工程热力学第九章.ppt

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1、1,第九章 压气机的热力过程,2,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。,概述,3,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,压头高低,通风机表压0.01MPa以下,鼓风机表压0.10.3MPa,压气机表压0.3MPa以上,4,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,5,91 单级活塞式压气机工作原理和理论耗功量,一.工作原理,2-3：排气，耗外功 p2V2,压气机耗功：,注意：压气机生产量通常用单位时间里生产气体的标准 立方米表示，不同于进气或排气状态

2、。,1-2：压缩，耗外功,0-1：吸气，气体对外做功 p1V1,6,二.理论耗功,所以wC取决于初、终态及 过程特征,1.绝热压缩,2.多变压缩,3.等温压缩,（定值比热容、理想气体、可逆过程）,7,讨论：a）,理想压缩是 等温压缩,b）通常为多变压缩,1nk,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巾包在打气筒外壁，会有 什么后果？,Wc如何在T-s图上表示？为什么？,8,92 余隙容积的影响,一.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,几个名词：,气缸工作容积(活塞排量)Vh(=V1V3),余隙容

3、积Vc（=V3）,有效吸气容积V（=V1V4）,余隙容积比=Vc/Vh,9,生产过程：1-2 质量m1气体压缩：p1p2 2-3,气体排向储气罐,3-4,气体膨胀p2 p1,4-1,气体吸入气缸,生产量(每周期)：,10,二.余隙容积对生产量的影响,容积效率volumetric efficiency,讨论：,11,三.余隙容积对理论耗功的影响,WC,12,即余隙对理论耗功无影响（实际上还是使耗功增大）。,归纳：余隙存在使 1）生产量下降 2）实际耗功增大,有害容积,13,93 多级压缩和级间冷却 multistage compression and intervening cooling,一.

4、多级压缩,分级压缩，级间冷却。,工程上需要高压气体，但压缩过程中随p升高 T升高；v 下降。为使,14,二.理论耗功分析,1,n,低压缸,a,p,中冷器,3,n,高压缸,2,每生产1kg压缩气体：,令,时,15,推广：若m级，则,讨论：1）按,选择各级中间压力，优点：,a）各级耗功相等,（总耗功,有利于曲轴平衡,b）各缸终温相同,小于不如此分配时,各缸终温中最高者，有利于润滑油工作及 使可靠性增加。,c）各级散热相同,各中冷器散热相等,）,16,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2-4级。,3）定温效率iso

5、thermal efficiency,4）真空泵(vacuum pump)的实质也是压气机，是出 口压力为恒值环境压力，进气压力不断降低的 压气机。,，,可逆定温压缩功与实际压缩功之比,17,压气机若已实现等温压缩，是否还有必要进行分级压缩，中间冷却，为什么？,答：需要，虽然实现等温压缩 后耗功最小，但若压比过 大，v仍很小，分级后有 助于提高 v，如图。,若以p1=0.1MPa，p2=2.5MPa=0.04计算,单级压缩,二级压缩,18,活塞式压气机把0.1MPa，298k的空气加压到2.5MPa。试分别按单级压缩和二级压缩，中间冷却，计算压气机容积效率及各缸终温。已知,解：单级压缩,二级压

6、缩，中间冷却,19,20,94 叶轮式压气机(turbo-compressor)的工作原理,一.简介 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,centrifugal compressor,axial-flow compressor,21,理论耗功,实际耗功,实际多耗功,绝热内效率(adiabatic internal efficiency),理想气体,22,叶轮式压缩机，氮气进口参数为p1=0.0972MPa，t1=20c，出口压力p2=311.11kPa，进口处氮气流量,

7、气机绝热效率c,s=0.80，略去进出口动能差和位能差，求：1）压气机定熵压缩的耗功量;2）实际耗功量;3）由于不可逆而多耗功wt;4）若t0=20c，求作功能力损失I。已知氮气：,压,23,解：1）,24,25,*某大学实验室需4.9MPa压缩空气源，据市场调查，目前市售活塞式压气机余容比,叶轮式,压气机绝热效率 cs=0.85，试提出初步方案及必要的分析计算,（已知T0=290K，p0=0.1MPa）。,解：中间压力及压力比,26,容积效率,因为两级压气机相同，n相同，所以 vc=vh=0.861,若一级压缩，则,27,若叶轮式压气机可以实施如此大之压比，则,所以，从以上数据（及另外储气筒容积）等分析，采用活塞式压缩机两级压缩中间冷却设计方案较合适。,作业：,