西安交大工程热力学 第八章 压气机的热力过程

功＝面积12341 ＝面积12561－面积43564 设12和43两过程n相同
n 1 p2 n n Wt p1V1 1 p1 n 1 n 1 p2 n n 3 1 p1 V 4 4 n 1 4 p1 热流中心
热流中心
5
热流中心
6
1
工程热力学
Engineering Thermodynamics
工程热力学
Engineering Thermodynamics
8-1 单级活塞式压气机工作原理和理论耗功量
p g p2 2
目的：研究耗功，越少越好
指什么功
• f-1：吸气，m增加，状态不变 • 1-2：压缩，m不变，升压升温
T
p2
p1
2T 2n 2s
wcs wts
k p k 1 Rg T1[( 2 ) k 1] k 1 p1
p2
p1
2T 2n 2s
2s
2T 2n
p2 p1
1v
1
s
s
11
p wcT wtT Rg T1 ln 2 p1 wcT wcn wcs 工程上采用加气缸冷却水套、喷雾化水等措 2 施，使过程尽量接近于等温过程。另外一个 wc vdp wt 最小 重要启示 方法：多级压缩、级间冷却。 1
21pp1一定v?chvv??2和n一定21ppv?极限v0??1nv11????????????cv4121vv3v??p工程热力学engineeringthermodynamics热流中心18余隙容积vc对理论压气功的影响功面积12341设1?2和4?3两过程n相同12t111134441111nnnnnpwpvnppnpvnp????????????????????????????????????????面积12561面积4356423pp?14pp?2p1p1pv2311v3vv645cvp4工程热力学engineeringthermodynamics热流中心1912t11411????1nnnpwpvvnp?????????????????11gpv量耗功不影响mrt?121111nnnppvnp????????????????????1t2t1111nngwpnwrtmnp?????????????????????余隙对单位产气v2311v3vv645cvp1111nncgnwrtn???????????工程热力学engineeringthermodynamics热流中心2083多级压缩和级间冷却2p1p1t2n2s2pvctcncswww??n降低1v11n????????????工程热力学engineeringthermodynamics热流中心21多级压缩级间冷却储气罐冷却水高压缸低压缸进气口工程热力学engineeringthermodynamics热流中心22多级压缩级间冷却储气罐冷却水高压缸低压缸进气口123452p1ppv省功工程热力学engineeringthermodynamics热流中心23123452p1ppv省功ts1p2p4p123456工程热力学engineeringthermodynamics热流中心24ccclhwww??112cg1g311111nnnnaappnnwrtrtnpnp????????????????????????????????????????112g1121nnnnaappnrtnpp????????????????????????????耗功大小与中间压力pa有关理论耗功分析123452p1ppv省功1app有一个最佳增压比5工程热力学engineeringthermodynamics热流中心25c0awp???令21pp?pa??此时ccmin
15

热流中心




1 n 1
16
工程热力学
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工程热力学
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V 1 1
1 n
V C Vh
余隙容积VC对理论压气功的影响
n 1
p 2 2n 2 T s p2
p1
1
T
2T
2s
2n
p2
p1
v
s
9
1
热流中心
热流中心
v
s
10
工程热力学
Engineering Thermodynamics
工程热力学
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三种压气过程参数关系
wcT wcn wcs
p
三种压气过程功的计算
p
T1 T2T T2n T2s
4
5
省功
2
T
4
6 5
p4
p2
2
wC wC,l wC, h
p1
p
3
3 1
1
n 1 n 1 p 2 p n p n n n wC RgT1 a 1 RgT3 2 1 p1 n 1 pa n 1
n 1 n
p 5
VC
8-3 多级压缩和级间冷却
3
2
wcT wcn wcs
n 降低
p
p2
p1
2T 2n 2s
V 1 n 1

1v

1

热流中心
19
热流中心
20
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Engineering Thermodynamics
工程热力学
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多级压缩、级间冷却
储气罐 高压缸
多级压缩、级间冷却
储气罐 高压缸
p
p2
4
5
省功
2
低压缸 冷却水 进气口 冷却水 进气口
低压缸
3
p1
1
v
热流中心
21
热流中心
22
工程热力学
Engineering Thermodynamics
工程热力学
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理论耗功分析
p
p2
pa
p1 p2
或 opt
pa p2 p1 pa
此时
wC wC,min
opt m
pm 1 p1
Wcmin 2
n 1 n 1 n n p1V1 opt n 1 2 RgT1 opt n 1 n 1 n 1
气 体 和 蒸 汽 流 动
第八章 压气机的热力过程
热力循环
工程热力学
热流中心
1
热流中心
2
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概述
1 压气机：使得气体压力升高的设备。 生活中：自行车打气。 工业中：
制 冷：压缩机 热 能：锅炉供风 汽 车：车闸，公汽开、关门 涡轮机：装置的一部分 其 它：气锤、气钻、风镐、通风、空调等
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离心式压气机
由于排量大，运转快，难冷却，可作绝热压缩考虑
绝热压缩过程 wc 1 vdp wt
2
q h wt
理论耗功 wC,s h2s h1 实际耗功 绝热效率
理想气体
T
T2s
T2'
p2 p1
wC ' h2 'h 1
f 0
p1 V2
1 V1 Ws Wc V
• 2-g：排气，m减少，状态不变
压缩过程耗功
W1 2
1 2
压气机耗功
Q H Wt
p
2

pdV
增压比：
p 2 p1
7
WC Wt
Wt Vdp
1 2
1
v
热流中心
热流中心
8
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wCs h2 s h1 wC ' h2 ' h1 T T T T Cs 2s 1 T2 ' T1 2s 1 Cs T2 ' T1
1
CS
热流中心
4 V3
V
V4 V3 V3 V4 1 1 V1 V3 V1 V3 V3
4
V
令


VC Vh
1
余隙(容)比

V1 V3 工程上一般＝0.03~0.08
1
p n p n V 1 3 1 1 2 1 1 p4 p1
1v
wcn wtn
p n 1 n RgT1[( 2 ) n 1] n 1 p1

热流中心
热流中心
12
2
工程热力学
Engineering Thermodynamics
工程热力学
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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？
8-4 叶轮式压气机工作原理和理论耗功量
轴流式 compressor 离心式 compressor
原理：入口初步加速、导向叶片扩压、叶片加速，再扩压， …逐级升压 特点：转速高；连续吸，排气，运转平稳；排气量大 但每级压比不高。
热流中心
29
轴流式压气机
热流中心
30
5
工程热力学
Engineering Thermodynamics
余隙容积 VC V3 气缸排量 Vh V1 V3 有效吸气容积 V V1 V4
p VC
定义容积效率 3 2 1 V1 V
V
1
V V1 V4 V3 V3 Vh V1 V3
p VC
3
2 1 V
p1V mRT1
新气量 产气量 研究VC对产气量和 耗功的影响
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理想气体热力过程的p-v,T-s图 p T
p s v
可能的压气过程
T
(1)特别快，来不及换热
s nk
s v
n0
(2)特别慢，热全散走 T n 1 (3)实际压气过程 n 1 n k
n0
n 1 nk n
T p
n nk
4
5
省功
2
p1vBiblioteka sn 1 n 1 p n p n n RgT1 a 2 2 p1 n 1 pa
3
p1
1
耗功大小与中间压力pa有关 pa 有一个最佳增压比 p 1
23
v
热流中心
热流中心
24
4
工程热力学
Engineering Thermodynamics
避免活塞与进排气阀碰撞 留有空隙
8-2余隙容积的影响
g p 3
2
f
1 2
3 4
2 压缩过程 3 排气，状态未变
4 0 Vc
V4
1
V1 V
4 残留气体膨胀 1 进新气，状态未变
14
热流中心
13
热流中心
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Engineering Thermodynamics
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Wt
n 1 p n n p1 (V1 V4 ) 1 2 p1 n 1
p n p1V 1 2 p1 1 6 n 1 4 V n 1 p2 n Wt n V1 V V3 wt R g T1 1 p1 m n 1 n 1 余隙对单位产气 n p1V mR g T1 n wc Rg T1 1 量耗功不影响 n 1
3
2 压气机分类
工作原理: 活塞式—压力高，流量小， 间隙生产 叶轮式—压力低，流量大， 连续生产
热流中心
热流中心
4
工程热力学
Engineering Thermodynamics
工程热力学
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2 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 压力范围： 压气机—表压0.3MPa以上 鼓风机—表压0.1~0.3MPa 通风机—表压0.01MPa以下
V 1 n 1 1 0.04 251 1 0.04

1
有利于曲轴平衡（总耗功
wC mwC,i ）
2）各缸终温相同
T T1 i n
n 1
有利于润滑油工作及使可靠性增加。


1

3) 各级散热相同 qi n cV T
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热能和机械能转换
基本概念
系统 状态参数 准静态过程 可逆过程 热力循环 第 一 定 律 第 二 定 律 理 想 气 体 蒸 气 湿 空 气
基本定律
工质性质
热力过程
基 本 热 力 过 程 多 变 过 程 压 气 机
wc ,1 wc ,2 ......wc , m wc ,1 m
热流中心
n 1 n RgT1 n 1 n 1
n 1 n RgT1 n 1 n 1
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热流中心
25
工程热力学
Engineering Thermodynamics
n 1 n 1 p n p n n RgT1 a 2 2 n 1 p1 pa
工程热力学
Engineering Thermodynamics
wC
推广：若m级
令 wC 0
pa
p2 p3 p4 p m 1 p1 p2 p3 pm
n 1
各中冷器散热相等
热流中心
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二级压缩
l h
热流中心
p2 5 p1
V V ,lV ,h 1 0.04 51 1 0.706

28


1

2
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Engineering Thermodynamics
工程热力学
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p 5
VC
3
2 1
V1 V
讨论： p （1） 2 一定， V p1 p2 （2） 和n一定， p1 V 极限 V 0
热流中心
p
6
V3
3
2 1
V1 V
4
V
VC
4
V
p 2 p3 p1 p 4
18
V3
17
3
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