例題集

熱力学の第一法則(8) 空気圧縮機

適用レベル   難易度: ★★★
空気圧縮機を用いて,毎分$6.0\,\rm{m^{3}}$の空気($760\,\rm{mmHg}$,$15^\circ{\rm{C}}$における空気)を圧縮する場合を考える. 次の問いに答えよ. $(1)$ 空気のガス定数$R$を$287\,\rm{J/(kg\cdot K)}$として,この圧縮機を通る空気の質量流量$G\,[\rm{kg/s}]$を求めよ. $(2)$ この空気圧縮機の動力$\dot{L}$が$7\,\rm{kW}$であるとき,圧縮機を通過する空気の比エンタルピの変化$\Delta h$を求めよ. ただし,熱損失,位置エネルギーと運動エネルギーの変化は無視する.
$(1)$ \[ \begin{align} p=\frac{1}{v} =\frac{p}{RT} &=\frac{0.1013\times10^6}{287\times288.15}\\ &=1.2249\, \rm{kg/m}^3\\ \end{align}\] \[\begin{align} m=pv &=1.2249\times6.0\\ &=7.3495\,\rm{kg}\\ \end{align}\] \[ G=\frac{m}{60\,\rm{s}}=0.1225\,\rm{kg/s} \] $(2)$ \[ -\dot{L}=G\Delta h\] \[ \begin{align} \Delta h=-\frac{\dot{L}}{G} &=-\frac{7\times10^3}{0.12249}\\ &=-57.147\times10^3\\ &=-57.1\,\rm{kJ/kg} \end{align}\]