《过程流体机械第二版》思考题答案 完整版要点

《过程流体机械第二版》思考题答案完整版要点----
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工艺流体机械中思维问题的参考解决方案
2容积式压缩机
☆ 思考问题2.1往复式压缩机的理论循环和实际循环有什么区别？
过程工作腔内工作过程进排气过程进气过程工作过程工作过程工作介质
☆ 思考问题2.2写出体积系数λ
v
理论循环（假设条件）无（剩余）间隙，进气、压缩和排气三个过程中无压力损失，压力稳定，与外界无热交换，无气体泄漏损失，压缩过程指数恒定，理想气体（状态方程（2-6））和实际循环（工作过程）之间有间隙，进气、压缩、排气和膨胀四个过程中有压力损失，压力脉动与外部（气缸壁）发生热交换，气体泄漏损失，压缩和膨胀过程呈指数变化，实际气体（状态方程（2-7））理论参数（阀套、头端和环端）V0α、
λvλpλtλLM和NZ的表达式，并解释每个字母的含义。

λ
＝1－α（？－1）＝1－v0？N警察局？1n体积系数λV（最重要系数）
v?（2-12）?????1?vs??p?s?????1式中：α――相对余隙容积，α＝v0（余隙容积）/vs（行程容积）；α＝0.07～0.12（低压），0.09～0.14（中压），0.11～0.16（高压），＞0.2(超高压)。

ε――名义压力比（进排气管口可测点参数），ε＝pd/ps＝
p2/p1，一般单级ε＝3～4；n――膨胀过程指数，一般n≤m（压缩过程指数）。

☆ 思考问题2.3比较飞溅润滑和压力润滑的优缺点。

飞溅润滑（曲轴或油环甩油飞溅至缸壁和润滑表面），结构简单，耗油量不稳定，供油量难控制，用于小型单作用压缩机；
压力润滑（喷油器润滑气缸，油泵强制输送润滑运动部件），结构复杂（增加整个供油系统的油站，如油泵、电源、冷却、过滤、控制和显示报警）。

它可以控制气缸的注油量和注油点，以及运动部件的压力、润滑油压和润滑油量。

适用于大中型固定功率或工艺压缩机，注意润滑油压和润滑油量的设定和设计计算。

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☆ 问题2.4多级压缩的好处是什么？多级压缩
优点：①.节省功耗（有冷却压缩机的多级压缩过程接近等温过程）；②.降低排气温
度（单级压力比小）；③.增加容积流量（排气量，吸气量）（单级压力比ε降低，一级
容积系数λ结构复杂（增加气缸和传动部件以及级间连接管道等）。

☆ 思考问题2.5分析活塞环的密封原理。

活塞环
原理：阻塞和节流作用，密封面为活塞环外环面和侧端面（内环面受压预紧）；关键
技术：材料（耐磨、强度）、环数量（密封要求）、形状（尺寸、切口）、加工质量等。

☆ 思考问题2.6动力空气压缩机中经常使用切断进气的调节方法。

以两级压缩机为例，分析了一级关断问题
进气，对机器排气温度，压力比等的影响。

二级压缩机分析：一级截止进气→ 节流（实际）ε1↑) → 停止进气和排气→ 2级
节流（实际）ε2↑→ （瞬态）排气温度T2↑→ （逐渐）停止进气和排气（级间储气）；活塞力↑（ε ↑), 阻力扭矩变化。

☆思考题2.7分析压缩机在高海拔地区运行气量的变化规律并解释其原因。

高海拔地区的局部大气压力为吸入压力Ps↓. 如果排气压力PD保持不变，则标称压
力比ε↑, 根据方程式（2-12）和（2-11），体积系数λV↓, 实际吸入量vs0↓, 体积
流量QV↓.
☆思考题2.8一台压缩机的设计转速为200r/min，如果将转速提高到400r/min，试
分析气阀工
检查一下情况。

定性分析，定量分析难。

如压缩机结构参数（行程s、缸径d1、阀片尺寸等）不变，
则容积流量qv↑↑（理论增加一倍），使气阀流速和阻力损失↑↑（激增），进排气频率↑，阀片启闭速度↑，阀片撞击阀座程度↑（加剧），阀片寿命↓（缩短），故障概率↑（增加）。

解决问题需改变结构（缩短行程、减小缸径，增加气阀通道面积等）。

☆ 思考问题2.9绘制螺杆压缩机超压和欠压指示图，分析其对压缩机性能的影响。

压力比：内压力比（工作腔压缩终压/进气压力）、外压力比（排气管压/进气压力）；（图2-42）内外压力比不相等时指示图。

过压缩：内压力比＞外压力比；欠压缩（压缩不足）：内压力比＜外压力比；过压缩和欠压缩均增加功耗，等压力比减少功耗。

3离心式压缩机
☆思考题3.1何谓离心压缩机的级？它由哪些部分组成？各部件有何作用？
v提高）；
④. 减小活塞力（单级活塞面积减小，活塞表面压力减小）。

缺点：需要冷却设备（否则无法省电）
级典型结构（图3-2）：叶轮、扩压器、弯道、回流器，首级（增加吸气管）、中间级、末级（无弯道、回流器，增加蜗壳）；叶轮：唯一做功元件。

闭式、半开式、双吸式（双面进气）；后弯（后向）型、径向型、前弯（前向）型；扩压器：能量转换元件（动能→压能，气流减速增压），无叶（片）型、叶片（有叶）型。

☆ 思考问题3.2与活塞式压缩机相比，离心式压缩机的特点是什么？离心式压缩机的特点（与往复式压缩机相比）压缩机的流量输出结转量脆弱，单级量、压力和速度组件紧凑，热价制造、转压比、效率网格要求可靠且低，适用于离心式、大稳定性、高-小-低-低-高-高-高-高-高-高-高-高-高-高-高-高-高-高-高-高-高-高-高-高-高-高-高-高-高-高-高-低-低-低-低-低-低-低-高-高-高-高-高-高-高-高-高-高-高-高-高-，中高高低低流量离心式往复式故障维护压力脉动往复式小脉动低大多优缺点离心式优缺点往复式选择条件差☆ 思考问题3.3什么是连续方程？试着写出叶轮出口的连续性方程表达式，并解释2R的B2/D2和φ值
应在何范围之内？
连续性方程：质量守恒（流经任何截面）
qm＝ρiqvi＝ρ
当前速度；
invin3
q＝ρ2qv2＝ρ2c2rf2＝常数（3-1）
式中：qm为质量流量，kg/s；qv为容积流量，m/s；ρ为气流密度；f为截面面积；c为法向
qm＝ρ2qv2＝ρ
2
b2τ？d22d22
φ
2r2
二
b2d2260?3（3-2）φ2r?2???u??n?2式中：d2为叶轮外径；b2为叶轮出口轴向宽度；b2/d2为叶轮出口相对宽度（0.025～0.065）；φτ
☆ 思考问题3.4什么是欧拉方程？试着写出它的理论表达式和实际表达式，并解释方程的物理意义。

欧拉方程：（叶轮机械基本方程）理论和实用表达式
2r2
是流量系数（径向叶轮0.24~0.40，后弯叶轮0.18~0.32，β
2a≤30o强后弯叶轮0.10～0.20）；
是叶轮出口处的流量系数。

lth＝hth＝c2uu2－c1uu1＝u2?u1＋c2?c1＋w12222222?w2（3-4、5）
22式中：Lh是叶轮的欧拉功输出；HTH是理论能量头（接收能量/单位重量流体），kJ/kg；物理意义：能量的3部分，（离心力所做的功转化为静压能）+（动能增量）+（W 减速转化为静压能）。

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☆ 思考问题3.5能量方程是什么？试着写出能级能量方程的表达式，并解释能量方程的物理意义。

能量方程：（焓方程）HTH=
cp（t2dt1）＋c2?c1＝h2dh1＋c2?c1＝
2222KR（t2dt1）＋c2？c12k？一
（3-12）
式中：CP为恒压比热，h为焓，K为绝热指数，R为气体常数；物理意义：焓+（动能增量）。

☆思考题3.6何谓伯努利方程？试写出叶轮的伯努利方程表达式，并说明该式的物理意义。

伯努利方程：（压能损失方程）
叶轮功（叶片功）（包括流量损失）HTH=总功（总损失）
dp＋c0??c02?22?0?＋hhyd0-0′（3-14）
0htot＝
?0?0dp＋c0??c02?22＋hloss0-0′＝
? 0dp＋c0？？二氧化碳？22+hhyd+hl+hdf（3-15）
物理意义：（三部分）压能、动能、损失，忽略热交换和位能。

☆ 思考问题 3.7在试验描述级别，流量损失是多少？当流量大于或小于设计流量时，攻角的变化是什么？这将产生
生什么损失？若冲角的绝对值相等，谁的损失更大？为什么？
级内流量损失
2（2平均气速）（1）摩阻损失hf∝qv；（2）分离损失：边界层（c→0）分离（回流），控制通道cm扩张角（锥度、扩压度，图3-8）；（3）冲击损失（叶轮、扩压器）：（叶轮为例，扩压器类似分析）；叶轮进气角β1≠叶片进口角β1a，冲击分离损失（相
当于扩张角↑）；
流量/设计流量（入口迎角）冲击面分离区（涡流区）损失（相同迎角）大，没有小
的分离区，容易扩散损失↓ 分离区相对稳定的原因I=β1a－β1正迎角I>0零迎角I=0
负迎角I<0<（小qv）=（设计qv）>（大qv）非工作面（前）（后）非工作面（后）（前）（4）二次流损失：垂直循环；（5）尾流损失：叶尖附近的流动；
☆思考题3.8多级压缩机为何要采用分段与中间冷却？
分段和中间冷却：分段（冷却、抽气）、中间冷却（功耗）↓ → 等温过程），过程（温度排气、防腐、分解和结合）。

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☆ 思考问题3.9尝试分析和解释该系列与圆周速度和气体分子量之间的关系。

级与
叶轮周向速度U2和气体分子量μ之间的关系
u2↑，单级lth↑→级数↓，但叶轮材料强度、气流马赫数mw1和mc2、叶轮相对宽
度b2/d2（范
周长0.025~0.065）限制U2（<320~300m/s）。

(同压比表3-1介质气体分子量μ[j/(kg?k)]气体常数下所需)多变压缩功圆周机器（特征）m级数速度μ2材料强度rhpol[kj/kg]u2[m/s]u2?8315ktin重f-
11136.3↑↓16.97↓1↓186限制u2影响小轻h2
2.↓↑ 1319.45↑ 32↑ 280小冲击极限U2☆ 思考问题
3.10绘制舞台总能量头、有
效能量头和能量损失之间的分布关系。

2)/2＋hhyd＋hl＋hdf（图3-14）htot＝hth＋hl＋hdf＝hpol＋(c20??c02)/2说明：htot＞hth＞hpol＞hhyd＞hdf＞hl＞(c20??c0
☆ 思考问题3.11水平的可变效率是什么？在比较效率时，我们应该注意什么？
比较效率注意：①．(教材)通流进出口（单级0-0′、整机多级in-out）；②．(教材)热力过程（多变、等熵、绝热）；③．(教材)设计工况点（最佳效率）；④．常用
（多变效率）η知某η算总功htot或ni对比（htot↓或ni↓优）。

☆ 思考问题3.12如果已知阶段的可变压缩功和总功耗，那么必须满足哪些条件来计
算阶段的能量损失和阶段内的能量损失
流动损失？
2） /2-hpol≈ （1-hpol/Htot）Htot=根据公式（3-32）（3-15）（阶段能量损失）hhyd+HL+HDF=Htot-（C20×c0pol；⑤. （多个）
级）整机效率η（各级平均内效率），含分段中间冷却等作用；⑥．判别：同效率
η对比（η↑优），
（1－η
pol）htot
hyd2）/2－hpol≈（1－hpol/hth）hth＝公式（3-14）中的1－η（阶段流量损失）hhyd=hth-（C20×C0）hth=[1-（1+βl+βdf）η
式中：流动效率η
polhyd][htot/（1＋βl＋βdf）]
pol＝hpol/hth＝（1＋βl＋βdf）η，c0′≈c0、hl为漏气耗功、hdf为轮阻耗功。

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