工程热力学基础第八章概要

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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(王修彦)

.
Ma2 1 dcf dA cf A
b )M a 1 c f c d c f 与 d A 同号 ,c f A
当Ma > 1时， dcf>0 →dA>0 ，采用渐扩喷管；
.
c )M a 1 c f c c f d A 0
截面上Ma=1，cf=c，称临界截面(minimum cross-sectional area)[也称喉部(throat)截面]，临界截面上速度达当地音速 (velocity of sound)
4) cf cr 21p0v01(cr)1
21p0v012111
21p0v0
21RgT0
ccr RgTcr
. 与上式是否矛盾？
3.背压pb对流速的影响
a）收缩喷管：
p b p c r p 2 p bc f 2 c 2M a 2 1
p b p c r p 2 p c rc f 2 c 2M a 2 1
工程热力学课件
华北电力大学
工程热物理教研室制作 2015年1月
.
第八章气体和蒸汽的流动 (Gas and Steam Flow)
.
工程中有许多流动问题需考虑宏观动能和位能，特别是喷管(nozzle; jet)、扩压管(diffuser)及节流阀(throttle valve)内流动过程的能量转换情况。
c c r R g T c r 1 .4 2 8 4.2 7 1 4 9 2 .0 0 m s 1 7
o r 2 h 0 h cr 2 c p T 0 T cr
2 1 0 4.8 0 9 4 2 4 4 .2 1 4 9 2 .0 0 m /s 8 7
A cf
.
2
p2 T2 qm2 cf2 2

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）。

《工程热力学》第四版课件第8章

15
d. 各缸按比例缩小 e. 对提高整机容积效率ηv 有利 2)若分级m→∞,则趋于定温压缩但由 )若分级 →∞ →∞, 于体积庞大,系统复杂,可靠性下降, 于体积庞大,系统复杂,可靠性下降, 一般2- 级一般 -4级. 3)定温效率(isothermal efficiency) )
ηC,T =
8–3 余隙容积的影响
余隙容积( 一,余隙容积(clearance volume) )
产生原因几个名词: 几个名词: 余隙容积Vc(=V3) 余隙容积气缸工作容积(活塞排量气缸工作容积活塞排量) Vh(=V1–V3) 活塞排量 ( cylinder displacement; stroke volume; piston displacement; piston swept volume) ) 有效吸气容积V 有效吸气容积 es(=V1–V4) 余隙容积比(clearance-to-piston displacement ratio) 余隙容积比 σ =Vc/Vh
理想气体
wC ' = h2 'h 1
(adiabatic internal efficiency) T2s T1 T2s T1 ηCs = T2 ' = T1 + ηCs T2 ' T1
18
例A451177 例A453257*
下一章
19
�
p2 p1
选择各级中间压力,优点: 选择各级中间压力,优点:
小于不如此分配时 T = T1π b. 各缸终温相同各缸终温中最高者, 各缸终温中最高者,有利于润滑油工作及使可靠性增加. 性增加. c. 各级散热相同
n 1 n i
n κ qi = cV T n 1

工程热力学第8章

第八章压气机
一个完整的压缩气体生产过程包括气体流入、压缩、一个完整的压缩气体生产过程包括气体流入、压缩、排出三个阶段。消耗外界机械能的总和称为压气机耗功。出三个阶段。消耗外界机械能的总和称为压气机耗功。
二、压气机理论耗功
wc = (a + c) − (c + d) + (b + d) = −wt
ηv =V /Vh
V3 (V4 V3 −1) V1 − V3 − V4 + V3 V V1 − V4 ηV = = = = 1− Vh V1 − V3 V1 − V3 V1 − V3 1 V3 V4 Vc 1 n n =1 − −1 = 1 − π −1 = 1 − σ π −1 V1 − V3 V3 Vh
第8章
压气机
武汉大学动力与机械学院杨俊 2007.08
第八章压气机
压缩气体的用途：压缩气体的用途：
动力机、风动工具、制冷工程、动力机、风动工具、制冷工程、化学工业潜水作业、医疗等。、潜水作业、医疗等。
通风机—表压通风机表压0.01MPa以下表压以下按压头高低可分为鼓风机—表压鼓风机表压0.1~0.3MPa 表压压气机—表压压气机表压0.3MPa以上表压以上
计算结果表明：计算结果表明：采用活塞式压气机采用分级压缩中间冷却可以提高容积效率降低功耗。却可以提高容积效率降低功耗。
第八章压气机
第八章习题
1.思考题5 1.思考题5 思考题 2.习题习题9 11、 2.习题9-2、9-7、9-11、9-12
1.4−1 1.4
Ps = qm c p ( t1 − t2 ) = 126.6 ×1.038 × ( 293 − 408.5 ) = −252.97 kW

《工程热力学》热力学第八章

2s p2 p1
1
v
s
三种压气过程的参数关系
wtT wtn wts
qT qn qs 0
v2T v2n v2s
T1 T2T T2n T2s
p p2
2T
2n
2s
p1
T
2T 2n 1
2s p2 p1
1
v
s
三种压气过程功的计算
wtn
n
n
1
RT1[1
(
p2
)
n 1 n
]
p1
wtT
RT1 ln
Wt理论
k
k
1
g
m
RT1[1
(
p2
)
k -1 k
]
p1
Q H Wt
g
g
Wt理论 H m(h1 h2 ) m cp (T1 T2 )
实际过程有摩擦
T
机械效率 Wt理论
经验值70％
Wt实际
T2' T2
p2 p1
Wt实际
Wt理论
g
m cp (T1 T2' )
1
s
压气机的校核计算
p1 p2
wts
k
k
1
RT1[1
(
p2
)
k 1 k
]
p1
p p2
2T
2n
2s
T
2T
p1
1
最小重要启示
2s p2 p1
2n
1
v
s
§8-2 活塞式压气机的余隙影响
避免活塞与进排气
p
阀碰撞，留有空隙
Clearance余v隙ol容um积eVC

工程热力学第15讲-第8章-2化学平衡、热力学第三定律

标准自由焓差
经验数据
0 GT
G RmT ln K p
0 T
≤ - 40 kJ/mol ≥ +40 kJ/mol
0 ≤ +40 GT
Kp ≥ 10+7 Kp ≤ 10–7
反应自发、完全反应不可能
G
0 T
-40 ≤
10–7 ≤ Kp ≤ 10+7 可通过改变条件来促进反应进行
标准自由焓差的计算
aA bB dD eE
化学反应等温方程式
热力学方程：
dG SdT Vdp i dni
i
等温、等压条件下平衡条件：
dG i dni 0
i
d D eE a A bB 0

i i
i
0
化学平衡条件

i i
i
0
公式使用：（1）反应物取负号；
G RmT ln K p
0 T
理想气体应，Qp>0 ，升高温度，Kp 增加，正向反应。对放热反应，Qp<0 ，升高温度，Kp 减小，逆向反应。
温度对化学平衡的影响
若温度变化不大，ΔH0可视为常数，得定积分式为：
0 H K p (T2 ) 1 1 ln ( ) K p (T1 ) Rm T1 T2
温度对化学平衡的影响
吉布斯-亥姆霍兹公式
G H G T T p
van’t Hoff 公式的微分式
0 0 GT GT H 0 T T p

ln K p H 0 2 T R T p m
化学平衡的特点
浓度
速率

高等工程热力学第八章

k 被称为平均绝热指数
对于实际气体某一状态的该指数
假定从该状态经历微小的定熵过程
则能满足上式的指数k由下式确定：
[ dp p
k
dv v
]s
0
即：
k
v p
( p v
)s
（8-34）
k也被称为某个状态的绝热指数注意：这个k和5.5节的k不同，不是比热比
（1）过热蒸气的k值
有热力学一般关系式（5.5节）
T1 p,m
▪
C
0 p,m
─
理想气体的定压摩尔热容
设B为熵S：
按第一ds方程：
ds
cv T
dT
(
p T
)
v
dv
S
0 m
(T2
,Vm0,2
)
S
0 m
(T1 ,Vm0,1 )
T2
C0 v,m
dT
T T1
Vm0, 2 Vm0,1
( p T
)V
dVm
对于理想气体：(p / T )V R /V ，代入上式：
可用两状态之间的其偏离函数之差计算
因为偏离函数是经过一个假想的等温过程
自由能和自由焓的偏离函数φF 、φG较易获得然后可求得其他热力学函数的偏离函数
各热力学函数的偏离函数有如下关系：
U (T ,Vm ) F (T ,Vm ) TS (T ,Vm ) H (T ,Vm ) U (T ,Vm ) pVm RT G (T ,Vm ) H (T ,Vm ) TS (T ,Vm )
第八章工质热力性质的计算
实际气体热力学函数u、h、s、cp、cv等的计算有两种方法：
根据已知的p-v-T状态方程
▪ 由热力学一般关系式求取

工程热力学基础第八章概要

0.0011 0.0012 0.00130.0014 0.0015 150℃160℃170℃180℃21009℃0℃ 210℃ 220℃ 230℃
0.002 0.003 0.004 0.005 0.006 0.007 0.008 0.009 0.01
0.015
0.02m3/kg 0.0250.03
0.04
溶液 = 溶剂 + 溶质
溶液T 溶剂吸收溶质的能力溶液浓度溶液T 溶剂吸收溶质的能力溶液浓度
A氨m（m溶on质ia（）N+H3水）（溶剂）溶液溴化锂（溶剂） + 水（溶质）溶液
absorbent Refrigerant
吸收式制冷循环示意图
循环性能系数
(COP)R
QL QH WP
吸收式制冷循环实体图
• 制冷Refrigeration循环—逆循环
输入功量（或其他代价），从低温热源取热
• 热泵Heat Pump循环 —逆循环
输入功量（或其他代价），向高温热用户供热
蒸气压缩制冷空调装置
制冷循环和制冷系数
Coefficient of Performance
COP q2
w
1
T0环T境0 1
制冷系数
T
2
3
COP q2 q2
w q1 q2
cp (T1 T4 )
4
cp (T2 T3 ) cp (T1 T4 )
1
s
1 T2 T3 T1 T4
1
1
T2 1
T1
1
k 1
1
k 1
p2 p1
k
1
k 1
空气压缩制冷循环特点
• 优点：工质无毒，无味，不怕泄漏。

工程热力学第八章(气体与蒸汽的流动)09(理工)(沈维道第四版)

扩压管（） ◆四、扩压管（2）
当M入>1，， M出<1时时
dA dc 2 = M −1 dp 与 dc 异号 A c
应先收缩应先收缩, 收缩
(
)
超音速流入亚音速流出流入，即超音速流入，亚音速流出显然，为使得dp>0 显然，为使得后再扩张当M =1后再扩张，从而使出口 <1，即采用后再扩张，从而使M ，缩放型扩压管缩放型扩压管
c 定义式: 定义式: M = a
◆3、气体流动速度分类气体流动速度速度分类
M <1时， c <a 时 M =1时， c =a 时 M >1时， c >a 时音速
8314.5 J/(kg.K) = 343m/s a = kRgT = M a = 1.4 × 287 × 293
只能在有介质亚音速流动声音只能在亚音速流动声音只能在有介质的场中传播传播，的场中传播，不能音速流动真空中传播在真空中传播超音速流动超音速流动如：在20℃的空气中 ℃
dA dc dv dA dc dρ + − =0 + + =0 或 A c v ρ A c
（7-2））
3、动量方程、由 δq = dh + δwt = dh − vdp 得 − dh = − vdp 由
2 c2 (c2 − c12 ) 得 − dh = d ( ) h1 − h2 = 2 2
a= ∂p ( ) ∂ρ s
过程式: 过程式: dp + k dv = 0 p v 定熵过程压力波的传播过程可作定熵过程定熵过程处理可作定熵过程处理
a = kpv
理想气体
a = kRgT

高等工程热力学——第八章

第八章实际气体的热力性质与过程本章主要阐明如何根据热力微分方程，得到利用状态方程及比热容关系计算热力性质和热力过程的方法。

将介绍热工计算中常用到得内能、焓、熵、定压比热容及定容比热容，以至焦汤系数和逸度的计算方法，以及声速、等熵指数等热力性质的计算法。

至于目前热工分析中有很有用的火用参数，它根据已知焓、熵等的计算式可以按火用的定义式计算。

8—1 导出热力性质关系式的条件和基本方法1、利用由热力学第一、第二定律关联的热力状态参数的基本热力学方程，以及根据状态参数的微分在数学上是恰当微分的特性而得出的一般数学推论，可以导出热力性质一般关系式。

2、单项简单可压缩系统：在大多数场合下我们遇到的，单相纯质或混合物的化学成分不变的系统，其作功方式是通过容积膨胀。

我们称这种系统为单项简单可压缩系统。

“简单”二字表示系统只有一种作功方式。

“可压缩”指系统只能通过体积改变来作功。

根据状态公理，这种系统只要有两个独立变量，即确定任意两个热力性质后，系统的状态就确定。

3、本章讨论的热力性质关系式，仅限于分析定成分单相简单可压缩闭口系统的热力性质的函数关系式。

4、单相简单可压缩闭口系统关联不同热力性质的四个基本热力学方程⎭⎬⎫+=-=vdp Tds dh pdv Tds du 不受过程性质及物质性质的限制。

pdv sdT da --= (表示摩尔自由能a ) vdp sdT dg +-= (表示摩尔自由焓g ) 5、任意状态参数的微分是恰当微分a 、1221z z dz -=⎰ （任意热力性质z 只决定与状态，与到达这个状态所经历的过程性质无关。

）b 、Ndy Mdx dz += 即 y x xNy M )()(∂∂=∂∂ 结合四个基本热力学方程，可得麦克斯韦关系式：（可用可测状态参数间的关系，来表示不可测状态参数间的关系）v s sp v T )()(∂∂-=∂∂p s sv p T )()(∂∂=∂∂v T T p v s )()(∂∂=∂∂ p T Tv p s )()(∂∂-=∂∂ c 、进行热力偏导数的变换时：0),,(=z y x f ⇒⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧∂∂+∂∂=∂∂+∂∂=dzz y dx x y dy dz z x dy y x dx x z y z )()()()(⇒dz zxz y y x dx x y y x y x z z z ])()()[(])()(1[∂∂+∂∂∂∂=∂∂∂∂- （选x 、z 为独立变量） 1）、若dz=0,dx ≠0 就得 1)()(=∂∂∂∂z z x y y x 即 z z xy y x )(1)(∂∂=∂∂ （倒数关系）2）、若dx=0,dz ≠0 就得 0])()()[(=∂∂+∂∂∂∂y x z zxz y y x 即 1)()()(-=∂∂∂∂∂∂y x z x z z y y x （循环关系）8—2 热力性质的一般表达式一、内能的一般表达式1、若状态方程以p 为显函数，即p=f(T,v)，则可以利用下面导出的关系式来求内能变化。

工程热力学第8章

32
33
压气机：是生产压缩气体的设备。它不是
动力机，而是用消耗机械能来得到压缩气体
的一种工作机。
热力学分析的主要任务：计算定量气体
自初态压缩到预定终压时，压气机所耗的轴
功，并探讨省工的途径。
3
压气机的分类：
按工作原理和构造：
活塞式压气机：用于压力高，排气量小。叶轮式压气机：用于压力低，排气量大。特殊引射式压缩器
3
2 1
V1 V
4
V3 p2 p3
V
n p14V4 1 p n 1
p p4 1
p32 p
n 1 n

p1 p4 p1V1 m1 RT1
20
余隙容积VC对理论压气功的影响
p2 n Wt p1 (V1 V4 ) 1 p1 n 1
1、升压比p 一定，越大，容积效率越低； 2、其它条件不变，一定，升压比p越大，容积效率越低；采用多级压缩获得高压；
19
余隙容积VC对理论压气轴功的影响
功＝面积12341
p VC
5 6
＝面积12561－面积43564
设12和43两过程n相同
n 1 n p2 n Wt p1V1 1 p1 n 1
低压缸冷却水进气口
22
p1
多级压缩的目的：
↘ n） ↘ p→↗ v
省功（
一、多级活塞式压气机的工作过程
（两级压缩为例）
储气罐
3
高压缸
p
pv=const
3″
2′
低压缸
冷却水
p3 3′ 3 4

热工基础第八章

第八章热力循环学习指导：1、学习目标熟悉几种典型热工设备（或装置）的基本构成和工作原理；掌握将实际循环抽象简化为理想循环的一般方法；能够熟练分析计算各种循环；了解内燃机循环各种特性参数及其对热效率的影响，掌握提高各种循环能量利用经济性的方法和途径。

2、学习建议（1）学习时间：4-6小时（2）学习方法A．仔细阅读教材第八章B．点播学习网络课程第八章C．完成习题3、学习重难点A．掌握活塞式压气机的工作原理、不同压缩过程（定温、多变、定熵）的特点；了解余隙容积、压力比对活塞式压气机容积效率的影响；了解多级压缩、级间冷却的工作情况；掌握压气机的耗功计算及压气机的省功方法和途径。

B．掌握活塞式内燃机的工作原理；了解实际循环抽象为理想循环的简化条件；掌握定容加热、定压加热、混合加热理想循环的p-v图和T-s图，并能对各种循环的吸热量、放热量、循环功、热效率进行分析计算；了解循环特性参数及其对热效率的影响。

C．掌握蒸气压缩制冷循环的工作原理及理论循环的T-s图和lg p-h图；掌握利用制冷剂的lg p-h图计算制冷量q2、耗功量w0、制冷系数ε的方法；了解提高制冷系数ε的方法。

第一节压气机循环使气体升压的设备称为压气机。

压气机的应用非常广泛，如锅炉通风、物料传送、增压柴油机、燃气轮机、制冷工程中制冷剂气体的压缩等，都要用到压气机，生活中使用的电风扇也是一种压气机。

压气机按其产生压缩气体的压力范围，可分为通风机（<110 kPa）、鼓风机（110～400 kPa）和压缩机（>400 kPa）；按其结构及工作原理分，主要可分为活塞式和叶轮式（叶轮式又可分为离心式和轴流式）两大类。

压气机是耗功设备，研究压气机的主要目的是分析其耗功，从而寻求省功的方法和途径。

虽然活塞式压气机与叶轮式的结构和工作原理不同，但其基本的热力学原理都一样。

本节重点以活塞式压气机为例，介绍压气机的一般工作原理及分析计算。

一、单级活塞式压气机的工作原理如果忽略活塞与气缸盖之间的间隙，并假定压气机的工作过程为可逆过程，活塞式压气机的理想工作过程由以下3个过程组成：1. 吸气过程当如图8.1（a ）所示活塞由上止点向右移动时，进气阀A 开启，排气阀B 关闭，压力为p 1的气体被吸入气缸。

工程热力学第八章压气机的热力过程

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
wC,s wt,s
k 1
k k 1
RgT1
p2 p1
k
1
二、压气机的理论耗功量
➢ 三种压缩过程耗功量
（2）可逆多变压缩
wC,n wt,n
n n 1 RgT1
p2 p1
n1
n
1
二、压气机的理论耗功量
➢ 三种压缩过程耗功量
（3）可逆定温压缩
wC,T wt,T
RgT1
ln
v2 v1
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
wC h2s h1 Aj2T 2s m
✓实际压缩过程不可逆绝热压缩1－2’
wC h2 h1 Aj2T 2n
wC wC,S h2 h2 Am2S2nm
二、叶轮式压气机分析
✓压气机的绝热效率
C,S
wC , S wC
h2S h1 h2 h1
p
n
1
a
3

工程热力学讲义第8章_[1].doc

第8章湿空气本章基本要求理解绝对湿度、相对湿度、含湿量、饱和度、湿空气密度、干球温度、湿球温度、露点温度和角系数等概念的定义式及物理意义。

熟练使用湿空气的焓湿图。

掌握湿空气的基本热力过程的计算和分析。

8.1 湿空气性质一、湿空气成分及压力湿空气=干空气+水蒸汽v a p p p B +==二、饱和空气与未饱和空气未饱和空气=干空气+过热水蒸汽饱和空气=干空气+饱和水蒸汽注意：由未饱和空气到饱和空气的途径：1．等压降温2．等温加压露点温度：维持水蒸汽含量不变，冷却使未饱和湿空气的温度降至水蒸汽的饱和状态，所对应的温度。

三、湿空气的分子量及气体常数Bp M r M r M v v v a a 95.1097.28-=+= B p R v378.01287-=结论：湿空气的气体常数随水蒸汽分压力的提高而增大四、绝对湿度和相对湿度绝对湿度：每立方米湿空气终所含水蒸汽的质量。

相对湿度：湿空气的绝对湿度与同温度下饱和空气的饱和绝对湿度的比值，sv ρρφ= 相对湿度反映湿空气中水蒸气含量接近饱和的程度。

思考：在某温度t 下，φ值小，表示空气如何，吸湿能力如何；φ 值大，示空气如何，吸湿能力如何。

相对湿度的范围：0<φ<1。

应用理想气体状态方程，相对湿度又可表示为sv p p =φ 五、含温量(比湿度)由于湿空气中只有干空气的质量，不会随湿空气的温度和湿度而改变。

定义：含湿量(或称比湿度)：在含有1kg 干空气的湿空气中，所混有的水蒸气质量称为湿空气的)。

Vv P B p d -=622 g/kg(a) 六、焓定义：1kg 干空气的焓和0.001dkg 水蒸汽的焓的总和v a dh h h 001.0+=代入：)85.12501(001.001.1t d t h ++= g/kg(a) 七、湿球温度用湿纱布包裹温度计的水银头部，由于空气是未饱和空气，湿球纱布上的水分将蒸发，水分蒸发所需的热量来自两部分：1．降低湿布上水分本身的温度而放出热量。

工程热力学混合气体及湿空气

水蒸汽处于过热状态，即
T
ps (tv)
pv < ps(tv)
pvtv tv —>饱和压力ps(tv)
ts(pv)
pv —>饱和温度ts(pv)
s
tv > ts (pv)
水蒸汽处于过热状态，
140C,0.1MPa
T
ps (tv)
ps (tv)= ps (140C)=0.3612MPa
pvtv
ts(pv)
工程热力学
Engineering Thermodynamics
北京航空航天大学
第八章混合气体及湿空气
§8.1 混合气体的性质 §8.2 湿空气性质 §8.3 湿空气焓湿图 §8.4 湿空气的基本热力过程
§8.1 混合气体的性质
道尔顿分压定律阿密盖特分容积定律混合气体的成分表示方法及换算折合分子量与气体常数混合气体比热容混合气体热力学能、焓、熵
总参数是各组元在分压力状态下的分参数之和（除总容积）
混合物总参数的计算
m m i (T , p i ) m i n ni (T , p i ) ni
p pi (T ,V )
U U i (T , p i ) U i (T ) H H i (T , p i ) H i (T ) S S i (T , pi )
为了简化混合气体的计算，引入了折合分子量和气体常数
折合分子量
n
M
m n
ni M i
i 1
n
n
xi M i
i 1
n
ri M i
i 1
平均分子量
M m
n
m n mi
n
1 mi
1 n gi

工程热力学第8章

有效吸气容积Ves（=V1–V4）
余隙容积比(clearance-to-piston displacement ratio)
=Vc/Vh
10
生产过程： 1-2 质量m1气体压缩：p1p2
V2 V3 m1 气体排向储气罐 V2 V3 气体膨胀p2 p1 3-4 m1 V2 V1 V4 气体吸入气缸 4-1 m1 V1 V1 V4 生产量(每周期)： m生产量 m1 V1
15
8–4 多级压缩和级间冷却
一、多级压缩
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
T2 T2,max
V V ,min
ห้องสมุดไป่ตู้
分级压缩（multistage compression），级间冷却（intervening cooling ）。
16
二、理论耗功分析 1
讨论：
a) Vc，Vh 确定 V m生产量
b) 一定
Vc Vcs V m 生产量
12
三、余隙容积对理论耗功的影响
WC Wt12 Wt34
1 1 nn nn n n 1 p1V1 1 p V 4 4 n 1 n 1
20
实际多耗功
wC h2 ' h2s 面积mn2'2s m
理论耗功
wC,s h2s h1
实际耗功
绝热内效率
CS
wCs h2 s h1 wC ' h2 ' h1
理想气体

wC ' h2 ' h1
(adiabatic internal efficiency) T2s T1 T2s T1 Cs T2 ' T1 T2 ' T1 Cs

工程热力学(第五版)-第八章2011

入口液体焓出口
ห้องสมุดไป่ตู้
a h1 m a d2 d1 hl 2 m a h2 m h1 d 2 d1 hl 2 h2
湿空气的焓＝干空气的焓+水蒸气的焓
h c pt d hv
c pt1 d1 hv1 (d2 d1 )hl 2 c pt2 d2 hv 2
h 1.01t 0.001d 2501 1.85t
十、湿球温度

空气的绝热饱和图（物理模型）
未饱和空气
饱和空气

热力学湿球温度是湿空气的状态参数，它只决
定于进口湿空气的状态。
湿空气稳定通过内部储有水的长通道后出口处湿空气达到饱和状态此时的温度就是绝热饱和温度。用t*w表示。
ps (99.63) pb
h ts=99.63oC
ps (t ) d 0.622 pb ps (t ) pb 0.622 pb pb 0.622 1

h t
100%
d
四、水蒸气分压力线
pv d 622 B pv
Bd pv 622 d
固定
pb= 0.1MPa
焓湿图
在工程中，为了方便，人们绘制了湿空气的各种线算图，最常用的是焓湿图。下面对焓湿图进行一下介绍。焓湿（h-d）图一、定焓线与定含湿量线定含湿量线：平行于纵坐标轴定焓线：平行于横坐标轴

h
135度 h
d
二、定温（干球温度）线
h 1.01t 0.001d 2501 1.85t h 0.0012501 1.85t 0 d t
d1 c p (t 2 t1 ) d 2 (hv 2 hl 2 ) hv 2 hl 2 c p (t 2 t1 ) d 2 r2 hv 2 hl 2

工程热力学第8章.ppt

讨论：
a) Vc，Vh 确定 V m生产量
b) 一定
Vc Vcs V m 生产量
12
三、余隙容积对理论耗功的影响
WC Wt12 Wt34
1 1 nn nn n n 1 p1V1 1 p V 4 4 n 1 n 1
4
8–2 单级活塞式压气机工作原理和理论耗功量
一、工作原理
0-1：吸气，传输推动功p1v1 1-2：压缩，耗外功
w12 pdv
1
2
2-3：排气，传输推动功p2v2
压气机耗功：
WC p1V1 pdV p2V2
1
2
Vdp Wt
1
2
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。
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
所以余隙容积是有害容积
14
思考题：既然余隙容积有不利影响，是否可能消除它？
答：1、活塞周期运动时，由于摩擦和压缩气体时产生热量，使活塞受热膨胀，产生径向和轴向的伸长，为了避免活塞与汽缸端面发生碰撞事故及活塞与缸壁卡死，故用余隙容积来消除。 2、对压缩含有水滴的气体，压缩时水滴可能集结。对于这种情况，余隙容积可防止由于水不可压缩性而产生的水击现象。 3、制造精度及零部件组装，与要求总是有偏差的。运动部件在运动过程中可能出现松动，使结合面间隙增大，部件总尺寸增长。
（4）过程热量
9
8–3 余隙容积的影响
一、余隙容积（clearance volume）
产生原因

工程热力学第八章

稳定流动：
流体在流经空间任何一点时，其全部参数都不随时间而变化的流动过程。
简化假设：
1、沿流动方向上的一维问题：取同一截面上某参数的平均值作为该截面上各点该参数的值。 2、可逆绝热过程：流体流过管道的时间很短，与外界换热很小，可视为绝热，另外，不计管道摩擦。
8－1 稳定流动的基本方程式
一、连续性方程稳定流动中，任一截面的所有参数均不随时间而变，故流经一定截面的质量流量应为定值，不随时间而变。如图取截面1－1 和2－2，两截面的质量流量分别为qm1、 qm2，流速cf 1、cf 2，比体积为v1和v2，截面积A1、A2
pcr 2 k 1 cr ( ) p0 k 1
k
p0 vcr v0 ( ) pcr
过热蒸汽： k=1.3 γcr=0.546 干饱和蒸汽： k=1.135 γcr=0.577
结论：
临界压力比是分析管内流动的一个重要
数值，截面上工质的压力与滞止压力之比等于临界压力比是气流速度从亚声速到超声速的转折点；以上分析在理论上只适用于定比容理想气体的可逆绝热流动，对于水蒸气的可逆绝热流动，k 为一经验值，不是比热比。
c f 2 2(h0 h2 ) 2c p (T0 T2 ) T2 2 (1 ) k 1 T0 p2 2 [1 ( ) k 1 p0 kp0 v0 p2 2 [1 ( ) k 1 p0 kRg T0
k 1 k
kRg T0
]
k 1 k
]
在初态确定的条件下：
二、流量计算根据连续方程，喷管各截面的质量流量相等。但各种形式喷管的流量大小都受最小截面控制，因而通常按最小截面（收缩喷管的出口截面、缩放喷管的喉部截面）来计算流量，即： A2 c f 2 收缩喷管： qm v2 缩放喷管：

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