压气机的压气过程

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1、7-1 7-1 按照热力学的能量按照热力学的能量转换的观点，各种压气转换的观点，各种压气机的压气过程基本上是机的压气过程基本上是相同的。相同的。能量方程能量方程：cs12)()(whhq如压气过程可逆，则如压气过程可逆，则)(d)(221121csvpvpvpw21dpvSorry,no copy!Sorry,no copy!Sorry,no copy!压气机中的压缩过程，可抽象为绝热压气机中的压缩过程，可抽象为绝热压缩、定温压缩和多变压缩分析。压缩、定温压缩和多变压缩分析。压缩终了温度压缩终了温度：功量功量：对对绝热压缩绝热压缩过程过程)(12211vpvp21,)(hhwscs)(1 1)

2、()1(1211,ppvpwscs)(1 1)1(121ppTRg)(1)()(21g210,TTRTTcwpscssT12sp1p22n2T121g121g21,lnln)()(vvTRppTRvdpwTTcs21,)()(nncsvdpw)(1 1)1(1211nnppvpnn)(1 1)1(121gnnppTRnn特点：具有余隙容积。特点：具有余隙容积。最大容积：最大容积：V1工作容积：工作容积：Vh V1 V3有效进气容积：有效进气容积：V1 V4余隙容积：余隙容积：V3压气机的轴功可按压气过程各过程功压气机的轴功可按压气过程各过程功的代数和来计算，即的代数和来计算，即14433221

3、cs)(WWWWW)(d)(d4114323221VVpVpVVpVp可见，过程线可见，过程线1-2-3-4-1包围的面积即为压气机消耗的轴功。包围的面积即为压气机消耗的轴功。将过程特征关系将过程特征关系p1p4，p2p3，v2v3，v1v4及m1m2，m3m4代入上式，得代入上式，得 )d()(2211211csvpvpvpmW)d(2211343vpvpvpm设设1-2和和3-4具有相同的过程性质：具有相同的过程性质：3421ddvpvp)d)()(22112131csvpvpvpmmW21221121csdd)(pvvpvpvpw则有则有 m1m3m每一循环活塞式压气机输出气体的质量，所

4、以按单每一循环活塞式压气机输出气体的质量，所以按单位质量气体计算，轴功可表示为位质量气体计算，轴功可表示为 活塞式压气机的余隙容积在理论上不影响压缩单位质量气活塞式压气机的余隙容积在理论上不影响压缩单位质量气体所消耗的轴功，但实际上由于存在膨胀和压缩过程的不可逆体所消耗的轴功，但实际上由于存在膨胀和压缩过程的不可逆损失，压气机耗功会增加。损失，压气机耗功会增加。由于余隙容积的存在，有效吸气容积由于余隙容积的存在，有效吸气容积V1V4，总是小于工作总是小于工作容积容积Vh，工作容积不能充分利用。通常用工作容积不能充分利用。通常用容积效率容积效率V表示压气机表示压气机工作容积的利用率。工作容积的利

5、用率。改写为改写为即即h41VVVVh3431h41)()(VVVVVVVVV 1)(1112h3nVppVV 余隙比余隙比V3/Vh 压力升高比压力升高比p2/p1 V。单级压缩单级压缩p2/p1 一般为一般为10左右，需要更高压左右，需要更高压力时，应采用多级压缩。力时，应采用多级压缩。nppVV11234)(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，也可便于按各级气缸的工作压力合理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以得到较高的容积效率。设计

6、余隙比，因而多级压缩的压气机可以得到较高的容积效率。采用中间冷却器，可降低采用中间冷却器，可降低压缩过程中气体的温度，使压压缩过程中气体的温度，使压缩终了温度不致过高。也可以缩终了温度不致过高。也可以减少压气机所消耗的轴功（减少压气机所消耗的轴功（p-V图中阴影面积图中阴影面积)。sT1322 两级压气机所消耗的轴功为两级压气机所消耗的轴功为)(1 1)(11)1(121g11csnnppTRnnw)(1 122)1(122g22nnppTRnn设气体在中冷器得到充分冷却，即设气体在中冷器得到充分冷却，即T2T1，以及两级气缸中压缩过以及两级气缸中压缩过程的多变指数相同，即程的多变指数相同，即

7、n1n2n，则上式可写为则上式可写为 )()(21)()1(23)1(121gcsnnnnppppnnTRw上式中，上式中，p1取决进气环境；取决进气环境；p3取决使用要求，均是不可改变取决使用要求，均是不可改变的。因此的。因此(ws)c仅取决于仅取决于p2 ，即，即(ws)cf(p2)，对其对其求极值，可得压气求极值，可得压气机消耗的功为极小值时中间压力机消耗的功为极小值时中间压力p2的值应为的值应为 312ppp 2312pppp即各级压气机的的增压比相同时，采用中间冷却措施的压气机所消即各级压气机的的增压比相同时，采用中间冷却措施的压气机所消耗的轴功最少耗的轴功最少。或或 通常用压气机效

8、率来说明不可逆因素的影响。通常用压气机效率来说明不可逆因素的影响。压气机无冷却时，压缩过程可认为是绝热的，其理想的过程压气机无冷却时，压缩过程可认为是绝热的，其理想的过程为定熵的，令初态及终压与实际绝热压气过程相同。则定熵过程的为定熵的，令初态及终压与实际绝热压气过程相同。则定熵过程的轴功与实际压气过程的轴功之比，称为轴功与实际压气过程的轴功之比，称为压气机的绝热效率压气机的绝热效率c,s，即，即定熵压气过程的轴功定熵压气过程的轴功实际绝热压气过程的轴功实际绝热压气过程的轴功 因此有因此有 由由c,s，便可利用定熵过程的轴功及终态参数，便可利用定熵过程的轴功及终态参数，计算实际压气过计算实际压

9、气过程消耗的轴功及压气过程的程消耗的轴功及压气过程的终态参数终态参数。一般轴流式及离心式压气机。一般轴流式及离心式压气机的绝热效率在的绝热效率在0.800.90之间。之间。csc,sc,)()(wwsssshhw,21c,s)(21cs)(hhw212,1c,hhhhss 212,1c,TTTTss 如果压气机采用冷却措施，则可以认为理想的压气过程是如果压气机采用冷却措施，则可以认为理想的压气过程是可逆定温过程。可逆定温过程的轴功和实际压气过程的轴功之可逆定温过程。可逆定温过程的轴功和实际压气过程的轴功之比称为定温效率，用比称为定温效率，用c,T表示，即表示，即 已知压气机的定温效率，便可利用

10、可逆定温过程的轴功计已知压气机的定温效率，便可利用可逆定温过程的轴功计算采用冷却措施的算采用冷却措施的压气机的轴功压气机的轴功。csc,sc,)()(wwTT 7-1 7-1 压气机中气体的压缩过程为定温过程时，压气机消耗的压气机中气体的压缩过程为定温过程时，压气机消耗的轴功最小，这是否因定温压缩过程的压缩功最小所致？轴功最小，这是否因定温压缩过程的压缩功最小所致？7-2 7-2 压气机的压缩过程为定温过程时，如工质为理想气体，压气机的压缩过程为定温过程时，如工质为理想气体，则压气机消耗的轴功全部转变为过程中气体放出的热量。试分析则压气机消耗的轴功全部转变为过程中气体放出的热量。试分析在此过程

11、中气体的火用参数如何变化？设过程为可逆的，试说明在此过程中气体的火用参数如何变化？设过程为可逆的，试说明过程中火用平衡关系。过程中火用平衡关系。7-3 7-3 如果多级压缩的分级越多，且每两级之间均设置中间冷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是否存在最小的极限值？轴功是否存在最小的极限值？7-4 7-4 如果通过各种冷却方法而使压气机的压缩过程实现为定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？温过程，则采用多级压缩的意义是什么？7-5 7-5 试分析，在增压比相同时，采用定温压缩和采用绝热压试分析，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？缩的压气机的容积效率何者高？7-6 7-6 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 题题作业：作业：热能与动力工程专业、建筑环境与设备专业热能与动力工程专业、建筑环境与设备专业 7-1,7-2,7-3,7-4,7-5，7-7 机械类以及车辆工程专业：机械类以及车辆工程专业：7-5，7-7