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空气在0.101 MPa和293 K下进入一个除节流过程外可逆的克劳特系统，被等温压缩到2.02 MPa和233 K，然后有70%的主流气分流到可逆绝热膨胀机中，其余空气则通过各级换热器在膨胀阀中膨胀到0.101 MPa。假设膨胀功用来辅助压缩时的单位质量
空气在0.101 MPa和293 K下进入一个除节流过程外可逆的克劳特系统，被等温压缩到2.02 MPa和233 K，然后有70%的主流气分流到可逆绝热膨胀机中，其余空气则通过各级换热器在膨胀阀中膨胀到0.101 MPa。假设膨胀功用来辅助压缩时的单位质量
admin
2009-11-16
58
问题
空气在0.101 MPa和293 K下进入一个除节流过程外可逆的克劳特系统，被等温压缩到2.02 MPa和233 K，然后有70%的主流气分流到可逆绝热膨胀机中，其余空气则通过各级换热器在膨胀阀中膨胀到0.101 MPa。假设膨胀功用来辅助压缩时的单位质量液体产品所需的净功。若该可逆克劳特系统用作制冷机，则制冷量为( )。
选项
A、92 kJ/kg压缩空气
B、95.7 kJ/kg压缩空气
C、85.6 kJ/kg压缩空气
D、62.8 kJ/kg压缩空气
答案
B
解析
由空气的压焓图查得：
h
1
(0.101 MPa，293 K)=295 kJ/kg
h
2
(2.02 MPa，293 K)=291 kJ/kg
h
3
(2.02 MPa，233 K)=228 kJ/kg
h
f
(0.10 MPa，饱和液体)=-126 kJ/kg
s
1
(0.101 MPa，293 K)=6.83 kJ/(kg.K)
s
2
(2.02 MPa，293 K)=5.95 kJ/(kg.K)
s
3
(2.02 MPa，223 K)=5.71 kJ/(kg.K)
假设为等熵膨胀，s
e
=s
3
，于是在0.101 MPa和98 K时，h
e
=97 kJ/kg。液
化率可通过教材公式(14-72)求出，式中x=q
me
/q
m
=0.7，将热力参数值
代入后求得液化率为：
y=(295-291)/(295+126)+0.7×[(228-97)/(295+126)3=0.227
单位质量压缩空气通过膨胀机的膨胀功为：
W
e
/q
m
=x(h
3
-h
e
)=0.7×(228-97)kJ/kg=91.7 kJ/kg
压缩机需用的压缩功为：
-W/q
m
=T
1
(s
1
-s
2
)-(h
1
-h
2
)
=[293×(6.83-5.95)-(295-291)]kJ/kg=253.8 kJ/kg
由于膨胀功被用于压缩过程，故压缩单位质量空气所需的净功为：
-W
net
/q
m
=W/q
m
-W
e
/q
m
=[T
1
(s
1
-s
2
)-(h
1
-h
2
)]-x(h
3
-h
e
)
=[293×(6.83-5.95)-(295-291)-0.7×(228-97)]
=162.11 kJ/kg
则液化单位质量气体所需的净功为：
该系统单位制冷量可由教材公式(14-71)求取
Q
0
/q
m
=(h
1
-h
2
)+x(h
3
-h
e
)
=[(295-291)+0.7×(228-97)]kJ/kg压缩空气
=95.7 kJ/kg压缩空气
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