压缩机级的循环课件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,活塞式压缩机级的循环,2014.2,压缩机级的循环,气体的热力性质,气体状态方程,任何气体， 三者不是完全独立的，它们之间存在看一定的关系，并可表示成,对于理想气体，其状态方程,当,mkg,气体时，表示为,克拉贝隆方程,虽然理想气体实际上并不存在，但对于气体分子的体积相对于气体比容很小、分子间作用力相对于气体压力也很小时，为计算方便把它们作为理想气体来处理，误差是不大的。如对于临界温度大大低于环境温度的气体，当压力小于,10MPa,，其误差不超过,12%,。,范德瓦尔,(vanderwal),第一个提出了计及气体分子容积和作用力的实际气体状态方程,其中,a,计及分子作用力时对压力进行的修正；,b,为计及分子容积时对比容进行的修正。不同气体的,a/b,值不同，没有通用性，,a/b,值的拟合需要大量的实验数据。,能否找一个普遍化的通用状态方程，虽不准确，但能估算和实用。,工程计算中，常采用一个总的修正系数来修正理想气体状态方程；以便其满足实际气体即,气体的压缩性系数，其值与气体性质、压力和温度有关，它需由实验求得，在附录中列有常见气体的,Z,值曲线。,远离液态的气体，即使压力很高仍然有,准确性，但易于液化的气体，误差大,为了便于理解压缩因子,Z,的物理意义,实际气体比容,理想气体比容,压缩因子,Z,即为温度、压力相同时的实际气体比容与理想气体比容之比。,Z,l,，说明实际气体的比容比将之作为理想气体在同温同压下计算而得的比容大，也说明实际气体较之理想气体更难压缩；反之，若,Z,l,，则说明实际气体可压缩性大。所以,Z,是从比容的比值或从可压缩性大小来描述实际气体对理想气体的偏离,压缩性大小的原因：,1,、分子占有容积，自由空间减少，不利于压缩；,2,、分子,之间有吸引力，又易于压缩。关键看何为主要的因素，取决于气体的种类和状态,对于无,Z,值曲线的气体，或者混合气体，可近似应用通用,Z,值曲线求取。图中的曲线是按对比态原理作成的：对多种流体的实验数据分析显示，接近各自的临界点时，所有流体都显示出相似的性质，因此产生了用相对于临界参数的对比值，代替压力、温度和比容的绝对值，并用它们导出普遍适用的实际气体状态方程的想法。这样的对比值,分别被定义为对比压力 、对比温度 、对比比容,Z,c,许多大多数气体、特别是烃类气体，临界压缩系数处于,Z,c,0.230.30,，故图,Z,是按,对于 的气体，应用图查出的值，其误差小于,5%,根据对应态原理，上式可改写成,此式为编制通用压缩因子图提供了理论基础,对于任何一种气体而言都有一个特定的温度，在该温度以上，无论怎样加压，该气体都不会液化。该温度即叫做临界温度，因此，临界温度可以这样理解，即加压方法使气体液化的最高温度；在临界温度下为使气体液化所需施加的最小压力，称为“临界压力”。,但对于氢、氦、氖只有 时方可应用，而且必须用虚拟的临界压力和虚拟的临界温度,对于氨及水蒸汽，因为它们的分子非球形，正负电荷的中心并非处于分子的几何中心，因此具有极性，要产生附加的引力，不能使用此通用,Z,值曲线,对于混合气体，其压缩性系数可按下式求取,任一组分的千克分子百分比,任一组分的压缩性系数,当量千克分子量,若应用图,1-1,求取,Z,m,，则需求取混合气的当量临界压力及当量临界温度。当各组分临界压力及临界比容相近，并且满足,则当量临界压力及当量临界温度为,而氢、氦等气体，仍应以虚拟的临界压力及温度代入,当任意两组分的临界压力比超过,20%,时，当量临界压力应以下式计算,而临界温度的计算公式不变,过程方程及过程功,应符合能量守恒定律,对理想气体、实际气体以及不同的压缩过程分别进行讨论,理想气体,(1),绝热过程,对于混合气体，其绝热指数可由下式求取,理想气体绝热过程方程式,理想气体定压与定容比热与压力无关，仅仅取决于温度的变化，对于双原子气体,k=1.4-0.0005t,，认为是定值,绝热过程中的外功，以压缩过程为例，并假定对气体所作之功为正值，则对于,1kg,气体由状态,l,压缩至状态,2,对于,mkg,气体,等效,(2),多变过程,应符合能量守恒定律,过程中存在热交换，,热量变化可表示为,理想气体的焓表示为,多方指数,多方过程功,多方过程的热量,在压缩过程中，当,1,n,K,热量为负，即,热量自系统传到外界，,n,k,时，为正值，,热量自外界传入系统。膨胀过程相反,不同热力过程热交换量在,T-S,图上的表示,在压缩过程中，当,1,n,K,热量为负，即热量自系统传到外界，,n,k,时，为正值，热量自外界传入系统。膨胀过程相反,气体的吸热伴随着熵的增加，气体的发热伴随着熵的减少,(3),等温过程,等温过程功,在等温过程中，全部的功变为热量传到了外界,实际气体,理想气体的过程方程是假定气体比热与压力无关导出的，但实际气体的比热不仅与温度有关，而且还取决于压力，所以理想气体的过程方程也不能适用于实际气体,实际气体的定压比热表示为,压力趋于零，温度为,0,时的定,压比热,考虑压力、温度后的修正值,实际气体的比热比可表示为,实际气体的绝热过程方程表示为,实际气体绝热压缩过程的外功,k,v,值应取相应于,p,l,、,p,2,时容积绝热指数的平均值，容积绝热指数是一个变化,很大的数值，实际应用起来根不方便，一般是避免使用它,容积绝热指数受压力的变化影响很大，不出的氮气在,25,0,时的 值随压力变化的情况。,压力,(10,5,Pa),1,300,600,800,1000,k,v,1.41,2.39,3.30,3.80,3.90,kv,几种气体的温度绝热指数,常用的几个概念,外（内）止点,活塞行程,循环,压缩机中的级,压缩机级的循环,活塞,气缸,压缩机级的循环是指单个级中气体的循环过程,压缩机级的理论循环,假设条件：,1.,被压缩的气体能够全部排出气缸；,2.,进、排气系统无阻力损失、无气流脉动、,无热交换；,3.,压缩容积无泄漏；,4.,压缩过程指数为常数。,建立理论循环的目的，是建立压缩机性能的评价依据、研究目标和设置一个评价压缩机性能的评价标准。,外,止点,内止点,P,V,1,2,3,4,行程,S,4,1,吸气过程,1,2,压缩过程,2,3,排气过程,值得注意的是压缩机的循环过程不是热力循环，只有压缩过程是热力过程,理论循环,P-V,图,级的理论循环过程指示图,对于理想气体：,n,多变过程指数。绝热过程,n,k,；等温过程,n,1,。实际压缩过程指数一般介于,1,和,k,之间，接近绝热过程,如果是实际气体，,通常使用右式计算,级的理论循环进气量,行程容积,活塞从外止点到内止点的一个行程中所扫过 的容,积称为气缸容积,级的理论进气量,（,P,1,T,1,),状态下，活塞在一个行程中所吸进的气体体积量,级的理论进气量就等于该级的行程容积,级的理论容积流量,级的理论容积流量,q,Vth,为单位时间内所形成的工作容积之和，即等于压缩机级的理论进气量乘以转速。,理论循环指示功,理论循环指示功,压缩机完成一个理论,循环所消耗的功,指示功。为进气过程功、压缩过程功和排气过程功之和，可用图中所示的,4-1-2-3-4,面积代表。,活塞对气体做功为正，,气体对活塞做功为负,压缩机的指示功指工作腔内直接压送气体所消耗的功,4,1,进气过程,：,1,2,压缩过程：,2,3,排气过程,：,外,止点,内止点,行程,S,理论循环的指示功,理论循环指示功是完成一次循环所消耗的最小功。,W,i,是 压缩机性能好坏的重要特征。当压缩机的结构参数和工况确定后， 功的大小就取决于压缩过程的特征（也称为技术功）。,4-1-2-3-4,称为压缩过程的技术功,三种典型过程的理论循环指示功（理想气体）,压缩过程特点,过程方程,循环指示功,W,i,压缩过程功,W,p,等温,T,2,=T,1,pV=p,1,V,1,p,1,V,1,ln(p,2,/p,1,),p,1,V,1,ln(p,2,/p,1,),绝热过程,q=0,多变过程,1nk n=k nk n=k nk,