工程热力学 第八章 图文

ηv----容积效率(ηv=V/Vh)
32
4
1
v
V Vh
V1 V4 V1 V3
(V1
V3 ) (V4 V1 V3
V3 )
Vc
V
Vh
V
1 (V4 V3 ) 1 V3 (V4 1) 1 Vc (V4 1)
V1 V3
V1 V3 V3
Vh V3
余隙容积的影响
假设：1-2及3-4过程是指数均为n的多变 p
最小
8－2 活塞式压气机的余隙影响
避免活塞与进排气 阀碰撞，留有空隙
p 32
余隙容积 VC
1 2 压缩过程 2 3 排气，状态未变
4
1
3 4 残留气体膨胀
V
4 1 进新气，状态未变
(1)对生产量的影响
p
V----气缸有效进气容积(V=V1-V4) Vh----气缸排量(Vh=V1-V3) Vc----余隙容积(Vc=V3)
余隙容积的影响
余隙容积的存在，使容积效率降低 余隙容积的存在，对压缩定量气体的理 论耗功没有影响 余隙容积的存在，对压缩机的实际耗功 是有害的
8-3 多级压缩级间冷却分析
储气罐
冷却水 进气口
高压缸
p
p2
4 5 省功
低压缸
2 3
p1
1
v
有一个最佳增压比
p2 p1
最佳增压比的推导
w分级
wI t(n)
从热力学观点出发，尽管活塞式和叶轮式的 结构和工作原理都不同，但压缩过程中气体的状 态变化本质上是一致的。
目的：研究耗功，越少越好
p2
指什么功
技术功wt
压缩气体的生产过程包括气体
的流入、压缩和输出，所以压气机
1
耗功应等于压缩过程耗功与进、排
气过程推动功的代数和。
v
wC w12 ( p2v2 p1v1) wt
过程
32
V4
(
p3
)
1 n
(
p2
1
)n
V3 p4
p1
1
n
4
1
为增压比
v
1 Vc Vh
(
1 n
1)
Vc
V
Vh
V
容积效率与余 隙容积和增压 比均有关系
当压缩机一定时，π越大，则ηv越低， 且当π增大到某一值时，ηv等于零
当压缩机π一定时，余隙容积越大， 则容积效率越低。
(2)对理论耗功的影响
Wc 面积12gf1 面积43gf 4
T1 T2T T2n T2s
p p2
2T
2n
2s
p1
T
2T 2n 1
2s p2 p1 1
v
s
三种压气过程功的计算
wc,s
wt , s
k k 1 RgT1
ห้องสมุดไป่ตู้
p2 p1
k 1
k
1
wc,n
wt , n
n n 1
RgT1
p2 p1
n1
n
1
如何导出？
wc,T
wt,T
RgT1 ln
p2 p1
单位时间内产气量小 间隙性的吸气和排气 余隙容积的影响
叶轮式压气机的特点：
转速比活塞式压气机高 能连续不断地吸气和排气 每级的增压比小 容易造成较大的摩擦损耗
轴流式
离心式
叶轮式压气机热力分析
理想压缩过程 定熵压缩过程1－2s
wC h2s h1 Aj2T 2s m
实际压缩过程 不可逆绝热压缩1－2’
64
5
p2
2
3
T4 T5
p4
T
5
p2
4 6
2 p1
3
1
p1
1
v
s
润滑油要求t<160~180℃,高压压气机必须分级
分级压缩的级数
省功
分级
降低出口温度
p
p4
6
5
多级压缩达
到无穷多级
T
(1)不可能实现
p1
1
(2)结构复杂(成本高)
v
所以，一般采用 2 ~ 4 级压缩
8-4 叶轮式压气机的工作原理
活塞式压气机的特点：
1
n1
n1
v
w分 级
n
n
1
RgT1
p2 p1
n
p4 p2
n
2
最佳增压比的推导
w分级最小值
p2
p1 p4
p2 p4 p1 p2
p
p4
最佳增压比
p2
p2 p1 p4
p2 p1
p1
p1
p1
p4 p终
p1
p初
可证明 若m级
4 5 省功
2 3
1
v
m p终
p初
分级压缩的其它好处
p
p4
p 32
g
n1
n1
n n 1
p1V1
p2 p1
n
1
n n 1
p4V4
p3 p4
n
1
f
4
1
由于p1=p4、p3=p2，所以
V
V
Wc
n n 1
p1 (V1
V4 )
p2 p1
n1
n
1
余隙容积对 理论耗功没
n n 1
p1V
p2 p1
n1
n
1
n
n
1
mRgT1
n1 n
1
有影响
压气机的分类： 按工作原理和构造：
活塞式压气机 叶轮式压气机 特殊引射式压缩器
压气机的分类：
结构形式
活塞式(往复式) 出口流量不连续
离心式 轴流式
叶轮式连续流动
压气机的分类：
压力范围
通风机 p 0.01MPa 鼓风机 0.01MPa p 0.3MPa
压缩机 p 0.3MPa
8－1 活塞式压气机的压气过程
wII t(n)
p n1
n n 1
RgT1
p2 p1
n
1
p4
n1
n
n
1
RgT3
p4 p3
n
1
p2 p1
4 5 省功
2 3
1
n1
n1
v
w分 级
n
n
1
RgT1
p2 p1
n
p4 p2
n
2
最佳增压比的推导
欲求w分级最小值
w分级 0 p2
p
p4
4 5 省功
p2
2
3
p2 p1 p4
p1
wC h2 h1 Aj2T 2n
wC wC ,S h2 h2 Am2S 2nm
叶轮式压气机性能分析
压气机的绝热效率
C,S
wC ,S wC
h2S h1 h2 h1
8-2 8-11
作业
可能的压气过程
(1)、特别快，来不及换热。 s n k
(2)、特别慢，热全散走。 T n 1 (3)、实际压气过程是 n 1 n k
p p2
2T
2n
2s
p1
T
2T 2n 1
2s p2 p1 1
v
s
三种压气过程的参数关系
wtT wtn wts
qT qn qs 0
v2T v2n v2s
第八章 压气机的热力过程
能源与动力学院 李井华
本章要求：
以活塞式压气机为重点，分析压缩气体生产过 程的热力学特性。 掌握多级压缩、级间冷却的基本原理 了解余隙容积对压缩气体过程的影响规律
什么是压气机？
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。