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压气机的热力过程总结共57页

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压缩机的热力过程..

压缩机的热力过程..
第七节
压缩机的热力过程
• 一、活塞式压缩机的工作原理及示功图 • 二、单级活塞式压缩机所消耗的机械功 • 三、 压缩机的容积效率及其影响因素
• 四、 多级压缩
• 五、 叶轮式压气机的工作原理及分类
工作原理：活塞式、叶轮式和引射式 出口压力：压气机、鼓风机、通风机
一、活塞式压缩机的工作原理及示功图
结构简图
n 1 p2 n n ' p1v1 1 ( ) n 1 p1 m
图9-3 有余隙容积压缩机示功图
压缩1kg 气体所消耗的功为： Wc ,n
Wc ,n
无余隙容积时，压缩1kg 气体所消耗的功为：
Wc , n
' n 1 p2 n n p1v1 1 ( ) n 1 p1
空气进口
排入空气瓶中
主要部件：1、活塞
2、气缸
3、滤清器
4、吸、排气阀
5、散热肋片
工作过程
p 3
1、吸气过程4-1
2
空气瓶压力
2、压缩过程1-2
4 1
Pb
V
3、排气过程2-3 4、余隙容积内压缩空气 的膨胀过程3-4
V0
p
3
4 V0
2 1 V Vs V1-V4
图中2-3和4-1不是状态变 化，而是表示气缸内气体 质量的变化。
图9-5 双级活塞式压缩机示意图
2、双级活塞式理想压缩机 p-V 图
定温线 4 3’ 3 多变 过程 p2 p1 5 2’ 1 0 V 2
p1p3：
p p3
双级压缩：面积0122’3’40 单级压缩：面积012340
双级压缩省功而且压缩终 温较低，有利于润滑。
图9-6 双级活塞式压缩机p-V图

压气机的压气过程

压气机的压气过程

有效进气容积： V1 – V4 余隙容积：
压气机的轴功可按压气过程各过程功 的代数和来计算，即
(Ws ) c W12 W23 W34 W41
pdV p 2 (V3 V2 ) pdV p1 (V1 V4 )
1 3 2 4
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。
将过程特征关系p1＝p4，p2＝p3，v2＝v3，v1＝v4及m1＝m2， m3＝m4代入上式，得
(Ws ) c m1 ( pdv p1 v1 p 2 v 2 ) m3 ( pdv p1 v1 p 2 v 2 )
1 2
3
4
设1-2和3-4具有相同的过程性质：
1
则有
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 比称为定温效率，用ηc,T表示，即
c,T
( ws ) c,T ( ws ) c
已知压气机的定温效率，便可利用可逆定温过程的轴功计 算采用冷却措施的压气机的轴功。
思
考
题
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 轴功最小，这是否因定温压缩过程的压缩功最小所致？ 7-2 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 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。
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？
作业： 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： 7-5，7-7

压气机的热力过程概述和工作原理

压气机的热力过程概述和工作原理

1
0.525
二级压缩，中间冷却
若取 pa 0.2MPa
l
pa p1
0.2 0.1
MPa MPa
2、h
2.5 0.2
MPa MPa
12.5
n1
Ta T1l n 342.3 K 69.3 oC
1
V ,L
1
n l
1
0.970
n1
T2 T1 h n 493.8 K 220.8 oC
C,T
等温压缩过程耗功 实际压缩过程耗功
wC,T wC
课后思考题
思考题： 1. 如果采用气缸冷却水套以及其他 冷却措施，使气体在压气机中已经 能够按等温压缩过程进行，这时是 否还需要采用多级压缩，为什么？
需要，虽然实现等温压缩后耗功最小，但由于余隙容积的存
在，若压比过大， V会很小，分级后有助于提高 V。
2）求实际耗功量
P Ps 15 178 kJ/min 18 972.5 kJ/min 316.21 kW
C,s
0.8
3）由于不可逆而多耗功
P P ' Ps 18 972.5 kJ/min 15 178 kJ/min 3 794.5 kJ/min 63.24 kW
m1
V1
V4 V1
研究VC对产气量和耗功
的影响
3
4 V3
2
1 V
V1 V
一、余隙容积VC对生产量的影响
定义容积效率
p 32
V
V
Vh
V1 V4 V1 V3
V3 V3
VC
1 V4 V3 V1 V3
1 V3 V1 V3
V4 V3
1
1 4V

工程传热学-第八章压气机的压气过程

工程传热学-第八章压气机的压气过程

12 pdV p2 (V3 V2 ) 34 pdV p1(V1 V4 )
p1 p4 p2 p3 v2 v3 v1 v4
m1 m2
m3 m4
(Ws )c m1(12 pdv p1v1 p2v2 )
m3 (43 pdv p1v1 p2v2 )
比也不宜过高。
n1
T2
T1
p2 p1

n
8-3 多级压缩(multistage compression)
理论上级数越多，越趋于近于定温压缩，耗功 越少，但级数太多，机构复杂，造价高，阻 力大，故一般不超过四级。
目的：获取高增压比的高压气体时，增压比不会 过高，压气机有较高的容积效率；出口温度降 低；耗功减少。
525 290 0.8

584K
作业
8-1 8-4 8-5
8-2
8-3
8-6
8-7

k

k
k
1
RgT1

1

T2 T1


k
k
1
RgT1
1


p2 p1

k 1 k

2．定温压缩(过程1-2T)
(ws )c,T
q

RgT1 ln
p1 p2
3．多变压缩(过程1-2n)
(ws )c,n


2
vdp
1

n n1
RgT1
结论：将相同数量的气体压缩到同一压力，压 气机消耗的功量与无余隙时相同。或者说压 气机压气功量在有无余隙时都相同。
(ws )c

n n1

工程热力学(压气机的热力过程)资料31页PPT

工程热力学(压气机的热力过程)资料31页PPT
工程热力学(压气机的热力过程)资料
46、法律有权打破平静。——马·格林 47、在一千磅法律里，没有一盎司仁 爱。— —英国
48、法律一多，公正就少。——托·富 勒 49、犯罪总是以惩罚相补偿；只有处 罚才能 使犯罪 得到偿 还。— —达雷 尔
50、弱者比强者更能得到法律的保护 。—— 威·厄尔
▪
26、要使整个人生都过得舒适、愉快，这是不可能的，因为人类必须具备一种能应付逆境的态度。——卢梭
▪
27、只有把抱怨环境的心情，化为上进的力量，才是成功的保证。——，好之者不如乐之者。——孔子
▪
29、勇猛、大胆和坚定的决心能够抵得上武器的精良。——达·芬奇
▪
30、意志是一个强壮的盲人，倚靠在明眼的跛子肩上。——叔本华
谢谢！
31

压气机的理论耗功

压气机的理论耗功

理想的压缩是 等温压缩
f
p1
1 p2 2s 2n V p2
T
b）通常为多变压缩, 1<n<k
n
wCn T2 n v2 n
2T 1
j
m
n
s
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ce volume
1-2：压缩，耗外功
w12 pdv
1 2
2-3：排气，传输推动功
w23 p2v23 p2 (v3 v2 ) p2v2
图9-1 活塞式压气机示功图 图8-1
压缩循环消耗的功：
w p1v1 pdv p2v2 vdp wt 0
1 1 2 2
n 1 n i
qi
n cV T n 1
q中，i c p T
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，一般取2-4级 3）定温效率—isothermal efficiency
C,T
wC,T wC
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
实际多耗功 理论耗功
wC h2 ' h2s 面积mn2'2s m
wC,s h2s h1
实际耗功
绝热内效率 理想气体
CS
第九章 压气机的热力过程 第八章 压气机的热力过程
概
述
• 工业上大量需要压缩气体 • 压气机生产压缩气体 • 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

《工程热力学》第八章--压气机的压气过程

《工程热力学》第八章--压气机的压气过程

5
三种压气方式能量转换比较: (WS)C,S >(WS)C,n(WS)C,T
P P2 b
2T 2n 2S
T
2S p2
2n
p1
2T
P1 a
1
1
V
(WS)C,S=P-V图面积1-2s-b-a-1
=T-S图面积1-2s-2T-c-e-1
c
d eS
(WS)C,n=P-V图面积1-2n-b-a-1 =T-S图面积1-2n-2T-c-e-1
T 2T T1
3、压气机耗功计算与比较
(wt )c.s
k
k 1
R g T1 1
(
p2 p1
) ( k 1) / k
( wt ) c.n
n n 1
R g T1 1
(
p2 p1
)
(n
1)
/
n
( w ) 2021/4/9 t c .T
R g T1
ln
v2 v1
R g T1 ln
p2 p1
(W2021S/4)/9C,T=P-V图面积1-2T-b-a-1 =T-S图面积1-2T-c-e-1 6
ξ7.2 活塞式压气机的压气过程（针对单 级活塞压气机压缩过程而言）
一、概述：压气机压气过程特点简介
概念：最大容积V1；余隙容积V3；工作容积VH 二、．压气机轴功计算
三、容积效率ηv 1、定义：有效吸气容积与汽缸工作容积之比表明压
2021/4/9
10
ξ7.4 压气机效率
一、衡量压气机不可逆程度---- 压气机效率 二、绝热压缩过程压气机效率 三、采用级间冷却的定温压缩过程压气机效率计
算
2021/4/9

第八章 压缩机的热力过程

第八章 压缩机的热力过程

第八章 压缩机的热力过程 潘航波 070204228 轮机2班一．基本概念余隙容积：在活塞与汽缸盖之间留有一个很小的余隙，由这一余隙所形成的体积。

有效吸气体积：在进气过程中吸入的气体体积为V1-V4容积效率：有效吸气体积（V1-V4）与汽缸工作体积Vs 之比最佳增压比：多级压缩时，各级的增压比相同。

压气机的绝热效率：可逆绝热压缩时所消耗的机械功Wc,s 与不可逆绝热压缩时压气机所消耗的机械W c ′之比来衡量压气机中绝热压缩过程的不可逆程度，用符号η表示二．习题1．理想气体从同一初态出发，经可逆和不可逆绝热压缩过程，设耗功相同，试问它们的终态温度、压力和熵是否都不相同？不是终态温度 压力 熵 都相同因为 对于可逆即没有余隙容积 ，不可逆即有余隙容积，而对于相同质量的气体，不管是有余隙容积还是没有余隙容积，所消耗的功是相同的。

2．空气初态为p 1=1⨯105Pa 、t=20︒C 。

经过三级活塞式压气机后，压力提高到12.5MPa 。

假定各级增压比相同，压缩过程的多变指数n=1.3。

试求生产1kg 压缩空气理论上应消耗的功，并求(各级)气缸出口温度。

如果不用中间冷却器，那么压气机消耗的功和各级气缸出口温度又是多少(按定比热理想气体计算)?解：由最佳增压比可知：p2/p1=p3/p2=p4/p3 p 1=1⨯105Pa p4=12.5MPa求出 β1=β2=β3=p4/p1=5 p2=5⨯105Pa p3=25⨯105PaT2=T1(p2/p1) k k 1-=293*1.6=468.8KT3=468.8*1.6=750.08K T4=1200.128K不用冷却器 ：T2=468.8KT3= T3(p3/p1) k k 1-=293*2.6=761.8KT4=293*4.2=1230K3．轴流式压气机每分钟吸人p 1=0.1MPa 、t 1=20℃的空气1200kg ，经绝热压缩到p 2=0.6MPa ，该压气机的绝热效率为0.85。

第七讲 等熵过程及压气机热力过程

第七讲 等熵过程及压气机热力过程
0
s
2
p2 s 1 Rg ln 0 p1
0
s
0
2
p2 s 1 Rg ln p1
0
由热力性质表查得温度T2
例题4.3
N2气体被可逆绝热压缩，初态p1=105Pa，T1=300K， 终态p1=8×105Pa。求终态温度T2及压缩5kmolN2气 体的压缩过程功和所需要的轴功。按（1）定值绝热指数； （2）平均绝热指数；（3）热力性质表。 解： (1) 定值绝热指数 由表3.2，CV，m=0.741×28=20.75J/mol· K；
多变过程膨胀功表达式中需要有多变指数
w
Rg n 1
(T1 T2 )
能量守恒：
q u w cv (T2 T1 ) Rg n 1 (T1 T2 ) (cv )(T2 T1 ) n 1 Rg
比热容的原始定义：
q c T
q1 380 c1 3.405 kJ/( kg K) T1 111.6 q2 210 c2 1.6733 kJ/( kg K) T2 125.5
3）压缩过程可逆。 满足上述条件的压气机称
理想压气机。
重要参数指标定义：
排气压力与进气压力之比 称增压比 π ＝ p 2/ p 1
余隙容积
基本分析
全过程应包括有：吸气、压缩、排气三个过程，故是开口 系统，压缩机耗功应该是技术功。当进口动能差、位能差 忽略时即为轴功 吸气过程：由假设 2） 0—1：进气过程外界对压缩机作 功 p1(v1-0) 压缩过程：由假设3） 1—2：有三种情况：等熵、等温、 多变
解：1）按第一定律观点 Δ u=q+w Δ u1=380－300=80kJ/kg Δ u2=210－300=－90kJ/kg

工程热力学(压气机)

工程热力学(压气机)

1
RgT1
p2 p1
1
多变过程：
n1
wc,n
n
n
1
RgT1
p2 p1
n
1
等温过程：
wc,T
RgT1 ln
p2 p1
1
T2s
T1
p2 p1
n1
T2n
T1
p2 p1
n
T2T T1
工程热力学 Thermodynamics
叶轮式压气机的耗功计算
wC
h2
理想气体
1.4 1
1)
429.1 kJ/kg
工程热力学 Thermodynamics
因 T1 T2 T3 ，且各级压缩比相等，故各级压气机排气温度相等
p
T2
T3
T4
T1
1
1.41
293 4 1.4
435 K
(2) 单级压气机的排气温度
κ1
T5
T1
p5 p1
κ
O
0.4
293
6.304 106 98.5 103
一、概述
工程热力学 Thermodynamics
工程热力学 Thermodynamics
二、耗功计算
理想气体
wC h2 h1 cp (T2 T1)
1
T2
T1
p2 p1
理想气体
wC h2 h1 cp (T2 T1)
T2 T2 ,C,s
h2 h2 ,C,s
C,s
wC wC
-
Rgln
p2 ) p1
T
2
471.5
2
6 (1.004ln 0.287ln4) 0.336 ( kW K )

第五章 压气机的压气过程

第五章 压气机的压气过程
14
三
双级活塞式压气机的工作过程
一)、工作原理及简图
冷却水
双级活塞式压气机示意图
15
二)、双级活塞式理想压缩机 p-V 图
p1→p4：
定温线 p 6 p3 4 5
双级压缩：面积0123460 单级压缩：面积012560
多变 过程 2
p2 p1 0
3 1 V
双级压缩省功 省功而且压缩终 压缩终 省功 温较低，有利于润滑。 温较低
§5–4 压气机的压气过程
本章学习内容（ 本章学习内容（二）
•单级活塞式压气机的工作原理 单级活塞式压气机的工作原理 •单级活塞式压气机所消耗的机械功和容积效率 单级活塞式压气机所消耗的机械功和容积效率 •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 •叶轮式压气机 叶轮式压气机
工作原理：活塞式、 工作原理：活塞式、叶轮式和引射式 出口压力：压气机、鼓风机、 = c p 0 (T2 − T1 )
定熵压缩
wc , s =
κ κ −1
p1v1 (π
κ −1 κ
− 1)
对定比热容理想气体的定熵过程
wc , s =
γ 0 −1
γ0
Rg T1 (π
γ 0 −1 γ0
− 1)
23
作业
P133 5-2 5-6 5-8 5-10 5-12
选做
5-5
24
p3
p2 2 2’
p1 1 qL s
2、各缸负荷均匀
T1
3、终温相同，各缸散热量相 等
双级压缩中间冷却T-s图
20
☆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。

压气机

压气机

p VC
3
2 1
V4 V3 V3 V4 1 1 1 V1 V3 V1 V3 V3
4
V
令
VC c Vh
余隙比
V1 V V3 工程上一般＝0.03~0.08
18
1 1 n n p3 p2 V 1 c 1 1 c 1 p4 p1
n 1 n n 1 n
3
2 1
V1 V

4
V
V3
n 1 n p2 Wt n wt RT1 1 p1 m n 1
余隙对单位产气 p1V mRT1 量耗功不影响
17
余隙容积VC对产气量的影响
定义容积效率 V V1 V4 V3 V3 V Vh V1 V3
由一对互相啮合的螺旋形阴阳转子构成， 靠容积的变化而使气体压缩的 。
7
§8-1 单级活塞式压气机的工作原理 和理论耗功 目的：研究耗功，越少越好
指什么功
技术功wt
理论压气功(可逆过程)
8
一、活塞式压气机的压气过程
p
2 1
V2 V1
v
9
可能的压气过程
(1)、特别快，来不及换热。 s (2)、特别慢，热全散走。 T (3)、实际压气过程是
2、采用多级压缩中间冷却，即压缩过程分级进行，级间设置中间冷却器。

上述两种方法同时采用，可使多变指数n降至1.1左右。
23
两级压缩中间冷却分析
储气罐
高压缸
p
p2
4
5
省功
2
低压缸 冷却水 进气口

工程热力学：9第八章 压气机的热力过程

工程热力学：9第八章 压气机的热力过程

P2
1
原因使同样的打气过程变省力！？
P1
s
图8-2 压缩过程的p-v图和T-s图
例1：理想的活塞式压气机吸 入 p1 0.1MPa,t1 20℃空气 1000 m3 h
并将其压到 p2 0.6MPa,设压缩指数为n=1,n=1.25,n=k=1.4
过程可逆，求压气机功耗。
分析： (1)n=1，等温压缩：
v2
③多变过程，
T2
T1
v1 v2
n1
442K
④多变过程热交换量
Q
mq
m
nk n 1
cV
(T2
T1 )
3.21kJ
⑤气体与外界交换的容积功
w
mR n 1
(T1
T2 )
8.58 k J
⑥压气机消耗轴功
wt n w 1.25 (8.58) 10.7kJ
8-2 余隙容积的影响
前面讨论了理想的压气过程，而实际压气过
压气机简述
按工作原理及构造分： H2
活塞式 叶轮式 引射式
H1
罗茨式
按压缩气体压力范围：
通风机（＜110 kPa)
鼓风机（110～300 kPa)
压气机（>300 kPa)
8-1 单级活塞式压气机的工作原理 和理论耗功量
单 级 活 塞 式 压 气 机
一、工作原理
p
f－1：进气过程；
(2)n=1.25，多变压缩：
wt ,T
p1v1 ln
p2 p1
49.77KW
n1
wt ,n
n
n 1
p1v1
1
p2 p1
n
59.86KW
(3)n=1.4，绝热压缩：
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