第十一章《矿山流体机械》课件.ppt
第四篇 矿山压缩空气设备,第十一章 矿山压缩空气设备概述 及热力学基础知识,本章学习要点,矿山压缩空气设备概述 热力学基础知识 本章小结,第一节 矿山压缩空气设备概述,以压缩空气为动力源的优点：（1）可避免由于电火花而引起的爆炸，比电力源安全；（2）矿山使用的风动机具大部分是冲击式机械，往复速度高、冲击力大，适宜切削坚硬的岩石；（3）压缩空气本身具有良好的弹性和冲击性能，适合在变负载条件下作动力源，比电力源有更大的过负荷能力；（4）风动机械排出的废气可帮助通风和降温，有利于改善工作环境。缺点是压气设备本身的效率较低，而压缩空气又是二次能源，所以运行费用较高。,一、矿山压气设备的组成,矿山压气设备主要由空压机、拖动电动机、附属装置和输气管路等组成。如图所示，在空压机房内，由拖动电动机1驱动空压机2动作。空气由空气过滤器3进入空压机内进行压缩，当达到额定压力时，压缩空气就被送入风包4中储存，最后通过输气管路5送到井下各用气地点。,二、空压机的类型,第二节 热力学基础知识,一、气体的状态参数,在热力学中，用压力p、温度T和比容v来描述气体所处的状态，所以，p、T、v称为气体的状态参数。因这三个量可以直接或间接地用仪器测量出来，故又称为基本状态参数。,（一）压力p,压力（即压强）是指气体垂直作用在容器壁单位面积上的力，也就是气体的绝对压力（绝对压强）。用压力表测得的压力称为表压力（表压强），也称为相对压力（相对压强）。而在理论计算时，往往用绝对压力，压力的单位为N/m2（Pa）。,（二）温度T,温度是表示物体冷热程度的参数。温度的高低，反映了气体内部大量分子热运动的强弱程度。测量温度的标尺称为温标。目前我国采用两种温标，即摄氏温标t（）和绝对温标T（K），其关系为：Tt+273。在热力学计算中，采用的是热力学温度，即绝对温度。,（三）比容v,比容是指单位质量的气体所占有的容积，单位为m3/kg。显然，比容的倒数就是密度,二、理想气体状态方程式,反映p、V（v）、T之间关系的方程式称为气体的状态方程式。,（一）波义耳马略特定律,（二）盖吕萨克定律,（三）理想气体状态方程式,如下图所示，由状态a到b，因温度T1保持不变，故,由状态b到c，因压力p2保持不变，故,则有,三、内能U,气体的内能U是指气体内部所具有的各种能量的总和，其单位是焦耳（J），与功的单位相同。理想气体的内能只与温度有关，即通过热传递的方式可改变内能。,四、焓H,焓H是指系统内能U和系统的压强p与体积V的乘积之和，即HUpV。焓的单位是焦耳（J）。1kg介质的焓称为比焓。在气体等压变化过程中，常用焓差来表示热交换量，即HQ。,五、熵,熵是指气体由一个状态转变为另一个状态后的改变程度（即无序度）。在可逆转变过程中，熵的改变是零；在不可逆转变过程中，熵总是增加的。例如，空压机中，气体压缩过程中伴有热量损失，其熵值就是增加的。熵的增加值越小，说明热量损失就越小，空压机的效率就越高。,六、热力学第一、第二定律,（一）热力学第一定律,（二）热力学第二定律,热力学第二定律指出在热能转变为机械能的循环中，必须有两个不同的热源，同时热量不能自发地从低温热源传递给高温热源。,七、气体的比热容,比热容简称为比热，是指单位质量的气体，温度变化1K时吸收或放出的热量。气体比热值的大小与气体和外界进行热交换时的条件有关，即与热力过程有关。若吸（放）热是在气体容积不变的情况下进行的，则称为定容比热，用符号CV表示，单位为J/（kgK）；若吸（放）热是在气体压力不变的情况下进行的，则称为定压比热，用符号Cp表示，单位为J/（kgK）。根据比热定义有：,气体的比热容一般随温度的升高而增加。在工程计算中，为了简便起见，常常使用在一定温度范围内的平均比热。对于空气，一般CV718J/（kgK），Cp1005J/（kgK）。在热工计算中，还常用到Cp和CV的比值，这个比值称为气体的绝热指数，用k表示，即,八、理想气体状态的变化过程,能量的转换必须通过气体状态的不断改变才能实现，这种气体状态的连续改变称为气体状态的变化过程（热力过程）。气体的状态经过一系列变化后，又回到初始状态的变化过程，称为循环过程，简称为循环。,（一）等容过程,在气体容积保持不变的情况下，气体状态的变化过程称为等容过程，其过程方程式为：V（v）常数,根据理想气体状态方程式pVMRT可得，一定量的气体，在等容过程中，气体状态参数的变化关系为：,上式表明：在等容过程中，气体的压力与它的热力学温度成正比。在pV（v）图上，等容过程可用一条垂直于V轴的直线表示，如右图所示，线12表示等容加热过程，线12表示等容冷却过程。,（二）等压过程,在压力保持不变的情况下，气体状态的变化过程称为等压过程，其过程方程式为：p常数,由理想气体状态方程式pVMRT可得，一定量的气体，在等压过程中，气体状态参数的变化关系为：,上式表明：在等压过程中，气体的容积与它的热力学温度成正比。在pV（v）图上，等压线是一条平行于V轴的直线，如右图所示，线12表示气体的等压膨胀过程，线12表示气体的等压压缩过程。,（三）等温过程,在温度一定的情况下，气体状态的变化过程称为等温过程，其过程方程式为：T常数 由理想气体状态方程pVMRT可得，一定量的气体，在等温过程中，气体状态参数的变化关系为：,上式表明：在等温过程中，气体的压力与它的容积成反比。在pV（v）图上，等温过程是一条以坐标轴为渐近线的等边双曲线，如右图所示，线12表示等温膨胀过程，线12表示等温压缩过程。,（四）绝热过程,在与外界没有热量交换的情况下，气体状态的变化过程称为绝热过程。实际上，真正的绝热过程是不存在的，但在过程进行中，气体与外界交换的热量很小以致可忽略或来不及交换时，可近似当作绝热过程。其过程方程式为：Q0 绝热过程的气体状态参数关系为：pVk常数,根据理想气体状态方程式 和绝热过程方程式，可以得到下面一组反映绝热过程中，气体状态参数之间关系的方程式：,在pV（v）图上，绝热线是一条以坐标轴为渐近线的不等边双曲线，如右图所示，线12表示绝热膨胀过程，线12表示绝热压缩过程。,（五）多变过程,所有气体状态参数同时发生变化的过程称为多变过程。其过程方程式为：pVn常数 n为多变指数，其值可以是到内的任何实数。这说明多变过程有无限多个，但都必须按照pVn常数的规律进行状态变化。所以，前述的等容、等压、等温、绝热四个过程都是多变过程的特殊形式。在热力机械中，常见热力过程的多变指数n一般均在1k范围内变化。,当n在1k范围内变化时，多变过程曲线与其他四种基本过程曲线的相关位置如下图所示。,本章小结,（一）矿山压缩空气设备概述,1矿山压气设备主要由空压机、拖动电动机、附属装置（滤风器、风包、冷却装置等）和输气管路等组成。2按作用原理不同，工业上使用最广泛的空压机可分为容积型和速度型两大类。,（二）热力学基础知识,1在热力学中，压力p、温度T、比容v称为气体的状态参数。2质量为1kg和Mkg的理想气体状态方程式分别为：,3气体的内能U是指气体内部所具有的各种能量的总和。4焓H是指系统内能U和系统的压强p与体积V的乘积之和，即HUpV。5熵是指气体由一个状态转变为另一个状态后的改变程度（即无序度）。6热力学第一定律：热能与机械能可以相互转换，但转换前后的总能量保持不变；热力学第二定律：在热能转变为机械能的循环中，必须有两个不同的热源，同时热量不能自发地从低温热源传递给高温热源。,
