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工程传热学-第八章 压气机的压气过程讲解

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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

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；
p
3
2
g
程中，为避免活塞与气缸塞撞击，也便于安
排进、排气阀，必须留有余隙。
图8-3为具有余隙容积的压气机理论示功图，
4-1：有效进气。
f6
4
1
1-2：压缩过程； 2-3：排气过程；
0 Vc V4-V6 V=V1-V4· V
H2
Vh=V1-V3
图中容积Vc就是余隙容积；
Vh＝V1－V3，是活塞从上死点运动到下死点 时活塞扫过的容积，称为气缸的排量。 H1
P3
1
近等温过程。为此，活塞式压气机都采取冷却措施。
但对于实际压缩过程说，无论采取什么冷却措施，
P1
很难实现等温压缩。
s
图8-2 压缩过程的p-v图和T-s图
二、压气机的理论耗功
p
P2
2T 2n 2s
按热力学的约定，压气机消耗的轴功应为负值，工 程上常令压气机耗功为技术功的负值，即：
P1
wC [w12 ( p2v2 p1v1)] wt
用多级压缩；
1 p1 而当增压比一定时，余隙比Vc/Vh加
V
大，也将使容积效率ηV降低。 显然，当π或Vc/Vh增大到某一值时，
可能使ηV＝0。
<2> 理论耗功 余隙容积为 Ve V3

工程热力学-第八章 压气机的热力过程

工程热力学-第八章 压气机的热力过程
可见压气机耗功以技术功计。
➢ 三种压缩过程耗功量
（1）可逆绝热压缩
wC,s wt,s
k 1
k
k
1
RgT1
1
p2 p1
k
（2）可逆多变压缩
wC,n wt,n
n1
n
n
1
RgT1
1
p2 p1
n
（3）可逆定温压缩
wC,T wt,T
RgT1
ln
v2 v1
RgT1 ln
wC h2s h1 Aj2T 2s m
定压线
✓实际压缩过程
不可逆绝热压缩1－2’
wC h2 h1 Aj2T2n wC wC,S h2 h2 Am2S2nm
✓压气机的绝热效率
可逆绝热压缩时压气机所需的功与不可逆绝热 压缩时所需的功之比称为压气机的绝热效率，也 称为压气机的绝热内效率：
p1 p2
压缩过程中气体终压和初压之比，称为增压比，
即：
p=
p2 p1
wC,s wC,n wC,T
T2,s T2,n T2,T
采用绝热压缩后，比体积较大，需要较大储气罐； 温度较高，不利于机器安全运行。
因此要尽量接近定温过程，所以采用水套冷却。
8-2 余隙容积的影响
一、余隙容积
当活塞运动到上死点位置时，活塞顶面与气
工程上采用压气机的定温效率来作为活塞式 压气机性能优劣的指标：
即：可逆定温压缩过程消耗的功与实际压缩
过程消耗的功之比
C ,T
wC ,T wC
9－4 叶轮式压气机的工作原理
✓ 活塞式压气机缺点：单位时间 内产气量小（转速不高，间隙 性的吸气和排气，以及余隙容 积的影响）。

第八章 压气机的热力过程

第八章 压气机的热力过程

的耗功之比，
C ,T
理想 1 wC 实际
wC ,T
可以用来判断活塞式压气机性能的优劣。
8-2 余隙容积的影响
1、余隙容积 Vc (clearance volume)
■定义
活塞式压气机中，因为各种需要，当活塞运
动到上死点时，活塞顶部和气缸之间仍留有一定
的空隙，称为余隙容积。
■工作过程
由于余隙容积的存在，排气终了时仍然有残 留的高压气体，必须等残留气体膨胀到进气压力
例8-1：活塞式压气机活塞往复一次生产0.5kg，压力为 0.35MPa的压缩空气。空气进入压气机时的温度为17℃， 压力为0.098MPa，若压缩过程为 n 1.35 的可逆多变过 程，余隙容积比为0.05，试求压缩过程中气缸内空气的质 量。（余隙容积） 解：排气终了时的状态3与压缩终了时的状态2相同。
PC , s qm wC ,s qm h qm c p (T2s T1 ) 252.97kW
（2）实际功率
PC ,s / C ,s 316.21kW PC
（3）多耗功率
PC , s 63.24kW PC PC
（4）作功能力损失
T2 T1
中冷却到吸气温度，再进入下一级气缸继续压
缩。
e1：低压气缸吸气；
12：低压气缸压缩； 22′ ：冷却器中定压放热， 冷却到吸气温度， T2 T1 ； 2′3 ：高压气缸压缩； 3g：高压气缸排气。
2、理论耗功
wC ,多 wC , L wC , H Se12 fe S f 23 gf
p3 p2 0.35MPa T3 T2 T1 ( p2 / p1 )( n 1)/ n 403.4K

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
可逆）的绝热过程，压气机 的绝热效率为0.8。空气的初 始温度为17℃，试求压缩终 了的温度。
•2 •2 s
•1
•s
作业
8-1 8-4 8-5
•82
8-3
8-6
工程传热学-第八章压气 机的压气过程
2020年5月23日星期六
按能量转变的观点看，各种压气机的压 气过程都基本上相同，在稳定工况时，都可 按稳态稳流进行分析。 q＝△h＋ws
•ws＝-∫vdp为图 中过程线左侧 面积
轴功计算
1．定熵压缩(过程1-2s)
2．定温压缩(过程1-2T)
3．多变压缩(过程1-2n)
8-2 活塞式压气机的压气过程
1．进气过程4-1 2．压缩过程1-2 3．排气过程2-3 4．膨胀过程3-4 有效容积（active volume）：
工作容积（stroke volume）：
余隙容积（clearance volume）： V3
压气功计算
设单级活塞压气机中压缩过程与膨胀过程的多 变指数n相同。
•2 •2 s
•1
•s
如果压气机采用冷却措施，则可以假想理想的 压气过程是可逆定温过程，并定义压气机的 定温效率为：
只要知道压气机定温效率便可利用可逆定温过 程的轴功计算实际采用冷却措施的压气机所 消耗的轴功。
功率： 质量流量：
功率计算
例8-2有一台活塞式空气压缩机，其余隙比为 0.05，进气压力0.1MPa、温度25℃，压缩后 压力为0.6MPa。设压缩过程的多变指数为 1.25，试求压气机的容积效率。又若压缩终了 压力提高到1.6MPa，问此时容积效率为多少 ？
余隙容积对压气功的影响
设单级活塞压气机中压缩过程与膨胀过程的多 变指数n相同：

《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

工程传热学-压气机的压气过程培训课件(共31张PPT)

工程传热学-压气机的压气过程培训课件(共31张PPT)

p n 2 ( w ) vdp R T 1 s c , n g 1 1 n 1 p 1
2
3．多变压缩(过程1-2n)
n 1 n

n k q c T T c ( T T ) n 2 1 v 1 0 2 n 1
V V3 Vh V V e 4 1 V 4 v Vh Vh Vh V3 V 4 1 1 Vh V3
p3 p2 V 4 p p V 3 4 1
1 n
1 n
V3 p2 v 1 1 Vh p 1
k 1 1 . 4 1 k . 4 p 0 . 8 1 2 T T 290 525 K 2 1 p 0 . 1 1
Hale Waihona Puke T T 525 290 2 s 1 T T 290 584 K 2 1 0 . 8 c , s
2 4
p p p p v v v v 1 4 2 3 2 3 1 4
m m m m 1 2 3 4
( W m ( pdv p v p v ) s) c 1 1 1 2 2 1 m ( pdv p v p v ) 3 1 1 2 2 4
3 2
设单级活塞压气机中压缩过程与膨胀过程的多 变指数n相同。
余隙容积（clearance volume）： p1 p4 p2 p3 v2 v3 v1 v4 V3
m1 m2 m3 m4
压气功计算
( W ) W W W W s c 1 2 2 3 3 4 4 1 pdV p ( V V ) pdV p ( V V ) 2 3 2 1 1 4 1 3

工程热力学课件8压气机的热力过程

工程热力学课件8压气机的热力过程

108.5 1.2 1 2 0.287 290 [1 7.746 1.2 ] 3600 1.2 12.24kw
1.2 1
第四节
叶轮式压气机
优点：流量大、气体能无间歇地连续流进流出 径流式（即离心式）
轴流式
机械能——增加动能—压力增加 离心式压气机中，气流沿轴向进 入叶轮，受高速旋转的叶轮推动， 依靠离心力的作用而加速。然后 在涡壳型流道（相当于扩压管） 中降低流速提高压力。
n 1 p2 n n ' p1v1 1 ( ) n 1 p1 m
Wc ,n
无余隙容积时，压缩1kg 气体所消耗的功为 ： n 1 p2 n n ' Wc , n p1v1 1 ( ) n 1 p1 有余隙容积和无余隙容积时，压缩1kg 气体所消耗的功是相同的
wc wt h2 h1
T 2’ 2 P2
任意工质、任意绝热过程 1—2：理想p (T2 T1 )
P1
1—2’：不可逆绝热压缩
wc h2' h1 c p (T2' T1 )
1 s
压气机的绝热效率
c ,s
wc,s h2 h1 t2 t1 wc h2' h1 t2 t1
各级的排气温度为
p2 T2 T1 ( ) p1
n 1 n
1.2 1 p2 nn1 T3 T2 T1 ( ) 290 7.746 1.2 407.92 K =134.77 C p1
两级压缩时压气机消耗的总功率为 n 1 Wc ,n m n p2 n N 2 RT1[1 ( ) ] 3600 3600 n 1 p1
2、可逆绝热压缩

8压气机的热力过程

8压气机的热力过程
Wt理论 k p2 kk-1 mRT1[1 ( ) ] k 1 p1
Wt实际 mcp (T1 T2' )
Wt理论 Wt实际
太低，则压气机报废或修理
压气机的设计计算
需要压气机，想设计一台
已知 ：
p2 ，T1、p1，m(V ) p1 要求：配马达功率， 出口温度。
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
• 叶轮式压气机分径流式（离心式） 和轴流式两种型式
例. 空气压力0.1MPa，温度 27℃，压缩到1MPa，压缩过程为 两级绝热压缩，级间冷却到温度与 初温度相等。 • ①. 最佳中间压力；②.绘出过程 的p-v图； ③. 过程中消耗的技术 功。
1
v
s
三种压气过程功的理论耗功
n p2 wtn RT1[1 ( ) n 1 p1
n 1 n
]
p1 wtT RT1 ln p2
最小
2s
2T 2n
1
k p2 wts RT1[1 ( ) ] k 1 p1 p 2 2 2 T n T s p2
p1
1
k 1 k
p2
p1
v
s
三种压气过程的参数关系
s ？ n ？
假定 s ，理论功
根据经验，有无冷却水套
Wt理论
k p2 mRT1[1 ( ) k 1 p1
k -1 k
]
第八章 压气机的热力过程
压气机的作用 生活中：自行车打气。 工业上：锅炉鼓风、炼钢、燃气 轮机、制冷空调等等
型式 结构 压 力 范 围
活塞式(往复式) 离心式 ，涡旋 连续流动 轴流式，螺杆 通风机 鼓风机 压缩机

课件：08压气机的压气过程-wyz-2013.12.3(录像,2学时)

课件：08压气机的压气过程-wyz-2013.12.3(录像,2学时)
p1 p2
(ws )c min
2n n 1
RgT1[1
(
p2 )(n1) p1
n]
2021年5月16日
第八章 压气机的压气过程
18
Answer ：
当压气机的各级多变指数相同、各级增压比相同、且 采用中间冷却措施冷却到初始温度时，压气机耗功最少， 且各级耗功量相等。
2021年5月16日
第八章 压气机的压气过程
p1v1
1
p2 p1
(n1)
n
n n1
RgT1
1
p2 p1
(n1)
n
2021年5月16日
第八章 压气机的压气过程
7
例8-1 （p145） 有一台活塞式空气压缩机，其气缸有水套冷却。 若把空气由0.1MPa、17℃的状态压缩到0.6MPa，按示功图求得压 缩过程的多变指数为1.3。设压缩过程为可逆过程，试求压气机消 耗的功及冷却水带走的热量，并与具有相同初始状态、终了压力 的可逆绝热压缩及可逆定温压缩的压气过程相比较。
T2 )
1.4 0.4
0.2871 (290 483.9)
194.8kJ/kg
q12,s 0
2021年5月16日
第八章 压气机的压气过程
9
对可逆定温压缩过程
w s ,T
RgT1 ln
p1 p2
0.2871 290 ln 0.1 149.2kJ/kg 0.6
q12,T
T1s12
RgT1 ln
容积效率
V
V1 V4 Vh
1
V3 Vh
p2 p1
1
n
1
VVh3↑、 pp↑12、 ↓→n ↓。V

工程热力学-08 压气机的压气过程

工程热力学-08 压气机的压气过程

1 V
4－1：进气过程中气体的状态不变，随着活塞向 右移动，气体在压力下不断进入气缸。当活塞移 动到气缸最右端时，进气阀关闭，进气过程结束。
余隙容积
能源与动力工程学院 新能源与科学工程系
6
二、压气过程的轴功（按照示功图计算）
p
p2 3
2
(WS )c W12 W23 W34 W41
轴功和实际压气过程消耗的轴功之比称为定
温效率。
c,T

(ws )c,T (ws )c
T
p2
2’
2
p1
1 0
T p2
2’ 2
0
s
p1 1
s
能源与动力工程学院 新能源与科学工程系
13
p2 )(k 1) p1
k]
k
k
1
RgT1[1

(
p2 )(k 1) p1
k]
[理想气体，定值 比热容，可逆过程]
2、定温过程 3、多变过程
(wS )c,T

2
1 pdv RgT1 ln
p1 p2

RgT1
ln
v2 v1
(wS
)c,n

n
2 1
pdv

n
n 1
p1v1

p2v2
若压气机不采用冷却措施，则理想的压
气过程是定熵过程。定熵过程消耗的轴功与
实际绝热压气过程的轴功之比称为压气机的
绝热效率。
c,s

(ws )c,s (ws )c

h1 h2s h1 h2
T1 T2s T1 T2
若压气机采用冷却措施，则理想的压气

工程热力学第八章 压气机的热力过程

工程热力学第八章 压气机的热力过程
实际压缩1－2n
二、压气机的理论耗功量
➢ 压气机耗功
压缩气体的生产过程包括气体的流入、压缩 和输出，所以压气机耗功应等于压缩过程耗功与 进、排气过程推动功的代数和：
wC w12 ( p2v2 p1v1) wt
可见压气机耗功以技术功计。
二、压气机的理论耗功量
➢ 三种压缩过程耗功量
（1）可逆绝热压缩
V1 V3 Vh
V4
(
P3
)
1 n
(
P2
)
1 n
V3 P4
P1
V
1 Vc Vh
1
n
1
✓ 余隙容积百分比Vc/Vh和多变指数n一定时，增压比越大 ，则容积效率越低，且当增加到一定值时容积效率为零
。
✓ 增压比一定时余隙容积百分比越大，容积效率越低。
二、余隙容积的影响
➢ 理论耗功量：
WC A12 gf 1 A43gf 4
一、工作原理
f－1：气体引入气缸 1－2：气体在气缸内进行压缩 2－g：气体流出气缸，输向 储气筒
➢ f-1和2-g过程
不是热力过程，只是气体的移动过程，气体状 态不发生变化，缸内气体的数量发生变化
➢ 1－2过程
热力过程，气体的参数发 生变化。
有两种极限情况： 绝热过程1－2s 定温过程1－2T
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
通风机—表压0.01MPa以下 压头高低 鼓风机—表压0.1~0.3MPa
压气机—表压0.3MPa以上
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
8-1 单级活塞式压气机的工作原 理和理论耗功量

08压气机的热力过程

08压气机的热力过程

08压气机的热力过程压气机是一种将气体压缩增压的机械设备，常见的应用包括空气压缩机、汽轮机和涡轮增压器等。

压气机在工业生产中起着至关重要的作用，其热力过程主要包括吸入、压缩、排气和冷却等环节。

下面将详细讨论压气机的热力过程。

一、吸入过程压气机的吸入过程是指空气或气体通过进气口进入压气机的过程。

这个过程通常发生在大气压力下，空气在气缸内形成负压，从而使气缸内外压力差产生，空气会自动被吸入气缸。

在这个过程中，空气会受到大气压力和温度的影响，其状态方程为P1V1/T1=P2V2/T2，其中P1、T1分别为吸入前的大气压力和温度，P2、T2分别为压缩后的压力和温度。

二、压缩过程当空气被吸入气缸后，压气机开始进行压缩过程，使气体的压力和温度升高。

在这个过程中，压气机会通过活塞等运动部件产生压缩作用，将气体压缩至所需的压力水平。

压缩过程中，空气温度会急剧升高，压缩比的大小会影响压缩机的压力比功率。

三、排气过程压缩后的气体在排气过程中会被送出压缩机，以供后续使用或处理。

在这个过程中，气体的压力和温度会相应降低，同时会有一部分功率用于克服管道和其他系统的阻力损失。

排气过程通常会产生一定的能量损失，需要进行热力平衡计算和能量分析。

四、冷却过程在排气后，压缩机会对气体进行冷却处理，以减少气体的温度并提高设备的效率和稳定性。

压缩机通常会采用冷却器或冷凝器等设备对气体进行冷却，从而将气体的温度控制在合适的范围内。

冷却过程是压气机热力过程中不可或缺的环节，可以有效提高系统的性能和可靠性。

综上所述，压气机的热力过程主要包括吸入、压缩、排气和冷却四个环节，每一个环节都对压气机的性能和效率产生重要影响。

通过合理控制这些热力过程，可以有效提高压气机的工作效率和性能指标，从而更好地满足生产需求并保障设备运行的稳定性和可靠性。

希望这篇文章对您有所帮助。

热力学第08章压气机的热力过程解析

热力学第08章压气机的热力过程解析

耗功大小与pa有关
令
pa
wC 0 p a
p1 p 2
pa p2 或 l h p1 p a
时
w C w C ,min
推广：若m级，
m
则： 1 2 m
p2 时 wC wC,min p1
讨பைடு நூலகம்：
1）按
i
m
p2 p1
选择各级中间压力，优点：
n 1 n 1 n n n n 1 p1V1 1 p V 4 4 n 1 n 1 n 1 n n p1 V1 V4 1 n 1
n 1 n n Ves p1 1 n 1
注意：压气机不是动力机 压气机中进行的是过程 不是循环
二.理论耗功
• 压缩过程耗功：
W1 2
1 2
pdV
2
压气机耗功：
WC p1V1 p d V p 2V2
1
V d p Wt
1
2
增压比：
1、绝热压缩
p2 p1
w C , s h2 s h1
p2 4.9 MPa T2 T1 290K 881.6 K p1 0.1 MPa T2 T1 (881.6 290) K T2act T1 881.6 K 986 K Cs 0.85
1
1.41 1.4
P P ' Ps 18 972.5 kJ/min 15 178 kJ/min 3 794.5 kJ/min 63.24 kW
例题2
' （4） T2 T1

08压气机的压气过程

08压气机的压气过程

n1
n2 n2
1
RgT2
1


p3 p2
(n2 1)
n2
设气体在中冷器充分冷却，即T2’＝T1，以及两级压缩过程的多变指
数相同，即n1＝n2＝n，则上式可写为
(ws )c

RgT1
n
n
1
2


p2 p1
(n1)
n

p3 p2
(n1)
n
上式中， p1取决进气环境，p3取决使用要求，均是不可改变的。因
此(ws)c仅取决于p2 ，即(ws)c＝f(p2)，对其求极值，可得压气机消耗
的功为极小值时中间压力p2的值应为
p2 p1 p3 或
p2 p3 p1 p2
即各级压气机增压比相同时，采用中间冷却措施的压气机耗功最少。
11
采用冷却措施的压气机的理想压气过程是可逆定温过程。
定温效率ηc,T为可逆定温过程的轴功和实际压气过程的轴功之 比。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实
际采用冷却措施的压气机所消耗的轴功。
2019年7月10日
第八章 压气机的压气过程
有效进气容积： V 1V4
余隙容积：
V3
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
2
4
1 pdV p2 (V3 V2 ) 3 pdV p1 (V1 V4 )
可见，可用过程线所包围的面积表示压气机消耗的轴功。
1
R

第八章 压气机的热力过程

第八章 压气机的热力过程

1
V1
V Wc
***p-V示功图与p-v压容图不同：后者的每一点都与1kg 工质的平衡态对应，而前者随着体积V的变化，工质的质 量变化。
Q≈?
图8-1 活塞式压气机示功图
p
P2 2T 2n 2s
•
•
两个极限的压气过程：即绝热压缩和等温压缩。
若过程进行极快而气缸散热较差，气体与外界换热 可以忽略，视为绝热压缩，如曲线1-2s所示。 若压缩过程进行得较慢，且气缸壁得到良好的冷却， 就接近于等温压缩，如曲线1-2T所示。 实际压缩过程是处于等温与绝热之间的多变压缩过 程（1<n<k），压缩过程有热量传出，气体温度也有 所升高。对单级活塞式压气机，通常n＝1.2～1.3。 等温压缩气体的终温及比体积比绝热压缩的终温及 比体积低。这对于安全（避免润滑油的烧结）及减 小储气筒的容积有益，因此，希望压缩过程尽量接 近等温过程。为此，活塞式压气机都采取冷却措施。 但对于实际压缩过程说，无论采取什么冷却措施， 很难实现等温压缩。
一、工作原理
f－1：进气过程； 1－2：压缩过程； 2－g：排气过程。
p
g P2 2
进气和排气过程f-1和2-g都不是热力过 f 程，气体的状态并不发生变化，只是缸 内气体数量发生变化。 H2 压缩过程1-2才是热力过程，气体的状 态发生了变化。 压缩过程的耗功用面积1-2-m-n-1表示 H
1
P1 V2 m n
8-3 多级压缩和级间冷却
多级压缩是把气体的压缩过程分
在两个或两个以上的气缸里依次 压缩，使气体的压力逐级上升。
定压冷却
中间冷却器
空 气 滤 清 冷却水 器
p2
p3
当气体在第一级气缸内被压缩到

工程热力学8压气机热力过程

工程热力学8压气机热力过程

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 m'
n
n 1
p1v1
1
(
p2 p1
)
n1 n
无余隙容积时，压缩1kg 气体所消耗的功为
：
Wc,n '
n n 1
p1v1 1 (
p2 p1
)
n1 n
有余隙容积和无余隙容积时，压缩1kg 气体所消耗的功是相同的
p
3
2
解 单级多变压缩时排气温度为
T3
T1
(
p3 p1
)
n 1 n
290(
二、容积效率
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
1、有余隙容积存在时，对 Wc 的影响
Wc,n Wt,12 Wt,34
p
3
2
4
1
V
Vc
Vh V1-V4
有余隙容积压缩机示功图
n n 1
p1V11
(
p2 p1
)
n1 n
－
n
n
1
p4V4 1
第二节 单级活塞式压气机所消耗的机械功和容积效率
2
技术功
wt
1
vdp
压气机所需的功Wc，在 数值上等于压缩过程的
技术功。
2
WC p1V1 1 pdV p2V2
2
1 Vdp Wt
示功图 p-V 图所包围的面积表示压气机的耗功，可 以看出定温压缩耗功最少，排温最低，而绝热压缩所消耗 的机械功最大，排温最高。因此对压气机应加强冷却，不 仅减少耗功，而且保证润滑条件。

热工基础(机械)第8章

热工基础(机械)第8章
其中 2’ －2喷油, 2－ 3 接近定容，3－4 接近定压
4―5：多变膨胀过程 （中速：n＝1.25－1.30；高速：n＝ 1.18－1.27）
5―0：排气过程 其中 5―1’为自由排气过程，接近定容过程； 1’―0：强制排气过程(接近定压)
实际循环为开式的不可逆循环, 进排气过程耗功。
2. 活塞式内燃机的理想循环图 简化方法:
3. 工作原理： 1—2：从蒸发器出来的干饱和蒸气在压缩机中定熵
压缩为过热蒸气；
2—3：过热蒸气在冷凝器中定压冷却为饱和液体；
3—4：饱和液体经节流阀绝热节流（不可逆），节
流后的工质 p↓、T↓ ； 4—1：制冷剂液体在蒸发器中定压吸热气化为干饱 和蒸气。 从而达到从低温吸热、向高温放热的目的。
二、制冷量、耗功量及制冷系数（均与焓有关）
作业：8.1，8.4，8.5，8.7（1冷吨=3.86 kW ）
第八章 热力循环
8－2 压气机循环
一、单级活塞式压气机的工作原理（理想工作过程）
二、压气机的耗功：
单级活塞式压气机一个循环的工作过程可分为吸 气、压缩、排气三个阶段（设均为可逆过程） 。 吸气过程中气缸吸入压力为 p1的气体，气体的质量 qm 和容积V 不断增加， 而气体的状态( p1 , v1 )不变， 相当于气体定压膨胀，该过程中系统作正功 p1V1； 压缩过程中气体的量不变，而气体的压力不断增加， 该过程中外界对系统作压缩功（负功）为：
煤气机—点燃式（现很少用）
• 按单循环冲程数分： 二冲程、四冲程 • 按进气压力分： 增压、非增压 • 按气缸布置分： 立式、卧式、V型、H型、星(X)型等
二、活塞式内燃机实际循环和理想循环
1. 实际循环工作过程（以四冲程混合加热循环柴油

第8章-压气机的热力过程

第8章-压气机的热力过程
静叶片 动叶片 轴端密封 联轴器
止推轴承
转子
支撑轴承
收缩器
进口导向叶片
机壳
扩压器
轴流式压气机结构示意图
离心式压气机结构示意图
出口扩压器 主轴 出气口 出口扩压器
离心式压气机结构示意图
进气室
扩压管
进气口
叶 轮 蜗壳
单级活塞式压气机结构示意图
单级活塞式压气机结构示意图
进气阀 空气滤清器
气 缸
活 塞
排气阀
a
1
v
p
一、工作原理
a－1：气体引入气缸
同14
a
1
v
p
一、工作原理
a－1：气体引入气缸
a
1
v
p
2
一、工作原理
a－1：气体引入气缸
a
1
v
p
2
一、工作原理
a－1：气体引入气缸 1－2：气体被压缩
同14
a
1
v
p
2
一、工作原理
a－1：气体引入气缸 1－2：气体被压缩
a
1
v
p
2
一、工作原理
a－1：气体引入气缸 1－降低了活塞排量的利
V3 V1 V3
是余隙与活塞排量的比值，称为余隙比，
通常为0.03～0.08。
p
2"
三、增压比对容积效率的影响
p2"
3'
2'
p2'
3
2
p2
4 4' 0 Ve V
1
p1
V
1 n V3 p2 V 1 1 p1 V1 V3
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p2 p1 p3 0.1106 1.6106 0.4106 Pa
v
V 1 3
V h

p2 p1
1
n

1
1
1 0.05 (41.25
1)

0.898


两级：(ws )c

2
n n1

RgT1
1



p2 p1
525 290 0.8

584K
作业
8-1 8-4 8-5
8-2
8-3
8-6
8-7



p1 p4 p2 p3 p1(V1 V4 ) p1Ve mRgT1
(Ws )c

n
n
1
mRgT1
1



p2 p1

n1 n

(ws )c

n n1
RgT1
1


p2 p1

n1 n

设单级活塞压气机中压缩过程与膨胀过程的多 变指数n相同。
12 pdv 43 pdv
(Ws )c (m1 m3 )(12 pdv p1v1 p2v2 )
(ws )c 12 pdv ( p2v2 p1v1 ) 12 pdv 12 d ( pv)

2
1
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 )
如果压气机不采用冷却措施，可以认为压气过 程是绝热过程，定义压气机的绝热效率为：
c,s

(ws )c,s (ws )c

h1 h2s h1 h2

T1 T2s T1 T2
一般，轴流式及离心式 T 压气机的绝热效率在 0.80—0.90之间。
2s 2
1
s
如果压气机采用冷却措施，则可以假想理想的

n1 n

2
1.25

0.2871

290

1


0.4

1.251 1.25

1.25 1
0.1
266kJ / kg
单级：(ws )c

n
n
1
RgT1
1


p3 p1

n1 n


1.25
Ve V1 V4
工作容积（stroke volume）：
Vh V1 V3
余隙容积（clearance volume）： p1 p4 p2 p3
V3
v2 v3 v1 v4
m1 m2 m3 m4
压气功计算
(Ws )c W12 W23 W34 W41
解：

1 n

v
V 1 3
V h

p2 p1

1


当p2=0.6Mpa时：ηv=0.84 当p2=1.6Mpa时：ηv=0.59
例8-3 上例中为把0.1MPa、25℃的空气压缩到 1.6MPa，现采用一个有中间冷却器的两级压 气机。设压缩过程多变指数为1.25，余隙比为 0.05，试求容积效率及压气机消耗的轴功。

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
RgT
pV m RgT
N

n
n
1
m RgT1

p2 p1
n1
n
1

例8-2有一台活塞式空气压缩机，其余隙比为 0.05，进气压力0.1MPa、温度25℃，压缩后 压力为0.6MPa。设压缩过程的多变指数为 1.25，试求压气机的容积效率。又若压缩终了 压力提高到1.6MPa，问此时容积效率为多少？

(ws )c

2
n
n
1
RgT1
1


p2 p1

n1 n

8-4 压气机效率
实际压气机的压气过程中总是存在摩擦、 扰动等一些不可逆因素。因此实际压气机的 压气过程要比理想的可逆压气过程消耗更多 的功。通常用压气机效率来说明实际压气机 中不可逆因素的影响。

V1 V4 Vh
V3
Vh Vh
V4

1 V3 Vh

V4 V3
1
1
1
V4 V3

p3 p4
n

p2 p1
n

1 n

v
V 1 3
V h

p2 p1

1
结论：当多变指数n一定时，容积效率取决于 余隙比和增压比（ The volumetric efficiency depends on the clearance ratio and compression ratio ）。所以应尽 量减小余隙比，同时单级压缩增压比不宜过高，一 般不超过10-12，同时， 从压缩终了温度考虑增压

0.2871

290

1


1.6

1.251 1.25

1.25 1
0.1
308.5kJ / kg
例8-4 有一台轴流式压气机， 把空气从0.1MPa压缩到 T 0.8MPa。设压缩过程为（不
可逆）的绝热过程，压气机 的绝热效率为0.8。空气的初 始温度为17℃，试求压缩终 了的温度。
2s 2
1
s
c,s

(ws )c,s (ws )c

h1 h2s h1 h2

T1 T2s T1 T2Biblioteka k 11.41T2
T1
p2 p1

k
290 0.8 1.4 0.1
525K
T 2
T1

T2s T1
c,s

290

n1 1
(ws )c

n1 n1 1
RgT1 1

p2 p1

n1


n2 1

n2 n2
1
RgT2' 1

p3 p2

n2

当 n1=n2=n, T1=T2’
p2
p1 p3

p2 p1

p3 p2
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。
1


p2 p1
n1
n

q

cn T2
T1

nk n1
cv0 (T2
T1 )
n1
T2
T1
p2 p1

n
8-2 活塞式压气机的压气过程
1．进气过程4-1
2．压缩过程1-2
3．排气过程2-3
4．膨胀过程3-4
有效容积（active volume）：
第八章 压气机(gas compressor)的压气过程
8-1 压气机的压气过程
压气机从结构上可分为两大类，一种是 直接对气体做功，使其v减小，p增高，如活 塞式（pistontype）、转子式（rotor type）压气 机就属于此类，另一种是先使气体流速提高 再利用扩压管进行扩压，达到使气体压力提 高的目的，离心式（centrifugal type）、轴流式 （axial flow ）压气机即属于这一类型的压气机。
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
RgT1
1


p2 p1

n1 n

余隙容积对排气量的影响
容积效率（volumetric efficiency）：
v
Ve Vh
压气过程是可逆定温过程，并定义压气机的
定温效率为：
c ,T

(ws )c,T (ws )c
只要知道压气机定温效率便可利用可逆定温过 程的轴功计算实际采用冷却措施的压气机所 消耗的轴功。
功率计算
功率： N m ws
质量流量：m
Ac f v
Ac f
V