工程热力学与传热学气体压缩及动力过程课件

压气机压气机是生产压缩气体的设备，它不是动力机，而是用消耗机械能来得到压缩气体的一种工作机。6.1 压气机的压气过程压气机的压气过程压气机是生产压缩气体的设备，它不是动力机，而是用消耗机械1通风机（0.01MPa)鼓风机（0.010.2MPa)压气机（0.2MPa)压气机的分类：压气机的分类：按工作原理和构造来分：活塞式压气机 叶轮式压气机特殊引射式压缩器按压缩气体压力范围来分：通风机（0.01MPa)压气机的分类：按工作原理和构造来2真空泵真空泵3一、单级活塞式压气机的压气过程一、单级活塞式压气机的压气过程41：气体进入气缸：气体进入气缸12：气体在气缸内被压缩：气体在气缸内被压缩23：气体流出气缸：气体流出气缸一、单级活塞式压气机的压气过程41：气体进入气缸12：气4可能的压缩过程：可能的压缩过程：绝热过程：绝热过程：定温过程：定温过程：实际过程：实际过程：过程进行缓慢，冷却理想过程进行缓慢，冷却理想过程进行很快，且无冷却过程进行很快，且无冷却有冷却但不充分有冷却但不充分二、压气机的理论耗功量二、压气机的理论耗功量sTn定温压缩耗功最定温压缩耗功最少、终温最低少、终温最低n=k1n k可能的压缩过程：绝热过程：过程进行缓慢，冷却理想过程进行很快5多变压气过程理论消耗功多变压气过程理论消耗功：可逆绝热压缩：可逆绝热压缩：可逆多变压缩：可逆多变压缩：可逆定温压缩：可逆定温压缩：压缩比压缩比：多变压气过程理论消耗功：可逆绝热压缩：可逆多变压缩：可逆定温6空气滤清器进气阀气 缸活 塞散热片排气阀单级活塞式压气机结构示意图单级活塞式压气机结构示意图单级活塞式压气机结构示意图单级活塞式压气机结构示意图空气滤清器进气阀气 缸活 塞散热片排气阀单级活塞式压气机7二、余隙容积的影响二、余隙容积的影响 活塞运动到上死活塞运动到上死点位置时，活塞顶点位置时，活塞顶面与气缸盖间留有面与气缸盖间留有一定的空隙，称为一定的空隙，称为余隙容积。余隙容积。余隙容积余隙容积压缩过程压缩过程排气，状态不变排气，状态不变残留气体膨胀残留气体膨胀进新气，状态不变进新气，状态不变 上止点上止点（上死点）（上死点）二、余隙容积的影响 活塞运动到上死点位置时，活塞顶面与8气缸排量气缸排量v余隙容积的存在使产气量下降余隙容积的存在使产气量下降有效吸气容积有效吸气容积容积效率容积效率设设1-2和和3-4都都为多变过程，且为多变过程，且n相等，则相等，则气缸排量余隙容积的存在使产气量下降有效吸气容积容积效率设1-9生产量减少生产量减少生产量为零生产量为零增压比增压比增压比增压比余隙容积比余隙容积比余隙容积比余隙容积比增压比增压比增压比增压比 增大，增大，增大，增大，h h h hV V 越低；越低；越低；越低；增大到某值时增大到某值时增大到某值时增大到某值时h h h hV V 为零。为零。为零。为零。生产量减少生产量为零增压比余隙容积比增压比增大，hV 越10设设1 12 2和和4 43 3两过程两过程n n 相同相同理想情况下，余隙容理想情况下，余隙容积对单位产气量功耗积对单位产气量功耗无影响；实际情况并无影响；实际情况并非如此。非如此。设12和43两过程n 相同理想情况下，余隙容积对单位产气11(一一)工作原理及简图工作原理及简图双级活塞式压气机示意图 冷却水三三 双级活塞式压气机的工作过程双级活塞式压气机的工作过程(一)工作原理及简图双级活塞式压气机示意图 冷却水三 双级12p30p2p114623多变过程定温线45二二)、双级活塞式理想压缩机、双级活塞式理想压缩机 p-V p-V 图图双级压缩省功省功而且压缩终压缩终温较低温较低，有利于润滑。单级压缩：面积012560p1p4：双级压缩：面积0123460pV双级活塞式压气机p-V图p30p2p114623多变过程定温线45二)、双级活塞式理13三三)、双级活塞式压气机的耗功及最佳增压比、双级活塞式压气机的耗功及最佳增压比压缩1kg气体所消耗的功 在p1和p4 间合理选择p2，可使压气机消耗的功最少。对上式求一阶导数并令其等于零，结果解得即三)、双级活塞式压气机的耗功及最佳增压比压缩1kg气体所消耗14耗功最小，则两级增压比应相同，这个增压比称为最佳增压比。压气机消耗的功是每个气缸消耗功的两倍耗功最小，则两级增压比应相同，这个增压比称为最佳增压比。压气15采用最佳增压比，且有效冷却，则各级耗功相同，每一级均为m级压缩，最佳增压比为采用最佳增压比，且有效冷却，则各级耗功相同，每一级均为m级压16 双级压缩中间冷却T-s图 p2p3T2p11T1sT3322qLqH采用最佳增压比进行双级压缩的优点：1、省功2、各缸负荷均匀3、终温相同，各缸散热量相等 双级压缩中间冷却T-s图 p2p3T2p11T1sT17采用多级压缩，级间冷却，当级数趋向无穷多时压缩过程趋向等温压缩，此时消耗的压缩功应最小？纯粹从热力学理论来看是这样，但实践中多级压气机用于生产高压的压缩气体时，级数不能过多，级数过多会使机构复杂，造价增高，运行可靠性下降，活塞式压气机一般常用的为两级或三级，最多不超过六级。采用多级压缩，级间冷却，当级数趋向无穷多时压缩过程趋向等温18四四 叶轮式压气机叶轮式压气机 优点：流量大、气体能无间歇地连续流进流出 径流式（即离心式）轴流式 机械能增加动能压力增加叶片扩压管四 叶轮式压气机 优点：流量大、气体能无间歇地连续流进流19任意工质、任意绝热过程压缩每千克气体所消耗的功为定熵压缩0=q且不计进、出口气流动能的变化和重力位能的变化如果被压缩的是定比热容理想气体对定比热容理想气体的定熵过程任意工质、任意绝热过程压缩每千克气体所消耗的功为定熵压缩0=20