工程热力学第九章

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,*,第九章,压气机的热力过程,1,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,2,压气机分类：,工作原理,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,压头高低,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,3,另有罗茨式压气机,(Roots blower),等等,压气机不是动力机，压气机中进行的过程,不是循环,4,91,单级活塞式压气机工作原理和理论耗功量,一,.,工作原理,2-3,：排气，耗外功,p,2,V,2,压气机耗功：,注意,：,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,。,1-2,：压缩，耗外功,0-1,：吸气，气体对外做功,p,1,V,1,5,二,.,理论耗功,所以,w,C,取决于初、终态及,过程特征,1.,绝热压缩,2.,多变压缩,3.,等温压缩,（定值比热容、理想气体、可逆过程）,6,讨论：,a,）,理想压缩是,等温压缩,b,）,通常为多变压缩,1nk,思考题：,自行车压力通常应维持在,0.25MPa,左右，用手动,打气筒向轮胎充气时用湿毛巾包在打气筒外壁，会有,什么后果？,W,c,如何在,T-s,图上表示？为什么？,7,92,余隙容积的影响,一,.,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：,气缸工作容积,(,活塞排量,),V,h,(=,V,1,V,3,),余隙容积,V,c,（,=,V,3,）,有效吸气容积,V,（,=,V,1,V,4,）,余隙容积比,=,V,c,/,V,h,8,生产过程：,1-2,质量,m,1,气体压缩：,p,1,p,2,2-3,气体排向储气罐,3-4,气体膨胀,p,2,p,1,4-1,气体吸入气缸,生产量,(,每周期,),：,9,二,.,余隙容积对生产量的影响,容积效率,volumetric efficiency,讨论：,生产量,m,v,h,10,三,.,余隙容积对理论耗功的影响,W,C,11,即余隙对理论耗功无影响（实际上还是使耗功增大）。,归纳：,余隙存在使,1,）生产量下降,2,）实际耗功增大,有害容积,12,93,多级压缩和级间冷却,multistage compression and intervening cooling,一,.,多级压缩,分级压缩，,级间冷却。,工程上需要高压气体，,但压缩过程中随,p,升高,T,升高；,v,下降。为使,13,二,.,理论耗功分析,1,n,低压缸,a,p,中冷器,3,n,高压缸,2,每生产,1kg,压缩气体：,令,时,14,推广：若,m,级，则,讨论：,1,）按,选择各级中间压力，优点：,a,）,各级耗功相等,（,总耗功,有利于曲轴平衡,b,）,各缸终温相同,小于不如此分配时,各缸终温中最高者，有利于润滑油工作及,使可靠性增加。,c,）,各级散热相同,各中冷器散热相等,）,15,d,）,各缸按比例缩小,e,）,对提高整机容积效率,v,有利,2,）若分级,m,，,则趋于定温压缩,但由于体积庞大，系统复杂，,可靠性下降一般,2-4,级。,3,）定温效率,isothermal efficiency,4,）真空泵,(vacuum pump),的实质也是压气机，是出,口压力为恒值,环境压力，进气压力不断降低的,压气机。,，,可逆定温压缩功与实际压缩功之比,16,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,p,1,=0.1MPa,，,p,2,=2.5MPa,=0.04,计算,单级压缩,二级压缩,17,活塞式压气机把,0.1MPa,，,298k,的,空气加压到,2.5MPa,。,试分别按单级压缩和二级压缩，中间冷却，计算压气机,容积效率及各缸终温。已知,解：单级压缩,二级压缩，中间冷却,18,19,94,叶轮式压气机,(,turbo-compressor,),的,工作原理,一,.,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,.,叶轮式压气机热力学分析,由于排量大，运转快，难冷却，可作绝热压缩考虑,centrifugal,compressor,axial-flow,compressor,20,理论耗功,实际耗功,实际多耗功,绝热内效率,(adiabatic internal efficiency),理想气体,21,叶轮式压缩机，氮气进口参数为,p,1,=0.0972MPa,，,t,1,=20,c,，,出口压力,p,2,=311.11kPa,，,进口处氮气流量,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,w,t,;,4,）若,t,0,=20,c,，,求作功能力损失,I,。,已知氮气：,压,22,解：,1,）,23,24,*,某大学实验室需,4.9MPa,压缩空气源，据市场调查，目,前市售活塞式压气机余容比,叶轮式,压气机绝热效率,cs,=0.85,，,试提出初步方案及必要的分析,计算,（,已知,T,0,=290K,，,p,0,=0.1MPa,）。,解：中间压力及压力比,25,容积效率,因为两级压气机,相同，,n,相同，所以,vc,=,vh,=0.861,若,一级压缩，则,26,若,叶轮式压气机可以实施如此大之压比，则,所以，从以上数据（及另外储气筒容积）等分析，采用,活塞式压缩机两级压缩中间冷却设计方案较合适。,作业：,27,