工程热力章节件

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1、第九章第九章 压气机的热力过程压气机的热力过程压缩气体的用途：动力机、风动工具、制冷工程、化学工业、潜水作业、医疗、休闲等。概述概述罗茨式压气机 按按工作原理分工作原理分活塞式压头高，流量小，间隙生产叶轮式压头低，流量大，连续生产按压头高低分按压头高低分通风机表压0.01MPa以下鼓风机表压0.10.3MPa压气机表压0.3MPa以上压气机分类：压气机分类：压气机不是动力机，压气机中进行的过程压气机不是动力机，压气机中进行的过程 不是循环不是循环91 单级活塞式压气机工作原理和理论耗功量单级活塞式压气机工作原理和理论耗功量一一.工作原理工作原理0-1：吸气，传输推动功p1v11-2：压缩，耗外

2、功21 21dwp v2-3：排气，传输推动功p2v2压气机耗功：2C1 1221dWpVp Vp V注意注意：压气机生产量通常用单位时间里生产气体的标准压气机生产量通常用单位时间里生产气体的标准 立方米表示，不同于进气或排气状态立方米表示，不同于进气或排气状态。二二.理论耗功理论耗功2C1dwv p所以wC取决于初、终态及过程特征1.绝热压缩绝热压缩C,21sswhh2.等温压缩等温压缩C,g 1lnTwR T3.多变压缩多变压缩1C,1 111nnnnwpvn1g 111R T12pp讨论：讨论：a）C,C,C,snTwww理想压缩是等温压缩b）通常为多变压缩,1nknC22nnnwTvT

3、nsTTT222Tnsvvv22292 余隙容积的影响余隙容积的影响一一.余隙容积余隙容积clearance volume产生原因布置进、排气结构制造公差部件热膨胀几个名词几个名词：余隙容积余隙容积:Vc（=V3）气缸工作容积气缸工作容积(活塞排量活塞排量):Vh(=V1V3)-cylinder displacement;strokevolume;pistondisplacement;pistonsweptvolume余隙容积比余隙容积比:(clearance-to-pistondisplacementratio)=Vc/Vh有效吸气容积有效吸气容积:Ves（=V1V4）生产过程：1-2质量m

4、1气体压缩：p1p22312VVmV 2-3 气体排向储气罐312VmV3-4 气体膨胀p2p11411VVmV4-1 气体吸入气缸生产量(每周期)：1411VVmmV生产量二二.余隙容积对生产量的影响余隙容积对生产量的影响容积效率容积效率volumetric efficiency11111111343133141nnhchcsvVVVVVVVVVVVVV讨论：;)确定，当hcVVa生产量mv;)一定当b生产量mVVvcsc三三.余隙容积对理论耗功的影响余隙容积对理论耗功的影响C1 23 4ttWWW1111144111nnnnVpnnVpnn111411nnVVpnn1111nnespVnn

5、11111nnpvnnm生产量1CC1111nnWnwv pmn生产量即余隙对理论耗功无影响（实际上还是使耗功增大）。即余隙对理论耗功无影响（实际上还是使耗功增大）。归纳：归纳：余隙存在使余隙存在使 1）生产量下降）生产量下降 2）实际耗功增大）实际耗功增大有害容积有害容积 采用多级压缩时，可把压缩过程分别在几个气缸中完采用多级压缩时，可把压缩过程分别在几个气缸中完成，可使每级气缸的增压比不会过高，也可便于按各级气成，可使每级气缸的增压比不会过高，也可便于按各级气缸的工作压力合理设计余隙比，因而多级压缩的压气机可缸的工作压力合理设计余隙比，因而多级压缩的压气机可以得到较高的容积效率。以得到较高

6、的容积效率。采用中间冷却器，可降低压缩过程中气体的温度，采用中间冷却器，可降低压缩过程中气体的温度，使压缩终了温度不致过高。也可以减少压气机所消耗使压缩终了温度不致过高。也可以减少压气机所消耗的轴功（的轴功（p-V图中阴影面积图中阴影面积)。sT1322 93 多级压缩和级间冷却多级压缩和级间冷却 储气罐冷却水高压缸低压缸进气口123452p1p12pp有一个最佳增压比有一个最佳增压比pv 省功省功123454p1ppv 省功省功IIIt(n)t(n)www分级n-12n11n-14n331()11()1npRTnpnpRTnpn-1n-124nn1122()()1nppwRTnpp分级2p1

7、23454p1ppv 省功省功n-1n-124nn1122()()1nppwRTnpp分级欲求欲求w分级分级最小值，最小值，20wp分级412ppp 2p123454p1ppv 省功省功w分级分级最小值，最小值，412ppp 最佳增压比最佳增压比1421141p pppppppp终初可证明可证明若若m级级mpp终初2412pppp2p123454p1ppvTs2p1p2p4p123456645TT 润滑油要求润滑油要求t160180,高压压气机必须分级高压压气机必须分级154p1ppv6省功省功分级分级降低出口温降低出口温多级压缩达到多级压缩达到无穷多级无穷多级(1)不可能实现不可能实现(2)

8、结构复杂结构复杂(成本高成本高)所以，一般采用所以，一般采用 2 4 级压缩级压缩T活塞式压气机的定温效率isothermalefficiencyC,C,CTTww例：压气机若已实现等温压缩，是否还有必要进行分级压缩，中间冷却，为什么？答：需要，虽然实现等温压缩后耗功最小，但若压比过大，v仍很小，分级后有助于提高v，如图。若以p1=0.1MPa，p2=2.5MPa=0.04计算单级压缩04.012504.0111111nv二级压缩512pphl706.01504.01211,hvlvv例：活塞式压气机把0.1MPa，298k的空气加压到2.5MP。试分别按单级压缩和二级压缩，中间冷却，计算压气

9、机容积效率及各缸终温。已知25.104.0nVVhc解：单级压缩cKTTnn3.2943.5671.05.229825.1125.1112二级压缩，中间冷却5.122.05.221.02.02.01halappMPap即若525.011.05.204.011125.111nv95 叶轮式压气机叶轮式压气机(turbo-compressor)工作原理工作原理centrifugal（离心式）compressoraxial-flow(轴流式）compressor 一一.简介简介 叶轮式压气机：转速高；连续吸，排气，运转平稳；排气量大没有余隙影响；但每级压比不高。二二.叶轮式压气机热力学分析叶轮式压气

10、机热力学分析由于排量大，运转快，难冷却，可作绝热压缩考虑理论耗功理论耗功C,21sswhh实际耗功实际耗功C21whh实际多耗功C2222sswhhmnm 面积绝热内效率绝热内效率(adiabaticinternalefficiency)C21CSC21sswhhwhh理想气体理想气体2121CS2121CSssTTTTTTTT例：叶轮式压缩机，氮气进口参数为p1=0.0972MPa，t1=20c，出口压力p2=311.11kPa，进口处氮气流量min3.1133mqV气机绝热效率c,s=0.80，略去进出口动能差和位能差，求：1）压气机定熵压缩的耗功量;2）实际耗功量;3）由于不可逆而多耗功

11、wt;4）若t0=20c，求作功能力损失I。已知氮气：4.1297.0038.1KkgkJRKkgkJcgp压kWkJttcqWpmts97.252min151785.408293038.16.12621,kWkJWWsctsts21.316min5.189728.015178)2,kWkJWWWtstst24.63min5.3794151785.18972)3,KppTT5.4082.9711.311)15.27320(4.114.111212解：1）min/6.126895.03.113/895.02.9729329713111kgvqqkgmpTRvVmgKTTTTsc4.4378.05

12、.408293293)4,1212kWkJssTsTINiso87.43min9.2631983.82932002222 22lnln2ppRTTcqspmN5.4084.437ln038.16.126ln22TTcqpmmin/983.8KkJ1 1。如果多级压缩的分级越多，且每两级之间均设置中间冷却措如果多级压缩的分级越多，且每两级之间均设置中间冷却措施，则压气机消耗的轴功将减少的越多，试问压气机消耗的轴功施，则压气机消耗的轴功将减少的越多，试问压气机消耗的轴功是否存在最小的极限值？是否存在最小的极限值？2 2。如果通过各种冷却方法而使压气机的压缩过程实现为定温过如果通过各种冷却方法而使压气机的压缩过程实现为定温过程，则采用多级压缩的意义是什么？程，则采用多级压缩的意义是什么？3 3。试分析，在增压比相同时，采用定温压缩和采用绝热压缩的。试分析，在增压比相同时，采用定温压缩和采用绝热压缩的压气机的容积效率何者高？压气机的容积效率何者高？4 4。试说明余隙容积对实际压气机消耗的轴功是否有影响？。试说明余隙容积对实际压气机消耗的轴功是否有影响？思思 考考 题题