p-v 图和 T-s 图上,并比较以上两种情况下技术功的大小。
氧气由 $t_1 = 40^{\circ} \mathrm{C}$、$p_1 = 0.1 \mathrm{MPa}$ 被压缩到 $p_2 = 0.4 \mathrm{MPa}$,试计算压缩 $1 \mathrm{~kg}$ 氧气消耗的技术功。(1)按定温压缩计算;(2)按绝热压缩计算,设比热容为定值;(3)将它们表示在 $p-v$ 图和 $T-s$ 图上,并比较以上两种情况下技术功的大小。
题目解答
答案
1. 初始条件:$ T_1 = 313.15 \, \text{K} $,$ p_1 = 0.1 \, \text{MPa} $,$ p_2 = 0.4 \, \text{MPa} $,$ R = 0.2598 \, \text{kJ/(kg·K)} $,$ \gamma = 1.4 $,$ c_p = 0.9093 \, \text{kJ/(kg·K)} $。
2. 定温压缩:
\[
w_t = R T_1 \ln \frac{p_1}{p_2} = 0.2598 \times 313.15 \times \ln 0.25 \approx -112.8 \, \text{kJ/kg}
\]
3. 绝热压缩:
\[
T_2 = T_1 \left( \frac{p_2}{p_1} \right)^{\frac{\gamma - 1}{\gamma}} = 313.15 \times 1.485 \approx 465.1 \, \text{K}
\]
\[
w_t = c_p (T_1 - T_2) = 0.9093 \times (313.15 - 465.1) \approx -138.1 \, \text{kJ/kg}
\]
4. 在 $ p-v $ 图上,定温过程线 $ p v = \text{常数} $ 较缓,绝热过程线 $ p v^{\gamma} = \text{常数} $ 较陡,且 $ |w_{t,\text{绝热}}| > |w_{t,\text{定温}}| $。
在 $ T-s $ 图上,定温过程为水平线,绝热过程为垂直线,同样 $ |w_{t,\text{绝热}}| > |w_{t,\text{定温}}| $。
综上:
- 定温压缩:$ w_t \approx -112.8 \, \text{kJ/kg} $。
- 绝热压缩:$ w_t \approx -138.1 \, \text{kJ/kg} $。
- 绝热压缩技术功大于定温压缩。