§2.2.1压缩机的热力性能和计算
一、排气压力和进、排气系统
（1）排气压力
①压缩机的排气压力可变，压缩机铭牌上的排气压力是指额定值，压缩机可以在额定排气压力以内的任意压力下工作，如果条件允许，也可超过额定排气压力工作。
②压缩机的排气压力是由排气系统的压力（也称背压）所决定，而排气系统的压力又取决于进入排气系统的压力与系统输走的压力是否平衡，如图2-20所示。
③多级压缩机级间压力变化也服从上述规律。首先是第一级开始建立背压，然后是其后的各级依次建立背压。
（2）进、排气系统
如图所示。
①图a的进气系统有气体连续、稳定产生，进气压力近似恒定；排气压力也近似恒定，运行参数基本恒定。
②图b的进气系统有气体连续、稳定产生，进气压力近似恒定；排气系统为有限容积，排气压力由低到高逐渐增加，一旦达到额定值，压缩机停止工作。
③图c的进气系统为有限容积，进气压力逐渐降低；排气系统压力恒定，一旦低于某一值，压缩机停止工作。
④图d的进、排气系统均为有限容积，压缩机工作后，进气压力逐渐降低；排气系统压力不断升高，当进气系统低于某一值或排气系统高于某一值，压缩机停止工作。
二、排气温度和压缩终了温度
（1）定义和计算
压缩机级的排气温度是在该级工作腔排气法兰接管处测得的温度，计算公式如下：
压缩终了温度是工作腔内气体完成压缩机过程，开始排气时的温度，计算公式如下：
排气温度要比压缩终了温度稍低一些。
（2）关于排气温度的限制
①汽缸用润滑油时，排气温度过高会使润滑油黏度降低及润滑性能恶化；另外，空气压缩机中如果排气温度过高，会导致气体中含油增加，形成积炭现象，因此，一般空气压缩机的排气温度限制在160°C以内，移动式空气压缩机限制在180°C以内。
②氮、氨气压缩机考虑到润滑油的性能，排气温度一般限制在160°C以内。
③压缩氯气时，对湿氯气的排气温度限制在100°C，干氯气的排气温度限制在130°C。
④石油压缩机的排气温度一般不超过100°C。
⑤乙炔压缩机的排气温度一般不超过100°C。
⑥汽缸无由润滑压缩机，如果使用自润滑材料做密封元件，允许的排气温度取决于自润滑材料的性质，如填充聚四氟乙烯材料的限制温度为180°C。
三、排气量和供气量
（1）定义
①排气量（也称容积流量、输气量）q V：通常是指在所要求的排气压力下，压缩机最后一级单位时间内排出气体，换算到第一级进口状态的压力和温度时的气体容积值，单位m3/min 或 m3/h 。
排气量换算时的几个注意事项：
a、如果被压缩气体中含有水蒸气，压缩完成后经冷却分离出来，这部分水分也应该换算成一级进口状态的水蒸
气容积计入排气量。
b、如果有一些组分气体在压缩到一定压力后被洗涤清除，这部分气体也应该包含在排气量中并换算到一级进口
状态。
c、对于实际气体，若是根据气体出口高压下测得的体积进行换算，应考虑气体的可压缩性的影响。
d、压缩机排气量是压缩机吸入量减去各级泄露的剩余气量，排气量可以变化，压缩机铭牌上标注的排气量指的是
额定工况下容积流量数值。
②供气量（标准容积流量）：指压缩机单位时间内排出的气体容积折算到标准状态下时的干气体容积值。
供气量换算时的几个注意事项：
a、级间如果有冷凝水析出，则被分离掉的冷凝水不计入供气量。
b、级间如果进行抽气洗涤净化，则被洗涤掉的组分不计入供气量。
c、级间如果被压缩介质在到达压缩机出口之前被抽走并用于工艺流程，则这部分被抽调的气体也应该换算成干气
体，计入供气量。
d、若中途加入其他气体并由机组出口排出，则这部分气体计入供气量。
③理论容积量：单位时间内所形成的压缩机工作容积之和，等于每转总工作容积或排量乘以转速。
（2）排气量的计算：
①根据实测值换算：
当实际测得末级排气量时，可按照下式求解压缩机的排气量：
容积流量随压缩机的进口状态而变，它不反映压缩机所排气体的物质数量。
②根据理论计算：
根据定义，排气量等于压缩机每一转吸进的气体扣除中途泄漏到机器外部的气体，再乘以转速，即：
（4）供气量与容积流量的关系：
四、压缩机热力分析和计算
（1）冷却析水问题
用于压缩湿气体的压缩机，中间各级或末级排气经冷却后，气体的含湿量会增加，如果水蒸气的分压达到相应温度下的饱和蒸汽压，就会有水分从气体中析出。
①任意压缩机的第一级的析水系数为1。
②多级压缩机任意第i级的析水系数为：
当压力较高时，可简化为：
（2）各级泄露问题
①直接泄入大气或第一级进气管道的气体，因是泄漏到压缩机之外，故称为外泄露。如一级进气阀的泄漏，各工作腔填料的泄漏，活塞环向大气或向第一级进气系统的泄漏等。
②气体仅由高压级或高压区泄入低压区，但仍在压缩机之内，故称为内泄漏。
③外泄漏直接降低排气量并增加功率消耗，内泄露不直接影响排气量，但能影响级间压力分配，倘若泄漏影响到第一级排气压力，也能间接影响排气量。
④在第一级汽缸膨胀和进气过程中，若有气体泄入该缸容积，也属外漏。
⑤泄漏系数与汽缸的排列方式、汽缸与活塞杆的直径、曲轴转速、气体压力的高低一级气体性质有关。
⑥有油润滑压缩机一般取0.9-0.98，无油润滑压缩机一般取0.85-0.95。
§2.2.1压缩机的热力性能和计算 一、排气压力和进、排气系统 （1）排气压力 ①压缩机的排气压力可变，压缩机铭牌上的排气压力是指额定值，压缩机可以在额定排气压力以内的任意压力下工作，如果条件允许，也可超过额定排气压力工作。 ②压缩机的排气压力是由排气系统的压力（也称背压）所决定，而排气系统的压力又取决于进入排气系统的压力与系统输走的压力是否平衡，如图2-20所示。 ③多级压缩机级间压力变化也服从上述规律。首先是第一级开始建立背压，然后是其后的各级依次建立背压。 （2）进、排气系统 如图所示。
①图a的进气系统有气体连续、稳定产生，进气压力近似恒定；排气压力也近似恒定，运行参数基本恒定。 ②图b的进气系统有气体连续、稳定产生，进气压力近似恒定；排气系统为有限容积，排气压力由低到高逐渐增加，一旦达到额定值，压缩机停止工作。 ③图c的进气系统为有限容积，进气压力逐渐降低；排气系统压力恒定，一旦低于某一值，压缩机停止工作。
④图d的进、排气系统均为有限容积，压缩机工作后，进气压力逐渐降低；排气系统压力不断升高，当进气系统低于某一值或排气系统高于某一值，压缩机停止工作。
二、排气温度和压缩终了温度 （1）定义和计算 压缩机级的排气温度是在该级工作腔排气法兰接管处测得的温度，计算公式如下： 压缩终了温度是工作腔内气体完成压缩机过程，开始排气时的温度，计算公式如下： 排气温度要比压缩终了温度稍低一些。 （2）关于排气温度的限制 ①汽缸用润滑油时，排气温度过高会使润滑油黏度降低及润滑性能恶化；另外，空气压缩机中如果排气温度过高，会导致气体中含油增加，形成积炭现象，因此，一般空气压缩机的排气温度限制在160°C以内，移动式空气压缩机限制在180°C以内。
类型三：利用热量公式计算 在冬天为使房间里保持一定的温度，每小时要供给4.2×106 焦的热量，若进入散热器中水的温度是80℃，从散热器流出的水的温度是72℃，问每小时要供给散热器多少80℃的水？ 【分析与解答】可利用公式Q 放=Cm(t 0-t)变形为：) (0t t C Q m -=放求出m 。 解：Q 放=Cm( t 0-t) )kg () (..)t t (C Q m 1257280102410243 6 0=-???=-=放 变式1：利用热量公式计算 质量为0.5千克的铝壶里装了2千克的水。初温度为20℃，如果它吸收了265.2×10 3 焦的热量，温度可升高到多少摄氏度？[铝比热容为0.88×103 焦/（千克·℃）] 【分析与解答】解此类题目的关键是如何确定容器的初温和末温，只要用容器盛液体加热或冷却，容器的初温和末温与液体的初温和末温相同。本题参与吸热物体分别为水和铝壶，它们初温相同，末温也相同可利用公式Q 吸=Cm(t-t 0)变形后求末温度。 解：Q=Q 铝+Q 水=C 铝m 铝(t-t 0)+C 水m 水(t-t 0) 得 C t m C m C Q t ?=+??+???=++= 50205.01088.02102.4102.265333 水 水铝铝 变式2：利用热量公式计算 小明家新安装了一台容积为0.5m 3的太阳能热水器，加满水后，经过4h 阳光的照射，水温由原来的20℃升高到了40℃．问：在这4h 内水吸收了多少热量?若这些热量由效率为20％的火炉燃烧焦炭来提供，则需要燃烧多少千克焦炭?[水的比热容c 水＝4.2×103J/(kg ·℃)、焦炭的热值g ＝3.0×107J/kg ] 【分析与解答】太阳能热水器内水的质量 m ＝ρV ＝1.0×103kg/m 3×0.5m 3＝500kg 需要吸收的热量： Q 吸＝cm △t ＝4.2×103J /(kg ·℃)×500m 3×(40℃－20℃)＝4.2×107J 焦炭放出的热量 Q 放＝m 炭·q 火炉的转化效率： 77 4.2103.010/Q J Q m J k g η?==??吸放炭 77 4.210720% 3.010/J m kg J kg ?==??炭
《热力学基础》计算题答案全 1. 温度为25℃、压强为1 atm 的1 mol 刚性双原子分子理想气体，经等温过程体积膨胀至原来的3倍． (普适气体常量R ＝8.31 1--??K mol J 1，ln 3=1.0986) (1) 计算这个过程中气体对外所作的功． (2) 假若气体经绝热过程体积膨胀为原来的3倍，那么气体对外作的功又是多少？ 解：(1) 等温过程气体对外作功为 ? ?== = 333ln d d V V V V RT V V RT V p W 2分 =8.31×298×1.0986 J = 2.72×103 J 2分 (2) 绝热过程气体对外作功为 RT V p 1 311131001--=--= --γγγ γ 2分 ＝2.20×103 J 2分 2.一定量的单原子分子理想气体，从初态A 出发，沿图示直线过程变到另一状态B ，又经过等容、等压两过程回到状态A ． (1) 求A →B ，B →C ，C →A 各过程中系统对外所作的功W ，内能的增量?E 以及所吸收的热量Q ． (2) 整个循环过程中系统对外所作的总功以及从外界吸收的总热量(过程吸热的代数和)． 解：(1) A →B ： ))((2 1 1A B A B V V p p W -+==200 J ． ΔE 1=??C V (T B －T A )=3(p B V B －p A V A ) /2=750 J Q =W 1+ΔE 1＝950 J ． 3分 B → C ： W 2 =0 ΔE 2 =??C V (T C －T B )=3( p C V C －p B V B ) /2 =－600 J ． Q 2 =W 2+ΔE 2＝－600 J ． 2分 C →A ： W 3 = p A (V A －V C )=－100 J ． 150)(2 3)(3-=-=-=?C C A A C A V V p V p T T C E ν J ． Q 3 =W 3+ΔE 3＝－250 J 3分 (2) W = W 1 +W 2 +W 3=100 J ． Q = Q 1 +Q 2 +Q 3 =100 J 2分 3. 0.02 kg 的氦气(视为理想气体)，温度由17℃升为27℃．若在升温过程中，(1) 体
对以下三种压缩机作热力计算，制冷剂R22.。 1.半封闭活塞式压缩机，中温工况。气缸数i=2，气缸直径D =60mm ，活塞行程S =50mm ，相对余隙容积 c =2.5%，转速n =1440r/min 。 解：循环的p-h 图如图所示， 图上标注了各状态点。 查表可知：t 4=-6.7 t 3=48.9，t 1=18.3 。 见表见下表。 （1）单位质量制冷量 kg kJ kg k h h m /556.158/J )727.261283.420(q 410=-=-= （2）单位理论功 kg kJ kg kJ h h /726.44/)283.420009.465(12ts =-=-=ω （3）理论容积输气量 /h m 427.24/h m 06.005.01440212.4712.47q 3322V =????==inSD t （4）容积效率 ①容积系数V λ 8873.0]1)6 .3978.1893[(0375.01]1)([c -1125 .11 10k V =--=-=m p p λ 点 t/ p/kPa v/(m3/kg) h/(kJ/kg) 比熵s/[kJ/(kg.)] 1 18.3 397.6 0.065876 420.283 1.8245 2 1893.8 465.009 1.8245 3 48.9 1893.8 261.727 4 -6.7 397.6 261.727
式中：c 的经验取值约在1.5%-6%，取平均值c=0.0375； m 的在氨压缩机的范围是1.10-1.15，取平均值1.125； ②压力系数p λ 96.004.01-10 s 1 s V =-=?=p p λ 式中:对于氨压缩机，一般，取=0.04 ③温度系数T λ 根据蒸发温度和冷凝温度查表知79.0T =λ ④泄漏系数1λ 一般推荐99.0-97.01=λ，取1λ=0.975 故容积效率V η 6561.0975.079.096.08873.01V =???==λλλληT p V （5）实际质量输气量m a q h kg h kg q Vt V ma /2837.243/065876 .0427 .246561.0q 1=?== νη （6）实际制冷量0Φ W q m k 7076.103600 446 .1582837.2433600q 0ma 0=?==Φ （7）等熵功率 kW kW q ts ma ts 5177.33600 726 .446629.2823600P =?==ω （8）电效率el η 取指示功率 、机械功率92.0m =η、电动机效率84.0mo =η 则电效率 66.084.092.086.0el =??==mo m i ηηηη
《热力学基础》计算题 1. 温度为25℃、压强为1 atm 的1 mol 刚性双原子分子理想气体，经等温过程体积膨胀 至原来的3倍． (普适气体常量R ＝8.31 1 --??K mol J 1，ln 3=1.0986) (1) 计算这个过程中气体对外所作的功． (2) 假若气体经绝热过程体积膨胀为原来的3倍，那么气体对外作的功又是多少？ 解：(1) 等温过程气体对外作功为 ??=== 0000333ln d d V V V V RT V V RT V p W 2分 =8.31×298×1.0986 J = 2.72×103 J 2分 (2) 绝热过程气体对外作功为 V V V p V p W V V V V d d 000 03003??-== γγ RT V p 1 311131001--=--=--γγγ γ 2分 ＝2.20×103 J 2分 2.一定量的单原子分子理想气体，从初态A 出发，沿图示直线过程变到另一状态B ，又经过等容、 等压两过程回到状态A ． (1) 求A →B ，B →C ，C →A 各过程中系统对外所作的功W ，内能的增量?E 以及所吸收的热量Q ． (2) 整个循环过程中系统对外所作的总功以及从外界吸收的总热量(过程吸热的代数和)． 解：(1) A →B ： ))((211A B A B V V p p W -+==200 J ． ΔE 1=ν C V (T B －T A )=3(p B V B －p A V A ) /2=750 J Q =W 1+ΔE 1＝950 J ． 3分 B → C ： W 2 =0 ΔE 2 =ν C V (T C －T B )=3( p C V C －p B V B ) /2 =－600 J ． Q 2 =W 2+ΔE 2＝－600 J ． 2分 C →A ： W 3 = p A (V A －V C )=－100 J ． 150)(2 3)(3-=-=-=?C C A A C A V V p V p T T C E ν J ． Q 3 =W 3+ΔE 3＝－250 J 3分 (2) W = W 1 +W 2 +W 3=100 J ． Q = Q 1 +Q 2 +Q 3 =100 J 2分 1 2 3 1 2 O V (10-3 m 3) 5 A B C
蒸气压缩式热泵热力计算报告 一、题目 某空气/水热泵系统，其制热时的工作条件为：空调用供热水进、出口温度分别为26?C、40?C，蒸发器进口空气的干球温度为16?C，冷凝器出口液体过冷度为6?C，蒸发器出口气体过热度为10?C。压缩机的理论输气量V h=35 m3/h，输气系数λ=0.8，指示效率ηi=0.85，机械效率ηm=0.9。工质为R134a。 EES程序及计算结果 t_s1=26 "供热水进口温度" t_s2=40 "供热水出口温度" t_ein=16 "蒸发器进口空气干球温度" deltat_c=6 "冷凝器出口液体过冷度" deltat_e=10 "蒸发器出口气体过热度" V_h=35 "压缩机理论输气量" lambda=0.8 "输气系数" eta_i=0.85 "指示效率" eta_m=0.9 "机械效率" deltat=8 "冷凝器侧和蒸发器侧传热温差" t_e=t_ein-deltat "蒸发温度" t_c=(t_s1+t_s2)/2+deltat "冷凝温度" t_g=t_c-deltat_c "过冷温度" t_1=t_e+deltat_e "吸气温度" t_0=t_e x_0=1 p_0=pressure(R134a,t=t_0,x=x_0) p_1=p_0 h_1=enthalpy(R134a,t=t_1,p=p_1) v_1=volume(R134a,t=t_1,p=p_1) s_1=entropy(R134a,t=t_1,p=p_1) t_6=t_c x_6=0 p_6=pressure(R134a,t=t_6,x=x_6) p_2=p_6 s_2=s_1 h_2=enthalpy(R134a,p=p_2,s=s_2) t_3=t_g p_3=p_6 h_3=enthalpy(R134a,t=t_3,p=p_3) h_4=h_3 q_e=h_1-h_4 "单位质量吸热量" w_0=h_2-h_1 "单位理论压缩功" w_e=w_0/eta_i/eta_m "单位实际压缩功" q_h0=h_2-h_3 "单位理论制热量" q_h=q_e+w_e "单位实际制热量"
2 热力学计算 2.1 初步确定各级排气压力和排气温度 2.1.1 初步确定各级压力 本课题所设计的压缩机为单级压缩 则： 吸气压力：P s =0.1Mpa 排气压力：P d =0.8Mpa 多级压缩过程中，常取各级压力比相等，这样各级消耗的功相等，而压缩机的总耗功也最小。各级压力比按下式确定。 i ε=（2-1） 式中： i ε—任意级的压力比； t ε—总压力比； z —级数。 总压力比：t ε= 0.8/0.1=8 各级压力比： 83.28==ε i 压缩机可能要在超过规定的排气压力值下工作，或者所用的调解方式（如余隙容积调节和部分行程调节）要引起末级压力比上升而造成末级气缸温度过高，末级压力比值取得较低，可按下式选取： Z =εε t i )75.0~9.0( （2-2） 则各级压力比： ε 2=2.12~2.55=2.5 ε 1 =3.2 各级名义进、排气压力及压力比已经调整后列表如下 表2-1 各级名义进、排气压力及压力比 级数 名义进气压力 p 1（MPa ） 名义排气压力 p 2（Mpa ） 名义压力比 ε Ⅰ 0.1 0.32 3.2 Ⅱ 0.32 0.8 2.5
2.1.2 初步确定各级排气温度 各级排气温度按下式计算： 1n n d s i T T ε-= （2-3） 式中：T d —级的排气温度，K ； T s —级的吸气温度，K ； n —压缩过程指数。 在实际压缩机中，压缩过程指数可按以下经验数据选取。 对于大、中型压缩机：n k = 对于微、小型空气压缩机：(0.9~0.98)n k = 空气绝热指数k =1.4，则(0.9~0.98)(1.26~1.372)n k ==，取n =1.30 各级名义排气温度计算结果列表如下。 一级的吸气温度T s1=210C+273=294（K ） 一级的排气温度T d1==X =-2 .323 .0113.11 1294εT s 382(K) 二级的吸气温度T s2=400C+273=313（K ） 二级的排气温度：=X =-5 .223 .0113.12 2313εT s 471(K)=386(K) 表2-2 各级排气温度 级数 名义吸气温度T 1 压缩过程指数n n n 1-'）（ε 名义排气温度T 2 ℃ K ℃ K Ⅰ 21 294 1.30 1.31 130 382 Ⅱ 40 313 1.30 1.313 1.23 386 2.2 确定各级的进、排气系数 2.2.1 计算容积系数v λ 容积系数是由于气缸存在余隙容积，使气缸工作容积的部分容积被膨胀气体占据，而对气缸容积利用率产生的影响。 )1(11 --=m v εαλ （2-4） 式中： v λ—容积系数； α —相对余隙容积； ε — 压力比。 各级膨胀过程指数m 按下表计算。
第一部分热力计算 一、初始条件 1.排气量：Q N=20Nm3/min 2.压缩介质：天然气 （气体组分：CH4:94%；CO2:0.467%；N2:4.019%；C2H6:1.514%） 3.相对湿度：ψ=100% 4.吸入压力：P S0=0.4 MPa（绝对压力） 5.排出压力：P d 0=25.1 MPa（绝对压力） 6.大气压力：P0 =0.1 MPa（绝对压力） 7.吸入温度：t S0=35℃(T S0=308°K) 8.排气温度：t d0=45℃(T d0=318°K) 9.压缩机转速：n=740rpm 10.压缩机行程：S=120mm 11.压缩机结构型式：D型 12.压缩级数：4级 13.原动机：低压隔爆异步电机，与压缩机直联 14.一级排气温度：≤130℃ 二、初步结构方案 三、初始条件换算（以下计算压力均为绝对压力） Q= Q N×［P0×T S0／（P S0-ψ×P sa）×T0］
进气温度状态下的饱和蒸汽压为P sa =0.005622 MPa P 0 =0.1MPa T 0=273°K 其余参数详见初始条件。 Q= 20×［0.1×308／（0.4-1×0.005622）×273］=5.72m 3/min 四、 级数的选择和各级压力 要求为四级压缩 总压缩比ε0=01 4S d P P =0.425.1 =62.75 ε10=ε20=ε30=ε40=4 75.62=2.8145 求出各级名义压力如下表 五、 计算各级排气温度 查各组分气体绝热指数如下： CH 4: 94% K=1.308； CO 2: 0.467% K=1.30 N 2: 4.019% K= 1.40； C 2H 6: 1.514% K=1.193 11-K =∑1r i -Ki ＝11.3080.94- ＋1.310.00467- ＋11.40.04019- ＋1 1.1930.01514 - =3.2464
热学计算 1．（09一模）(7分)小明为了探究太阳光的辐射情况，分别用水和细沙做实验，该实验不计热量损失。[水的比热容为4．（09一模）2×103J／(kg·℃)，细沙的比热容为O．92×103J ／(kg·℃)，液化气的热值为100 J／cm3]试求： (1)用一底面积为0.1 m2的方形水槽装了6 kg水，在中午的太阳光下照射25 min,水的温度升高了5℃。水吸收的热量是多少? (2)设每平方米水面上、平均每分钟太阳辐射的热量为N，则N是多少? (3)将水槽中的水倒掉，然后平铺上6 kg的细沙，在中午的太阳光下照射23 min，细沙的温度能升高多少? (4)细沙吸收的这些热量相当于完全燃烧多少立方厘米液化气所产生的热量? 2．（09二模）(7分)小明家用的是太阳能热水器，该热水器水箱的容积是200L。某天早晨，他给热水器的水箱加满20℃的自来水。中午时，热水器水箱中的水温为45℃。 [ρ水=1.O×103kg／m3，c水=4.2×103J／(kg·℃)，q煤气=4.2×107J／kg) 试求：(1)水箱中水的质量是多少? (2)这些水吸收的热量是多少? (3)用煤气灶加热时，也使这些水从20℃升高到45℃，共燃烧了2kg煤气。则用该煤气灶烧水的效率是多少? 3．（09中考）(6分)某浴池用的是地下温泉水，浴池中水的体积是40m3，初温是85℃，当温度降到45℃时可供洗浴使用。温泉水的密度约为1.0×103 kg／m3，温泉水的比热容约为4.2×103 J／(kg·℃)，煤的热值是3.O×107J／kg试求： (1)浴池中温泉水的质量是多少? (2)当浴池中的温泉水从85℃降到45℃时，放出的热量是多少? (3)温泉水放出的这些热量相当于完全燃烧多少千克的煤? 4.（10一模）(5分)某种汽油的热值是4.6×107J／kg，水的比热容是4.2×103J／(kg·℃)。试求： (1)完全燃烧2l0g的汽油，能放出多少热量? (2)如果这些热量全部被水吸收，水温从20℃升高到43℃。则水的质量是多少? 5．（10二模）用锅炉烧水时，将50kg的水由20℃加热到l00℃，需要完全燃烧2kg的烟煤。水的比热容是4.2×103J／(kg·℃)，烟煤的热值是3.O×107J／kg。 试求： (1)水吸收的热量是多少? (2)烟煤放出的热量是多少? (3)锅炉烧水的效率是多少? 6.（10中考）(5分)用烟煤烧水时，将lOkg的水从20℃加热到100℃，燃烧了1.4kg的烟煤。水的比热容是4.2×103J／(kg·℃)，烟煤的热值约为3×107J／kg。试求： (1)水吸收的热量是多少? (2)1.4kg的烟煤完全燃烧放出的热量是多少? (3)实际上烟煤未完全燃烧。若水吸收的热量是烟煤放出热量的8.4％，那么烟煤实际放出的热量是多少? 7．（11一模）(5分)某太阳能热水器的水箱内装有50kg的水，太阳光照射一段时间后，水温从20℃升高到60℃。水的比热容是4.2×103J／(kg·℃)，焦炭的热值是3.O×107J／kg。
如何根据压缩机的制冷量配冷凝器散热面积？ 帖子创建时间: 2013年03月04日08:34评论：1浏览：2520投稿 1）风冷凝器换热面积计算方法 制冷量+压缩机电机功率/200~250=冷凝器换热面例如：（3SS1-1500压缩机）CT=40℃：CE=-25℃压缩机制冷量=12527W+压缩机电机功率11250W=23777/230=风冷凝器换热面积103m2 2）水冷凝器换热面积与风冷凝器比例=概算1比18（103 /18）=6m2 蒸发器的面积根据压缩机制冷量（蒸发温度℃×Δt相对湿度的休正系数查表）。 3）制冷量的计算方法：=温差×重量/时间×比热×设备维护机构 例如：有一个速冻库 1）库温-35℃ 2）速冻量1T/H 3）时间2/H内 4）速冻物质（鲜鱼） 5）环境温度27℃ 6）设备维护机构保温板计算：62℃×1000/2/H×0.82×1.23=31266 kcal/n 可以查压缩机蒸发温度CT =40 CE-40℃制冷量=31266 kcal/n 冷凝器换热面积大于蒸发器换热面积有什么缺点 如果通过加大冷凝风扇的风量可以吗 rainbowyincai |浏览1306 次 发布于2015-06-07 10:19 最佳答案 冷凝器换热面积大于蒸发器换热面积的缺点： 1、高压压力过低；
2、压机走湿行程，易液击，通过加大蒸发器风扇的风量。风冷
冷凝器和蒸发器换热面积计算方法： 1、风冷凝器换热面积计算方法：制冷量+压缩机电机功率/200~250=冷凝器换热面积 例如：（3SS1-1500压缩机）CT=40℃：CE=-25℃压缩机制冷量=12527 W+压缩机电机功率11250W=23777/230=风冷凝器换热面积103m2。 2、水冷凝器换热面积与风冷凝器比例=概算1比18（103 /18）=6m2，蒸发器的面积根据压缩机制冷量（蒸发温度℃×Δt相对湿度的休正系数查表）。 （注：文档可能无法思考全面，请浏览后下载，供参考。可复制、编制，期待你的好评与关注）
、室内一根水平放置的无限长的蒸汽管道，其保温层外径d=583 mm，外表面 实测平均温度及空气温度分别为，此时空气与管道外 表面间的自然对流换热的表面传热系数h=3.42 W /(m2 K),墙壁的温度近似取为 室内空气的温度，保温层外表面的发射率 问：(1)此管道外壁的换热必须考虑哪些热量传递方式； (2)计算每米长度管道外壁的总散热量。(12分) 解： (1)此管道外壁的换热有辐射换热和自然对流换热两种方式。 (2)把管道每米长度上的散热量记为qi 当仅考虑自然对流时，单位长度上的自然对流散热 q i,c =二d h t =二dh (j - t f ) = 3.14 0.583 3.42 (48 - 23 ) 二156 .5(W / m) 近似地取墙壁的温度为室内空气温度，于是每米长度管道外表面与室内物体及墙壁 之间的辐射为： q i厂d (T； -T；) = 3.14 0.583 5.67 10》0.9 [(48 273)4-(23 273)4] = 274.7(W /m) 总的散热量为q i = q i,c +q i,r = 156.5 +274.7 = 431.2(W/m) 2、如图所示的墙壁，其导热系数为50W/(m- K),厚度为50mm在稳态情况下的 墙壁内的一维温度分布为：t=200-2000x 2，式中t的单位为°C, x单位为m 试 求： t (1) 墙壁两侧表面的热流密度； (2) 墙壁内单位体积的内热源生成的热量 2 t =200 —2000x
解：(1)由傅立叶定律: ① dt W q ' (―4000x) = 4000二x A dx 所以墙壁两侧的热流密度： q x _. =4000 50 0.05 =10000 (1)由导热微分方程 茫?生=0得: dx 扎 3、一根直径为1mm 勺铜导线，每米的电阻为2.22 10 。导线外包有厚度为 0.5mm 导热系数为0.15W/(m ? K)的绝缘层。限定绝缘层的最高温度为 65°C,绝 缘层的外表面温度受环境影响，假设为40°C 。试确定该导线的最大允许电流为多 少？ 解：(1)以长度为L 的导线为例，导线通电后生成的热量为I 2RL ,其中的一部分 热量用于导线的升温，其热量为心务中：一部分热量通过绝热层的 导热传到大气中，其热量为：门二 1 , d In 2 L d 1 根据能量守恒定律知：l 2RL -门 述二厶E = I 2RL -门 即 E = — L dT m = I 2RL - t w1 _tw2 4 di 1 , d 2 In 2 L d 1 q v 、d 2t ——' 2 dx =-(7000)= 4000 50 二 200000 W/m 3 t w1 - t w2 。 2 q x 卫=4000.： 0 = 0
文章编号：0253-4339(2009)06-0015-05 DOI 编码：10.3969/j.issn. 0253-4339. 2009. 06. 015 制冷压缩机变工况运行的热力性能研究 沈 希 王晓燕 黄跃进 顾江萍 (浙江工业大学机械工程学院 杭州 310014) 摘 要 制冷系统在实际运行时其工作状况是大幅度变化的，针对压缩机变工况运行时机理模型难以全面反映实际运行的复杂因素而造成精度不高问题，依据变质量系统热力学理论，采用机理分析和实验拟合相结合的灰箱方法，将控制模型中的主要参数多项式化，提出制冷压缩机的主要热力性能(制冷量和功耗)与热力参数(吸气和排气压力)之间的模型结构和定量关系。理论计算结果与实验测试结果的吻合性较好，证明了该定量关系的可行性和准确性。关键词 热工学；制冷压缩机；变工况；热力性能 中图分类号：TB652; TH457 文献标识码：A Thermodynamic Performance of Refrigeration Compressor Running at Variable Condition Shen Xi Wang Xiaoyan Huang Yuejin Gu Jiangping (College of Mechanical Engineering, Zhejiang University of Technology, Hangzhou, 310014, China ) Abstract It is necessary to develop a performance model of a refrigerating compressor running at variable condition in order to enhance its calculation accuracy. In this paper, the ash box method of mechanism analysis and experiment is adopted, and the main parameters in the control model are expressed by polynomials from the thermodynamics theory of variable mass systems. The quantitative relations are deduced between the primary thermodynamic performance of the compressor(refrigerating capacity and energy consumption) and the thermodynamic parameters (suction pressure and discharge pressure). The numerical results are in agreement with the experimental data. Keywords Pyrology; Refrigeration compressor; Variable condition; Thermodynamic performance 在制冷系统设计和优化过程中，需要对制冷系统的组成部件及系统的运行规律进行模型和基本关系的研究。制冷压缩机是压缩式制冷系统的关键部件和动力源，但其处于高温高压、油气混合、瞬变温压等状况下，并且在实际运行时其工作状况是大幅度变化的，因此对其研究尤其困难和复杂，目前此方面的研究工作相对少一些。这里仅对制冷压缩机相关的几个主要热力学参数之间的基本关系做一些分析。在制冷压缩机模型和基本关系的研究中，文献[1-2]将神经网络和模糊建模方法运用到制冷压缩机热力性能的计算中，提出了传统理论模型和神经网络或模糊建模相结合的新型压缩机热力计算模型。文献[3]对活塞式压缩机的绝热吸气和等温排气工况进行了较深入的热力学分析。文献[4]对压缩机的热力性能进行了仿真计算。文献[5]对制冷压缩机变转速工况下进行了实验研究。文献[6]通过压缩机的热力性能模拟程序，定量地分析 了冷凝温度和蒸发温度变化时往复压缩机的变工况特性。文献[7]对制冷压缩机的变工况运行的性能曲线进行了研究。这里在前人工作的基础上，根据工程热力学和传热学理论，对制冷压缩机的机理模型进行工程处理，采用机理分析和实验拟合相结合的灰箱方法，获得在变工况条件下制冷压缩机的主要热力性能制冷量和功率消耗与吸、排气压力之间的定量关系。 1 制冷量和功耗与吸气、排气压力之间的定量关系 1.1 制冷量与吸、排气压力之间的定量关系 制冷压缩机是压缩式制冷系统中重要组成部分，其工作能力以单位时间内所产生的制冷量Q 0(W )来衡量。其基本关系如下式表示： 收稿日期：2009年4月12日 作者联系方式：E - mail: gjpcf@https://www.doczj.com/doc/a128414.html,
1、1kg 氧气置于图所示的气缸内，缸壁能充分导热，且活塞与缸壁无摩擦。初始时氧气压力为0.5Mpa 、温度为27℃。如果气缸长度为2L ，活塞质量为10kg ，试计算拔除销钉后，活塞可能达到的最大速度。氧气的比热容)/(918.0K kg kJ c p ?=，k=1.395， )/(260.0K kg kJ R g ?= 解： 取气缸内的氧气为研究对象。 根据热力学第一定律W U Q +?=知道，加入系统的热量一部分用于增加系统的热力学能，一部分用于对外做功。根据题意：活塞如果要达到最大速度，那么氧气膨胀过程中吸入的热量全部用于对外做功，所以氧气的热力学能不发生变化。由于氧气可以看作理想气体，而理想气体的热力学能是温度的单值函数，所以氧气膨胀过程为可逆定温膨胀过程。 设环境温度为T 0，环境压力为P 0，氧气的质量为m ，活塞的质量为M ，活塞最大速度为V max 。氧气初始状态的压力为P 1，温度为T 1，容积为V 1，氧气膨胀后的容积为V 2，膨胀过程的膨胀功为W 。 V P W MV ?-=02max 2 1 2 11ln V V T R W g = 111T mR V P g = 12V V V -=? 122V V = 所以有：2ln 1T R W g = 110/P T R V P g =? 代入数据：7.38484)2.02(ln )2715.273(2602ln 10211 1012 max =-?+?=-=??p T R P T R V g g s m V /73.87max = 2、空气等熵流经一缩放喷管，进口截面上的压力和温度分别是0.58Mpa 、440K ，出口截面 ℃
第9章 统计热力学初步小结与练习 核心内容：配分函数（q ）及其与热力学函数（U,S …）之间的关系 主要内容：各种运动形式的q 及由q 求U,S …的计算公式 一、内容提要 1、微观粒子的运动形式和能级公式 n e r t εεεεεε++++=v 式中，ε：粒子的总能量，t ε：粒子整体的平动能，r ε：转动能，v ε：振动能， e ε：电子运动能，n ε：核运动能。 （1）三维平动子 )(8222222 2c n b n a n m h z y x t ++=ε 式中，h ：普朗克常数；m ：粒子的质量；a ，b ，c ：容器的三个边长，n x ，n y ，n z 分别为x ，y ，z 轴方向的平动量子数，取值1，2，3……。 对立方容器 )(82 223 22z y x t n n n mV h ++= ε 基态n x = 1，n y = 1，n z = 1，简并度10,=t g ，而其他能级的简并度要具体情况具体分析，如3 2286mV h t =ε的能级，其简并度g =3。 （2）刚性转子 双原子分子)1(822+= J J I h r πε
式中，J ：转动量子数，取值0，1，2……，I ：转动惯量，20R I μ=， μ：分子的折合质量，2 12 1m m m m += μ，0R ：分子的平衡键长，能级r ε的 简并度 g r =2J+1 （3）一维谐振子 νυεh )2 1(v += 式中，ν：分子的振动频率，υ：振动量子数，取值0，1，2……，各能级都是非简并的，g v =1 对三维谐振子，νυυυεh z y x )2 3 (v +++= 2 )2)(1(v ++=s s g ， 其中s=υx + υy + υz （4）运动自由度：描述粒子的空间位置所必须的独立坐标的数目。 2、能级分布的微态数和Boltzmann 分布 （1）能级分布的微态数 能级分布：N 个粒子分布在各个能级上的粒子数，叫做能级 分布数，每一套能级分布数称为一种分布。 微态数：实现一种分布的方式数。 定域子系统能级分布微态数∏=i i n i D n g N W i !!
各种压缩机比较
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离心式、活塞式、螺杆式压缩机在制冷中的原理和优缺陷以及它们的应用范围 离心式压缩机属速度型,活塞式、螺杆式压缩机属容积型 离心式压缩机主要靠高速叶片将能量传递给管道中连续流动的制冷剂气体使之获得极大的速度，同时提高压力.具有制冷量大，单位功率机组的重量轻,体积小，占地少,没有气阀,活塞，活塞环等易损零件,可实现无油压缩,运转平稳可靠,设备基础轻,供气脉动性小维护费用低等优点.不足之处是效率较低,单机容量必须较大,变工况适应能力不强,而且噪声较活塞式大. 螺杆式压缩机属容积型回旋式压缩机中的一种,由于不出现余隙容积中剩余气体的再膨胀过程,在转子，机壳之间具有很小的间隙,相互之间没有滑动摩擦所以内效率和机械效率都比较高.由于它无吸排气阀装置,易损件少维护管理方便,使用寿命长,目前已得到广泛应用而且必将获得进一步推广.不足之处是噪声较大,单机容量不宜太小. 活塞式压缩机是传统型容积式压缩机,目前使用最为广泛．这种机型工艺比较成熟,有宽阔的工作压力范围，变工况适应性较强，热效应较螺杆式压缩机稍低，额定转速一般较低,输气有脉动,运转有一定的振动.且结构较复杂,易损件多，维修周期短.噪声相对于离心式压缩机和螺杆式压缩机要低,在中小型制冷中占主导地位. 一般来说，离心式压缩机和螺杆式压缩机适用于大型制冷空调设备,活塞式压缩机常用于中小型制冷空调设备. 螺杆机的特点与应用范围 螺杆机的优点:１．可靠性高,零部件少，没有易损件,因而它运转可靠,寿命长，优耐特斯螺杆机达3０年。 2.操作维护方便，自动化程度高，操作人员无需经过长时间专业培训,实现无人值守运转。 3.动力平衡性好，没有不平衡惯性力，机器可平稳地高速工作，实现无基础运转。 4．适应性强，具有强制输气的特点,容积流量几乎不受排气压力的影响，在宽广的工况范围 内能保持较高的效率，在压缩机结构不做任何改动的情况下,适用于多种工况,所以易于 定型批量生产。 5.多相混输，转子齿面间实际上留有间隙,因而能耐液体冲击，可压送含液体的气体，含 粉尘气体,易聚合气体等。 螺杆机的缺点:1．造价高，由于螺杆机的转子齿面是一空间曲面，需利用特制刀具在价格昂贵的专用设备上 进行加工,另外对螺杆机汽缸的加工精度也有较高要求。
热学综合计算题专题训练 一、热机效率 1.一辆氢气动力试验汽车10min内在平直路面上匀速行驶了1.2×104m，消耗了0.1 5kg的氢气．此过程中汽车发动机产生的牵引力为1.0×103N（氢气的热值取1.4×108J/kg ）．则：（1）氢气燃烧产生的热量； （2）汽车的牵引力做的功； （3）汽车发动机的效率． 2.如图所示为FDP30C型柴油水泵机组（水泵机组动力由柴油机提供），它的优点是重量轻、体积小、功率大；省时、省油、省心．该水泵机组的效率为40%，正常工作1小时可以将54m3的水抽到20m高处，请计算这个过程中：（g=10N/kg，q柴油=4.3×107J/kg）． （1）水泵机组对水做了多少功？ （2）水泵机组的有用功功率是多少？ （3）水泵机组消耗多少柴油？（结果保留两位小数） 二、锅炉、燃气灶、燃气热水器的热效率 1.某野外考察队员使用酒精炉烧水，使1kg的水的温度升高了80℃，完全燃烧了2 2.4g的酒精．水的比热容是4.2×103J/（kg?℃），酒精的热值是 3.0×107J/kg．试求： （1）水吸收的热量是多少？ （2）酒精完全燃烧放出的热量是多少？ （3）该酒精炉的效率是多少？
2.用燃气灶烧水，燃烧2kg的煤气，使200kg的水从20℃升高到70℃，已知水的比热容为4.2×103J/（kg?℃），煤气的热值为4.2×107J/kg．求： （1）2kg煤气完全燃烧放出的热量． （2）水吸收的热量． （3）燃气灶烧水的效率． 3.某家庭用燃气热水器将质量为100kg，温度为20℃的自来水加热到50℃，消耗的天然气体积为1m3（假设天然气完成燃烧）．已知水的比热容为 4.2×103J/（kg?℃），天然气的热值为3.2×107J/m3．求： （1）天然气完全燃烧放出的热量； （2）水吸收的热量； （3）该热水器工作时的效率． 4.太阳能热水器是把太阳能转化为内能的设备之一，若某天太阳能热水器在有效照射时间内，将热水器中体积为100dm3，初温为20℃的水温度升高到40℃． （1）求出热水器中的水吸收的热量Q． （2）若改用煤气锅炉来加热这些水，需要完全燃烧0.7m3煤气，请计算出锅炉的效率（煤气的热值q=4.0×107J/m3）． 6.在1个标准气压下，完全燃烧200g焦炭所放出的热量恰好把初始温度是20℃、质量为10kg 的水加热至沸腾．已知：水的比热容为4.2×103J/（kg?℃），焦炭的热值为3.0×107J/kg．求：（1）焦炭完全燃烧放出的热量． （2）水吸收的热量． （3）此过程的热效率．
《热力学基础》计算题 1、 温度为25℃、压强为1 atm 的1 mol 刚性双原子分子理想气体,经等温过程体积膨胀至原来的3倍. (普适气体常量R ＝8、31 1 --??K mol J 1,ln 3=1、0986) (1) 计算这个过程中气体对外所作的功. (2) 假若气体经绝热过程体积膨胀为原来的3倍,那么气体对外作的功又就是多少？ 解:(1) 等温过程气体对外作功为 ??=== 0000333ln d d V V V V RT V V RT V p W 2分 =8、31×298×1、0986 J = 2、72×103 J 2分 (2) 绝热过程气体对外作功为 V V V p V p W V V V V d d 000 03003??-== γγ RT V p 1 311131001--=--=--γγγ γ 2分 ＝2、20×103 J 2分 2、一定量的单原子分子理想气体,从初态A 出发,沿图示直线过程变到另一状态B ,又经过等容、等 压两过程回到状态A . (1) 求A →B ,B →C ,C →A 各过程中系统对外所作的功W ,内能的增量?E 以及所吸收的热量Q . (2) 整个循环过程中系统对外所作的总功以及从外界吸收的总热量(过程吸热的代数与). 解:(1) A →B : ))((211A B A B V V p p W -+==200 J. ΔE 1=ν C V (T B －T A )=3(p B V B －p A V A ) /2=750 J Q =W 1+ΔE 1＝950 J. 3分 B → C : W 2 =0 ΔE 2 =ν C V (T C －T B )=3( p C V C －p B V B ) /2 =－600 J. Q 2 =W 2+ΔE 2＝－600 J. 2分 C →A : W 3 = p A (V A －V C )=－100 J. 150)(2 3)(3-=-=-=?C C A A C A V V p V p T T C E ν J. Q 3 =W 3+ΔE 3＝－250 J 3分 (2) W = W 1 +W 2 +W 3=100 J. Q = Q 1 +Q 2 +Q 3 =100 J 2分 1 2 3 1 2 O V (10-3 m 3) 5 A B C
例1.1：已知甲醇合成塔上压力表的读数150kgf/cm 2，这时车间内气压计上的读数为780mmHg 。试求合成塔内绝对压力等于多少kPa ？ 14819kPa 例1.2：在通风机吸气管上用U 型管压力计测出的压力为300mmH 2O ，这时气压计上的读数750mmHg 。 试：（1）求吸气管内气体的绝对压力等于多少kPa ？ 103kPa （2）若吸气管内的气体压力不变，而大气压下降至735mmHg ，这时U 型管压力计的读数等于多少？ 504mmH 2O 例1.3：某容器被一刚性壁分成两部分，在容器的不同部位安装有压力计，如图所示。压力表A 、C 位于大气环境中，B 位于室Ⅱ中。设大气压力为97KPa ： （1）若压力表B 、表C 的读数分别为75kPa 、0.11MPa ，试确定压力 表A 上的读数及容器两部分内气体的绝对压力； p A =35kPa ， p Ⅰ=207kPa ， p Ⅱ=132kPa （2）若表C 为真空计，读数为24kPa ，压力表B 的读数为36kPa ，试 问表A 是什么表？读数是多少？ A 为真空计，且p A =60kPa 例1.4：判断下列过程中哪些是①可逆的②不可逆的③不确定是否可逆的，并扼要说明不可逆的原因。 （1）对刚性容器内的水加热，使其在恒温下蒸发；是不确定的。 （2）对刚性容器内的水作功，使其在恒温下蒸发；是不可逆的。 （3）对刚性容器中的空气缓慢加热。使其从50℃升温到100℃。是不确定的。 （4）一定质量的空气，在无摩擦、不导热的汽缸和活塞中被缓慢压缩。是可逆的。 （5）50℃的水流与25℃的水流绝热混合。是不可逆的。 例2.1：如图所示，某种气体工质从状态1（p 1、V 1）可逆地膨胀到状态2 （p 2、V 2）。膨胀过程中： （a ）工质的压力服从p=a-bV ，其中a 、b 为常数； （b ）工质的pV 值保持恒定为p 1V 1 试：分别求两过程中气体的膨胀功。 答案：（a ）()()2221212 b W a V V V V =---；（b ）2111ln V W p V V = 例2.2：如图所示，一定量气体在气缸内体积由0.9m 3可逆地膨胀到1.4m 3， 过程中气体压力保持定值，且p=0.2MPa ，若在此过程中气体内能增加 12000J ，试求： （1）求此过程中气体吸入或放出的热量；112000J （2）若活塞质量为20kg ，且初始时活塞静止，求终态时活塞的速度 （已知环境压力p 0=0.1Mpa ）。70.7m/s 例2.3：一封闭系统从状态1沿1-2-3途径到状态3，传递给外界的 热量为47.5kJ ，系统对外作功为30kJ ，如图。（1）若沿1-4-3途径 变化时，系统对外作功15kJ ，求过程中系统与外界传递的热量。 Q 143=-62.5kJ （2）若系统从状态3沿图示曲线途径到达状态1，外界对系统 作功6kJ ，求该过程中系统与外界传递的热量。Q 31=71.5kJ （3）若U 2=175kJ ，U 3=87.5kJ ，求过程2-3传递的热量及状态1 的内能。U 1=165kJ