工程热力学第五章气体的流动和压缩.ppt

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1、工程热力学,彭 伟Email:手机,第五章 气体的流动和压缩,5-1 一元稳定流动的基本方程,一元流动的定义流动的一切参数仅沿一个方向（可以是弯曲流道的轴线）有显著变化，而在其他两个方向上的变化极小。连续方程,qv体积流量：单位时间流过截面的体积,qm质量流量：单位时间流过截面的质量,5-1 一元稳定流动的基本方程,能量方程,喷管、扩压管流动：无轴功、绝热、无重力位能变化,上式适用于任何工质的绝热稳定流动过程,5-1 一元稳定流动的基本方程,动量方程,在流体中沿流动方向取一微元柱体，牛顿第二定律：,若不考虑粘性力（摩擦力）,5-1 一元稳定流动的基本方程,其他相关方程,状态方程:F（p,v,T

2、）=0,过程方程（定熵过程）：pv=常数,为定熵指数，0为理想气体定熵指数,音速方程：,5-1 一元稳定流动的基本方程,其他相关方程,马赫数是气体在某截面处的流速与该处音速之比,根据Ma的大小，流动可分为三类,亚音速流动音速流动超音速流动,5-2 喷管中气流参数变化和喷管截面变化的关系,什么是喷管用于增加气体或蒸气流速的变截面短管喷管中的流动过程流速很快，过程很短，近似绝热,喷管,5-2 喷管中气流参数变化和喷管截面变化的关系,对于喷管而言，增加气体流速是其主要目的。当Ma0，必须使dA1时，要使dc0,则应dA0(渐扩喷管)当Ma从小于1增加到大于1，要使dc0 从dA0(缩放喷管，拉伐尔喷

3、管),5-2 喷管中气流参数变化和喷管截面变化的关系,音速与临界流速喷管内，音速不断减小，流速不断增大，二者相等时的流速称为临界流速，此位置后喷管需从渐缩转为渐扩才能保持流速继续增大，此位置称为喉部。,5-3 气体流经喷管的流速和流量,滞止参数（*）：气体流速为0时的各种参数绝热过程流速无摩擦绝热过程,5-3 气体流经喷管的流速和流量,临界压力比临界截面上的气体压力pc与滞止压力p*之比称为临界压力比，用c 表示临界流速,5-3 气体流经喷管的流速和流量,流量,5-3 气体流经喷管的流速和流量,最大流量,5-4 压气机的压气过程,压气机用来压缩气体最常见的是用来压缩空气，即空气压缩机原理：消耗

4、功，并使气体从较低的压力升到较高的压力,工作原理,压头高低,鼓风机表压0.10.3MPa,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,压气机表压0.3MPa以上,压气机分类：,（容积型）,（速度型）,单级活塞式压气机的压气过程,工作原理,0-1：吸气，传输推动功p1v11-2：压缩，耗外功,2-3：排气，传输推动功p2v2,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。,压气机耗功：,表示在活塞式压气机的理想工作过程中，当气缸容积变化时缸内气体压力变化的曲线。图中的0-1和2-3过程，仅是将处于一定热力状态的

5、气体吸入或排出气缸的机械输送过程，只有12压缩过程才是热力过程。,pv”图(示功图),压缩过程的热力学分析,一种为过程进行得极快,视为绝热过程；一种为散热良好,视为定温过程；实际压缩过程在这两者之间,二.理论耗功,所以wC取决于初、终态及过程特征,2.等温压缩,3.多变压缩,1.绝热压缩,讨论：,理想压缩是 等温压缩,b）通常为多变压缩,a）,1n,压气机所需功:wc=-wt,绝热压缩:wc=h 任何工质,可逆不可逆=Cp,0(T2-T1)理想气体,可逆不可逆=0/(0-1)(p2v2-p1v1)理想气体,可逆绝热=0/(0-1)p1v1(p2/p1)(0-1)/0-1 同上=0/(0-1)R

6、gT1(p2/p1)(0-1)/0-1 同上,多变过程,将上式中0换成n即可,定温压缩:wcT=h-q 任何工质,可逆不可逆=-Rg(v2/v1)=RgT(p2/p1)理想气体可逆,余隙容积的影响,余隙容积clearancevolume,V是实际进入气缸的气体容积,称为气缸的有效容积,V,当活塞运行到上止点位置时,为使进、排气阀开启时不与活塞顶部撞击,在活塞顶点与气缸盖之间留有一定得空隙,这一空隙称为余隙容积,几个名词：,余隙容积Vc（=V3）,气缸工作容积(活塞排量)Vh(=V1V3),有效吸气容积Ve（=V1V4）容积效率v=Ve/Vh余隙比=Vc/Vh,余隙容积对生产量的影响,讨论：,V

7、c，VeVm生产量,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,2）实际耗功增大,有害容积,1）生产量下降,多级活塞式压气机的压气过程,采用分级压缩，级间冷却：,压缩过程中随 p升高，T升高；v 下降,多级压缩和级间冷却,为了节省压缩耗功和限制压缩终温,同时为避免因增压比太高而影响容积效率,常采用多级压缩和级间冷却的方法,理论耗功分析,每生产1kg压缩气体：,1,n,低压缸,a,p,中冷器,3,n,高压缸,2,3,时,耗功最少,讨论：按,选择各级中间压力，,d）各缸按比例缩小e）对提高整机容积效率v有利,b）各缸终温相同,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,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,4）真空泵(vacuumpump)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,叶轮式压气机工作原理,一.简介,叶轮式压气机：,没有余隙影响；但每级增压比不高。转速高；连续吸，排气，运转平稳；排气量大,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,叶轮式压气机工作原理,理论耗功,实际耗功,