压气机的热力过程
第8章 习题提示和答案
为 516.6m3 / min ，绝热压缩到 p2 = 1MPa 。由于磨擦作用，使出口气温度达到 350℃。求
以各级消耗的功不相等。
8-17 某高校实验室需要压力为 6.0MPa 的压缩空气。有两人分别提出下述两个方案：
A 方案采用绝热效率为 0.9 的轴流式压气机；B 方案采用活塞式气机，二级压缩。中间冷却，
两缸压缩多变指数均为 1.25。试述上述两个方案的优劣。（设 p0 = 0.1MPa、t0 = 27°C ）
为 0.5MPa ，但压缩过程的指数分别为：n1 =1.4、n2 =1.25、n3 =1，试求各压气机的容积效
率（假设膨胀过程的指数和压缩过程相同）。
1
提示和答案： ηV = 1− σ (π n −1) ，ηV,1 = 0.871 、ηV,2 = 0.843 、ηV,3 = 0.76 。 8-5 某单级活塞式压气机，其增压比为 7，活塞排量为 0.009m3 ，余容比为 0.06，转 速为 750r/min，压缩过程多变指数为 1.3。求（1）容积效率；（2）生产量（ kg/h ）；（3）理 论消耗功率（kW）；（4）压缩过程中放出的热量。已知吸入空气参数为 p1 = 0.1MPa 、
应略大于
185
kW，(190.76 −185)kW 185 kW
=
3.1% ，
其误差尚在可允许范围内，所以实测基本合理。 8-14 以 R134a 为工质的制冷循环装置中，蒸发器温度为-15℃，进入压缩机工质的干
工程热力学-第八章 压气机的热力过程
➢ 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）。
工程热力学第章 压气机热力过程
工程热力学第章压气机热力过程压气机简介压气机是一种能够将气体压缩到一定压力的机械设备，以提高气体的密度，降低气体体积，增加气体的能量密度。
压气机广泛应用于工业、航空、航天、能源等领域，其热力过程是压气机运行过程中最为关键和复杂的部分之一。
压气机的热力过程是指在压气机运行过程中所涉及的热力学性质和过程，包括压缩过程、加热过程、冷却过程等。
这些过程对于压气机的工作效率、能量损失等方面均有重要影响，因此对于研究和了解压气机的热力过程具有十分重要的意义。
压缩过程及其热力学特性压气机的压缩过程是指将气体从低压缩到高压的过程，这个过程中，气体被压缩，气体能量被转换为压缩机的机械能。
在压缩过程中，混合气体中的温度也会相应地上升，因此需要进行冷却和加热来控制温度。
在压缩过程中，气体的压力和温度随着时间的推移而变化，可以用热力学基本公式进行分析。
对于多级压缩机系统，每一级的压缩过程都会产生一定的温度升高和熵增，因此需要进行冷却，以避免温度升高过快和热损失。
加热过程及其热力学特性压气机的加热过程是指在压缩过程中，由于气体被压缩，使得气体的温度升高，这个过程中，需要将气体冷却至温度不致过高。
在加热过程中，气体通过加热流程，将气体热量转换为机械能。
在压缩过程中，加热的温度也是相对较高的，它需要在多级压缩机系统中进行非常复杂和严密的控制。
在实际的生产和应用中，可以通过改变加热温度、空气流量等多个参数来控制加热过程。
冷却过程及其热力学特性冷却是压缩机系统中非常重要的一个环节，它可以有效降低气体的温度，提高压缩机效率。
一般情况下，采用多级压缩机系统，同时进行冷却和加热的过程。
冷却的过程可以通过多种方式来实现，比如自然冷却、水冷却、空气冷却等。
其中空气冷却是一种比较常见的方式，它可以通过强制通风等方式来实现，从而将气体的温度降低到合理水平。
，压气机的热力过程是压缩机系统中非常重要的一部分，它涉及到气体的压缩、加热和冷却等多个方面，同时需要进行严密的控制和协调，以达到最佳的效果和效率。
压气机的热力过程概述和工作原理
1
0.525
二级压缩，中间冷却
若取 pa 0.2MPa
l
pa p1
0.2 0.1
MPa MPa
2、h
2.5 0.2
MPa MPa
12.5
n1
Ta T1l n 342.3 K 69.3 oC
1
V ,L
1
n l
1
0.970
n1
T2 T1 h n 493.8 K 220.8 oC
C,T
等温压缩过程耗功 实际压缩过程耗功
wC,T wC
课后思考题
思考题： 1. 如果采用气缸冷却水套以及其他 冷却措施，使气体在压气机中已经 能够按等温压缩过程进行，这时是 否还需要采用多级压缩，为什么？
需要，虽然实现等温压缩后耗功最小，但由于余隙容积的存
在，若压比过大， V会很小，分级后有助于提高 V。
2）求实际耗功量
P Ps 15 178 kJ/min 18 972.5 kJ/min 316.21 kW
C,s
0.8
3）由于不可逆而多耗功
P P ' Ps 18 972.5 kJ/min 15 178 kJ/min 3 794.5 kJ/min 63.24 kW
m1
V1
V4 V1
研究VC对产气量和耗功
的影响
3
4 V3
2
1 V
V1 V
一、余隙容积VC对生产量的影响
定义容积效率
p 32
V
V
Vh
V1 V4 V1 V3
V3 V3
VC
1 V4 V3 V1 V3
1 V3 V1 V3
V4 V3
1
1 4V
工程热力学(第三版)习题答案全解可打印第九章
π
pV 400 ∴ q m = 400 × 1 es = × R g T1 60
可逆定温功压缩功率为：
Wc ,T = − p1V1 ln =−
p2 p1
400 8 π × 0.1 × 10 6 × 0.786 × × 0.3 2 × 0.2 × ln = 15.4 × 10 3 J = 15.4kW s 60 4 1
n = 3× p1 v1 (π n −1 t1 = 20°C
n −1 n
p4 12.5 =3 =5 p1 0 .1
（1） wc = 3wc , L
Q p1 = 0.1MPa
− 1) ∴v =
1 1.3−1 1.3
R g T1 p1
=
287 × 293.15 0.1× 10
6
= 0.8413 m
3
kg kg
− 1] =
1.4 × 0.1× 10 6 × 140 × [6 1.4 − 1
1.4 −1 1.4
− 1] = 327.9 × 10 5 J
h
327.9 ×10 5 = 9108.3W = 9.11KW 3600 p n p1V1 [( 2 ) n −1 p1
n −1 n
（3）多变压缩
Wt , n = Nn = − 1] = 1 .2 × 0.1×10 6 × 140 × [6 1 .2 − 1
V h = 0.009m 3
π =7
1 n
σ = 0.06
1 n
n = 1.3
1
（1） η v = 1 −
Vc (π Vh
− 1) = 1 − σ (π
− 1) = 1 − 0.06 × (7 1.3 − 1) = 0.792
第八章压气机的热力过程资料重点
余隙容积中的质量：m3
p3Vc RgT3
0.0695kg
气缸内的总质量： m m1 m3 0.5695kg
8-3 多级压缩和级间冷却
1、工作过程 为了避免单级压缩
增压比过大，同时为了 使过程接近定温压缩， 可以采用多级压缩、级 间冷却的方法：每经过 一级压缩，就在冷却器 中冷却到吸气温度，再进入下一级气缸继续压 缩。
●容积效率 V (volumetric efficiency) 有效吸气容积与气缸排量之比，V V / Vh
●余隙容积百分比 （余容比）
余隙容积与气缸排量之比， Vc / Vh
■容积效率
V4 / V3 ( p3 / p4 )1/n ( p2 / p1)1/n 1/n
V
V
Vh
V1 V4 V1 V3
2、理论耗功 对于理想气体（定值比热容）的可逆过程：
■绝热压缩
wC , s
wt , s
k
k
1
(
p2
v2
p1v1 )
k
k
1
RgT1[(
p2 p1
)(k 1) / k
1]
■多变压缩
wC ,n
wt ,n
n
n
1
(
p2v2
p1v1 )
n
n 1RgT1[(p p1)(n1) / n
1]
■定温压缩
wC ,T
气作用，吸气量（生产量）减小。即生产相同数
量的压缩气体，需要更大的气缸。
3、余隙容积对理论耗功的影响
假设压缩过程12和膨胀过程34的多变指数相等：
WC
n n 1
p1V1[(
p )2 (n1)/n p1
第九章压气机的热力过程详解
在T—S图上可见， 等温压缩不仅耗功少，而且终温低，故气体 压缩应尽可能在等温条件下进行（压缩终 温低可避免润滑油的烧结）。
3 例1：理想的活塞式压气机吸 入 p1 0.1MPa, t1 20℃空气 1000 m h
并将其压到
p2 0.6MPa,设压缩指数为n=1,n=1.25,n=k=1.4
理论压气功(可逆过程)
v
可能的压气过程
(1)、特别快，来不及换热。 s (2)、特别慢，热全散走。 T (3)、实际压气过程是
nk n 1 1 n k
2s
n
T
2T
p 2 2 2 n T s p2
p1
1
p2
p1
2n
1
v
s
定熵过程→压气过程进行快，来不及与外界进行 热交换； 定温过程→有冷却，或压气过程进行的较慢，与 外界有充分的热交换； 多变过程→一般压气过程； 实际的压气过程为介于绝热和定温两过程之间的 多变过程：
wnet ,t , R wnet , I
——等温效率
为可逆等温压缩的耗功与不可逆放热压缩的耗功之比。 等温效率用于评价活塞式压气机性能的主要参数。
例2 压气机压缩空气，初态
p1 0.1MPa 3 v 0 . 052 m 1 0 t 40 C 1
3
可逆多变压缩至 p2 0.565MPa, v2 0.013m 然后排出，求：多变指数、压缩终温、压 缩 过程与外界交换的热量和功量 分析： pv m 0.058kg ①气缸中空气质量 RT
⑤气体与外界交换的容积功
m R w (T1 T2 ) 8.58kJ n 1
⑥压气机消耗轴功
wt n w 1.25 (8.58) 10.7kJ
第四章压气机的热力过程第五章热力学第二定律
课堂作业08_第四章压气机的热力过程第五章热力学第二定律班级姓名学号得分一、填空题（每空1分，共10分）1. 用来压缩空气或者其他气体的设备称之为____压气机______。
2. 压气机按动作原理可分为：__活塞式压气机_和_叶轮式压气机等__。
3. 单级活塞式压气机的理想工作过程可分为三步：_吸气_、_压缩_、_排气_。
4. 工程上要获得较高压力的压缩气体时，必须采用___多级压缩、级间冷却的工艺_____。
5. 能量转换方向性的实质是_____能量品质_____的差异6. 在两个不同温度的恒温热源之间工作的所有热机中，以__可逆机__的效率最高。
7. 孤立系统内一切过程均可逆时，系统的熵__保持不变__。
二、判断题（每题1分，共10分）1.自发过程具有方向性。
（√）2.自发过程的反方向过程不可进行。
（×）3.所有不违反热力学第一定律的过程都可进行。
（×）4.使能量品质下降的过程可自发进行，反之不可自发进行，必须有补偿过程才能进行。
（√）5.不可能制造从单一热源吸热，使之全部转化为功而不留下任何变化的热力循环发动机。
（√）6.热力学第一定律否定了创造能量与消灭能量的可能性，宣告第二类永动机不可能制成。
（×）7.克劳修斯积分可以用来判断循环是否可能及是否可逆。
（√）8.不可逆过程的熵变大于不可逆过程中系统与热源交换的热量与换热时热源温度比值的积分。
（√）9.孤立系统或闭口绝热系统内，使熵增大的过程是可以进行的，且不可逆。
（√）10.孤立系统或闭口绝热系统内，若熵保持不变，其全部过程必须可逆。
（√）三、简答题。
（共12分）1. 简述等温压缩与等熵压缩相比，具有什么优点？（4分）答：（1）等温压缩比绝热压缩所消耗的功小，因此，等温压缩更加节能。
（2）等温压缩比绝热压缩的终温及比体积小，等温压缩对于安全及减小储气罐的容积有益。
2. 简述什么是压气机的余隙容积以及余隙容积产生的原因。
工程热力学思考题参考答案
第八章压气机的热力过程1、利用人力打气筒为车胎打气时用湿布包裹气筒的下部，会发现打气时轻松了一点，工程上压气机缸常以水冷却或气缸上有肋片，为什么答：因为气体在压缩时，以等温压缩最有利，其所消耗的功最小，而在人力打气时用湿布包裹气筒的下部或者在压气机的气缸用水冷却，都可以使压缩过程尽可能的靠近等温过程，从而使压缩的耗功减小。
2、既然余隙容积具有不利影响，是否可能完全消除它答：对于活塞式压气机来说，由于制造公差、金属材料的热膨胀及安装进排气阀等零件的需要，在所难免的会在压缩机中留有空隙，所以对于此类压缩机余隙容积是不可避免的，但是对于叶轮式压气机来说，由于它是连续的吸气排气，没有进行往复的压缩，所以它可以完全排除余隙容积的影响。
3、如果由于应用气缸冷却水套以及其他冷却方法，气体在压气机气缸中已经能够按定温过程进行压缩，这时是否还需要采用分级压缩为什么答：我们采用分级压缩的目的是为了减小压缩过程中余隙容积的影响，即使实现了定温过程余隙容积的影响仍然存在，所以我们仍然需要分级压缩。
4、压气机按定温压缩时，气体对外放出热量，而按绝热压缩时不向外放热，为什么定温压缩反较绝热压缩更为经济答：绝热压缩时压气机不向外放热，热量完全转化为工质的内能，使工质的温度升高，压力升高，不利于进一步压缩，且容易对压气机造成损伤，耗功大。
等温压缩压气机向外放热，工质的温度不变，相比于绝热压缩气体压力较低，有利于进一步压缩耗功小，所以等温压缩更为经济。
5、压气机所需要的功可从第一定律能量方程式导出，试导出定温、多变、绝热压缩压气机所需要的功，并用T-S图上面积表示其值。
答：由于压缩气体的生产过程包括气体的流入、压缩和输出，所以压气机耗功应以技术功计，一般用w c 表示，则w c =-w t由第一定律：q=△h+w t ，定温过程：由于T 不变，所以△h 等于零，既q=w t ，q=T △s ，21lnp p R s g =∆，则有 多变过程：w c =-w t =△h-q 所以⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡-⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=-111121n n g c p p T R n n w 绝热过程：即q=0，所以6、活塞式压气机生产高压气体为什么要采用多级压缩及级间冷却的工艺答：由于活塞式压气机余隙容积的存在，当压缩比增大时，压气机的产气量减小，甚至不产气，所以要将压缩比控制在一定范围之内，因此采用多级压缩,以减小单级的压缩比。
压气机热力过程-PPT课件
余隙容积VC对产气量的影响
1 n p2 V V 1c 1 p Vh 1
VC c Vh
p （2） c 和n一定， p
极限 V 0
讨论： p 2 （ 1） 一定，c p1
p
2 1
V
3
2
V
V
C
4
3
V
V
1
1
V
V
余隙影响例题
n 1 n
C
3
2
4
V
V
1
1
V
V
3
n 1 n p W n t 2 w R T t 1 1 p m n 1 1
余隙对单位产气 pV R T 1 m 1 量耗功不影响
余隙容积VC对产气量的影响
定义容积效率
V V 1 V 4 V3 V3 V V V h 1 V 3
活塞式压气机的结构
流量小，升压幅度可以很大。 普遍使用在汽车，电冰箱, 化工。
储 气 罐
离心式风机的结构
升压幅度小，结构简单。
风机实体照片
大型离心式风机的结构
涡旋式压缩机的结构
小型设备，性能可靠，不怕液击。
轴流式压气机的结构
流量大，结构复杂。 普遍使用在航空，轮船， 化工。
螺杆压缩机
§9-1 单级活塞式压气机的工作原 理及压缩过程分析
第九章 压气机的热力过程
压气机的作用 生活中：自行车打气。 工业上：锅炉鼓风、出口引风、 炼钢、燃气轮机、制冷空调等等 型式 结构 压 力 范 围 活塞式(往复式) 出口当连续流动 离心式 ，涡旋 连续流动 轴流式，螺杆 通风机 鼓风机 压缩机
第七讲 等熵过程及压气机热力过程
s
2
p2 s 1 Rg ln 0 p1
0
s
0
2
p2 s 1 Rg ln p1
0
由热力性质表查得温度T2
例题4.3
N2气体被可逆绝热压缩，初态p1=105Pa，T1=300K， 终态p1=8×105Pa。求终态温度T2及压缩5kmolN2气 体的压缩过程功和所需要的轴功。按（1）定值绝热指数； （2）平均绝热指数；（3）热力性质表。 解： (1) 定值绝热指数 由表3.2，CV，m=0.741×28=20.75J/mol· K；
多变过程膨胀功表达式中需要有多变指数
w
Rg n 1
(T1 T2 )
能量守恒：
q u w cv (T2 T1 ) Rg n 1 (T1 T2 ) (cv )(T2 T1 ) n 1 Rg
比热容的原始定义：
q c T
q1 380 c1 3.405 kJ/( kg K) T1 111.6 q2 210 c2 1.6733 kJ/( kg K) T2 125.5
3）压缩过程可逆。 满足上述条件的压气机称
理想压气机。
重要参数指标定义：
排气压力与进气压力之比 称增压比 π ＝ p 2/ p 1
余隙容积
基本分析
全过程应包括有：吸气、压缩、排气三个过程，故是开口 系统，压缩机耗功应该是技术功。当进口动能差、位能差 忽略时即为轴功 吸气过程：由假设 2） 0—1：进气过程外界对压缩机作 功 p1(v1-0) 压缩过程：由假设3） 1—2：有三种情况：等熵、等温、 多变
解：1）按第一定律观点 Δ u=q+w Δ u1=380－300=80kJ/kg Δ u2=210－300=－90kJ/kg
离心式压气机的原理与设计(1)
空气在叶轮内的流动
---导风轮与工作叶轮 ---导风轮与工作叶轮
离心式压气机叶轮由导风轮和工作叶轮两部分 组成。导风轮将流入气体由轴向转为径向；工 作叶轮使气体由内向外作径向流动。通常将直 径方向尺寸基本不变的一段叫做导风轮。 车辆用增压器由于压气机叶轮小型化及采用精 密铸造工艺，而将导风轮和工作叶轮铸成一个 整体，并统称压气机叶轮。
8
概述---压气机的构造 概述 压气机的构造(6) 压气机的构造
扩压器，空气从工作轮出来后，具有很高的气 流速度，也即具有很大的动能。这部分动能约 占叶轮加功量的25%-50%。因此，为有效地利用 这一部分的能量，必须把这部分的动能转变为 压力能，以达到提高空气压力的目的。为此， 在叶轮后装有扩压器，把气流的动能转变成压 力能。 扩压器一般可分为无叶扩压器和叶片扩压器两 种，对车用涡轮增压器来说，一般使用无叶扩 压器。无叶扩压器由两片光滑的圆盘壁构成， 盘壁之间可以互相平行，也可成一定锥角。
---多变过程的技术功 ---多变过程的技术功
n * W = RT1* π c n −1
* n
( )
n −1 n
− 1
(3-4)
多变过程的技术功，由图3-4积分得到，-∫vdp
19
压气机的热力学过程
---多变指数的推导 ---多变指数的推导
W*=Wad*+ Wv + Wr=Wn* +Wr Wn* = Wad*+ Wv 由上式可以推出实际过程的平均多变指数。
绝热压缩功的滞止形式3216图33气体理想绝热压缩过程的pv图和ts图理想绝热压缩功的pv图和ts图17图34气体多变压缩过程右的pv图和ts图实际多变过程的pv图和ts图从pv图上可以看出多变压缩功比理想绝热压缩功多一块面积w从ts图上可以看到和流动阻力功所对应的发热量w18实际压缩功的计算公式由工程热力学知识知道多变过程过程的实际压缩功如上式所示
工程热力学(压气机)
1
RgT1
p2 p1
1
多变过程：
n1
wc,n
n
n
1
RgT1
p2 p1
n
1
等温过程：
wc,T
RgT1 ln
p2 p1
1
T2s
T1
p2 p1
n1
T2n
T1
p2 p1
n
T2T T1
工程热力学 Thermodynamics
叶轮式压气机的耗功计算
wC
h2
理想气体
1.4 1
1)
429.1 kJ/kg
工程热力学 Thermodynamics
因 T1 T2 T3 ，且各级压缩比相等，故各级压气机排气温度相等
p
T2
T3
T4
T1
1
1.41
293 4 1.4
435 K
(2) 单级压气机的排气温度
κ1
T5
T1
p5 p1
κ
O
0.4
293
6.304 106 98.5 103
一、概述
工程热力学 Thermodynamics
工程热力学 Thermodynamics
二、耗功计算
理想气体
wC h2 h1 cp (T2 T1)
1
T2
T1
p2 p1
理想气体
wC h2 h1 cp (T2 T1)
T2 T2 ,C,s
h2 h2 ,C,s
C,s
wC wC
-
Rgln
p2 ) p1
T
2
471.5
2
6 (1.004ln 0.287ln4) 0.336 ( kW K )
工程热力学思考题答案,第八章
第八章压气机的热力过程1、利用人力打气筒为车胎打气时用湿布包裹气筒的下部，会发现打气时轻松了一点，工程上压气机缸常以水冷却或气缸上有肋片，为什么？答：因为气体在压缩时，以等温压缩最有利，其所消耗的功最小，而在人力打气时用湿布包裹气筒的下部或者在压气机的气缸用水冷却，都可以使压缩过程尽可能的234高，压力升高，不利于进一步压缩，且容易对压气机造成损伤，耗功大。
等温压缩压气机向外放热，工质的温度不变，相比于绝热压缩气体压力较低，有利于进一步压缩耗功小，所以等温压缩更为经济。
5、压气机所需要的功可从第一定律能量方程式导出，试导出定温、多变、绝热压缩压气机所需要的功，并用T-S图上面积表示其值。
答：由于压缩气体的生产过程包括气体的流入、压缩和输出，所以压气机耗功应以技术功计，一般用w c 表示，则w c =-w t由第一定律：q=△h+w t ，定温过程：由于T 不变，所以△h 等于零，既q=w t ，q=T △s ，21lnp p R s g =∆，则有 多变过程：w c =-w t =△h-q所以c w 6数n 7m2s 2’nm i=S T ∆0为图中的17nm1.8、如图8-13所示的压缩过程1-2，若是可逆的，则这一过程是什么过程？他与不可逆绝热压缩过程1-2的区别何在？两者之中哪一过程消耗的功大？大多少？图8-13答：若压缩过程1-2是可逆过程，则其为升温升压的吸热过程。
它与不可逆绝热过程的区别是：此过程没有不可逆因素的影响，在所有以1-2过程进行的压缩过程其耗功是最小的。
对于不可逆绝热压缩过程：q=△u+w，q=0，所以w=-△u，w c=△u可逆压缩过程1-2：q=△u+w，⎰=21Tdsq，所以⎰-∆=21Tdsuwc，所以不可逆绝热的耗功大，大了⎰21Tds。
第七讲等熵过程及压气机热力过程
Cp ，m=1.038×28=29.06 J/mol· K
p2 T2 T1 ( ) p1
k 1 k
8 105 1.4 300 ( ) 543.4 K 5 10
1.41
W nCv,m (T2 T1 ) 5 103 20.75 (543.4 300) 2.5277104 kJ
Ws kW 1.395 (2.531103 ) 3.531104 kJ
（3）按热力性质表 300K ：
0 Sm 2
0 Sm .789J/(mol K) 1 191 5 p 8 10 0 2 Sm R ln 191.789 8.314 ln 208.97J/(mol K) 1 5 p1 10
多变过程
实际过程的多样性
实验：请课代表安排
4人一小组，每次2组
指数n叫多变指数
pv 定值
n
对一个过程，n值可以保持不变，不同的过程有不同的n 值；或一个过程中，在不同的局部中n是变化的 ln( p2 / p1 ) 多变指数n的确定原则： n ln(v2 / v1 ) 多变过程的参数关系 n 1 p2 v1 n T2 v1 n1 p2 n ( ) ( ) ( ) p1 v2 T1 v2 p1
c1 kcv 3.405 1.4 0.717 n1 0.893 c1 cv 3.405 0.717
c2 kcv 1.6733 1.4 0.717 n2 1.120 c 2 cv 1.6733 0.717
0
s
2
p2 s 1 Rg ln 0 p1
0
s
0
2
p2 s 1 Rg ln p1
0
由热力性质表查得温度T2
08压气机的热力过程
08压气机的热力过程压气机是一种将气体压缩增压的机械设备，常见的应用包括空气压缩机、汽轮机和涡轮增压器等。
压气机在工业生产中起着至关重要的作用，其热力过程主要包括吸入、压缩、排气和冷却等环节。
下面将详细讨论压气机的热力过程。
一、吸入过程压气机的吸入过程是指空气或气体通过进气口进入压气机的过程。
这个过程通常发生在大气压力下，空气在气缸内形成负压，从而使气缸内外压力差产生，空气会自动被吸入气缸。
在这个过程中，空气会受到大气压力和温度的影响，其状态方程为P1V1/T1=P2V2/T2，其中P1、T1分别为吸入前的大气压力和温度，P2、T2分别为压缩后的压力和温度。
二、压缩过程当空气被吸入气缸后，压气机开始进行压缩过程，使气体的压力和温度升高。
在这个过程中，压气机会通过活塞等运动部件产生压缩作用，将气体压缩至所需的压力水平。
压缩过程中，空气温度会急剧升高，压缩比的大小会影响压缩机的压力比功率。
三、排气过程压缩后的气体在排气过程中会被送出压缩机，以供后续使用或处理。
在这个过程中，气体的压力和温度会相应降低，同时会有一部分功率用于克服管道和其他系统的阻力损失。
排气过程通常会产生一定的能量损失，需要进行热力平衡计算和能量分析。
四、冷却过程在排气后，压缩机会对气体进行冷却处理，以减少气体的温度并提高设备的效率和稳定性。
压缩机通常会采用冷却器或冷凝器等设备对气体进行冷却，从而将气体的温度控制在合适的范围内。
冷却过程是压气机热力过程中不可或缺的环节，可以有效提高系统的性能和可靠性。
综上所述，压气机的热力过程主要包括吸入、压缩、排气和冷却四个环节，每一个环节都对压气机的性能和效率产生重要影响。
通过合理控制这些热力过程，可以有效提高压气机的工作效率和性能指标，从而更好地满足生产需求并保障设备运行的稳定性和可靠性。
希望这篇文章对您有所帮助。
第八章 压气机的热力过程
1
V1
V Wc
***p-V示功图与p-v压容图不同：后者的每一点都与1kg 工质的平衡态对应，而前者随着体积V的变化，工质的质 量变化。
Q≈?
图8-1 活塞式压气机示功图
p
P2 2T 2n 2s
•
•
两个极限的压气过程：即绝热压缩和等温压缩。
若过程进行极快而气缸散热较差，气体与外界换热 可以忽略，视为绝热压缩，如曲线1-2s所示。 若压缩过程进行得较慢，且气缸壁得到良好的冷却， 就接近于等温压缩，如曲线1-2T所示。 实际压缩过程是处于等温与绝热之间的多变压缩过 程（1<n<k），压缩过程有热量传出，气体温度也有 所升高。对单级活塞式压气机，通常n＝1.2～1.3。 等温压缩气体的终温及比体积比绝热压缩的终温及 比体积低。这对于安全（避免润滑油的烧结）及减 小储气筒的容积有益，因此，希望压缩过程尽量接 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， 很难实现等温压缩。
一、工作原理
f－1：进气过程； 1－2：压缩过程； 2－g：排气过程。
p
g P2 2
进气和排气过程f-1和2-g都不是热力过 f 程，气体的状态并不发生变化，只是缸 内气体数量发生变化。 H2 压缩过程1-2才是热力过程，气体的状 态发生了变化。 压缩过程的耗功用面积1-2-m-n-1表示 H
1
P1 V2 m n
8-3 多级压缩和级间冷却
多级压缩是把气体的压缩过程分
在两个或两个以上的气缸里依次 压缩，使气体的压力逐级上升。
定压冷却
中间冷却器
空 气 滤 清 冷却水 器
p2
p3
当气体在第一级气缸内被压缩到
工程热力学8压气机热力过程
有余隙容积压缩机示功图
压缩1kg 气体所消耗的功为： Wc,n
Wc,n m'
n
n 1
p1v1
1
(
p2 p1
)
n1 n
无余隙容积时，压缩1kg 气体所消耗的功为
：
Wc,n '
n n 1
p1v1 1 (
p2 p1
)
n1 n
有余隙容积和无余隙容积时，压缩1kg 气体所消耗的功是相同的
p
3
2
解 单级多变压缩时排气温度为
T3
T1
(
p3 p1
)
n 1 n
290(
二、容积效率
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
1、有余隙容积存在时，对 Wc 的影响
Wc,n Wt,12 Wt,34
p
3
2
4
1
V
Vc
Vh V1-V4
有余隙容积压缩机示功图
n n 1
p1V11
(
p2 p1
)
n1 n
－
n
n
1
p4V4 1
第二节 单级活塞式压气机所消耗的机械功和容积效率
2
技术功
wt
1
vdp
压气机所需的功Wc，在 数值上等于压缩过程的
技术功。
2
WC p1V1 1 pdV p2V2
2
1 Vdp Wt
示功图 p-V 图所包围的面积表示压气机的耗功，可 以看出定温压缩耗功最少，排温最低，而绝热压缩所消耗 的机械功最大，排温最高。因此对压气机应加强冷却，不 仅减少耗功，而且保证润滑条件。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
压力由P1升至P3 而多级压气过程
使压力由P1升至P3可由1-2-2’-3实现，其中2-2’ 为单级压气后气体定压冷却过程。理论上， 等温压缩耗功最省，压气过程越接近于等温 过程，其功耗越少。图示的理想压气过程中， 等温过程功耗 单级压缩功耗 wt,T 面积12’3’461 多级压缩中间冷却wt,功n 耗面积123”461
769.6K
n
1.25
wt ' n 1 R(T1 T4 ') 1.25 1 0.287 (293 769.6) 683kJ / kg
活塞式压气机，终温升高至3000C以上在实践 中是不可行的。
由于
wT
RT ln
p1 p2
0.287 293 ln 0.1 12.5
C ,T
wT wt ,n
ln v1 v2
③多变过程，
T2
T1
v1 v2
n1
442K
④多变过程热交换量
Q mq mCv (T2 T1)
m
nK n 1
Cv (T2
T1)
3.21Kj
⑤气体与外界交换的容积功
mR w n 1 (T1 T2 ) 8.58Kj
⑥压气机消耗轴功
wt n w 1.25 (8.58) 10.7Kj
P—V图上，由于等温过程线与P轴所围成的面积最 小，故等温压缩所消耗的外功最少。
等温压缩耗功
图示， 绝热过程耗功
多变过程耗功
ws,T
mRgT1 ln
K
p1
p2
ws,s K 1 mRg (T1 T2 )
ws , n
n
n 1
m
Rg
(T1
T2
)
在T—S图上可见，
等温压缩不仅耗功少，而且终温低，故气体 压缩应尽可能在等温条件下进行（压缩终 温低可避免润滑油的烧结）。
例2 压气机压缩空气，初态
p1 0.1MPa v1 0.052 m3 t1 40 0 C
可逆多变压缩至 p2 0.565 MPa, v2 0.013 m3
然后排出，求：多变指数、压缩终温、压 缩 过程与外界交换的热量和功量
分析： ①气缸中空气质量
m pv 0.058kg RT
② n ln p2 p1 1.25
假定各气缸进气温度相同，压缩指数均为
n=1.25，求：①生产1㎏压缩空气的 及 C,T 各级排气温度；②若改用单级压气机压气，
一次压缩到P4=12.5MPa，压缩指数亦为 n=1.25，求Wt’，排气温度及 C,T
分析： ①先求增压比
3 p4 5
p1
②因各级气缸进气温度相同，且增压比一样， 故排气温度亦相等，即
wt ,n,2
wt ,1
wt ,2 ,
wt
一级压缩耗功
,1
wt , 2二级压缩耗功
而
n 1
wt ,1
n n 1
p1v1[1
p2 p1
n
]
n 1
wt , 2
n n 1
p2 ' v2' [1
p3 p2
n
]
如假定每级压缩多变指数相同，中间冷却后 T2’=T1
由于每级压缩的吸气温度一样，则
p1v1 p2v2 RgT，于是，多级压缩
显w然t,s，多面级积压1缩25耗6功1 比 面 单级积压2缩'34耗52功'减少，
减少量约等于面积22’33”2。可见，多级压缩
中间冷却不仅能够降低压缩终温， T3 T3"
而且压缩至同样的升压比可以减少功耗，在 P—V图和T—S图上可表示为：
9-3-2 多级压缩最佳中间压力的确定
以两级压缩为例，先计算总轴功
气机工作是不利的，
不论是对压气机尺寸
的要求还是升压比（单级）的提高而言，因 为存在余隙容积，单级压气机的升压比通 常不超过8~9。
9-3 多级压缩和级间冷却
9-3-1单级压缩的不足及多级压缩的便利 对 升于压单比级越压大气，机 则， 终压 温缩T2亦终越温大，T2 于 T是1( pp会12 ) 影nn1 响 气缸润滑油性能，对压缩不利。且如图所 示12’3’为等温线，
例1：理想的活塞式压气机吸 入 p1 0.1MPa,t1 20℃空气 1000 m3 h
并将其压到 p2 0.6MPa ,设压缩指数为n=1,n=1.25,n=k=1.4
过程可逆，求压气机功耗。
分析： (1)n=1，等温压缩：
wt ,T
p1v1 ln
p2 p1
49.77 KW
n1
(2)n=1.25，多变压缩：
9-2 余隙容积的影响
9-2-1容积效率及余隙比 前面讨论了理想的压气过程，而实际压气过程中， 为避免活塞与气缸塞撞击，便于安排进、排气阀， 必须留有余隙。
图示V3称为压气机余隙容积， 一般用符号Vc表示 图示压气过程
有效吸气量 Ve V1 V4 气缸排量 Vh V1 V3 V1 Vc
显然 Ve Vh，引入容积效率概念，用 v表示
T4 T3'
p4 p3
n
;又
p2 p1
p3 p2
p4 p3
于是T2 T3 T4
即各级气缸排气温度相等
(2) 各级压气过程压气机所消耗的轴功.
对于多变压缩
wt,n
n n 1 Rg
Ti
Ti1
, TTii1
——进气温度 ——排气温度
因各级压气过程进、排气温度均相等，故
wt,1 wt,2 wt,n
若余隙容积的膨胀过程视为多变过程，则有
n'1
面积35043 wt,n,vcΒιβλιοθήκη n' n'1
p4v4
1
p3 p4
n'
若视压气过程和余气膨胀过程的多变指数相等，
即n=n’，则存在余隙时的压气轴功为
n1
n1
wt' ,n
n
n 1
p1v1
1
p2 p1
n
n
n 1
p4v4
1
p3 p4
n
又 p1 p4 , p2 p3
v
Ve Vh
V1 V4 Vh
Vh Vc V4 Vh
1 Vc Vh
V4 Vc
1
1
c
V4 Vc
1
其中c称为压缩机余隙比，即余隙容积/活塞 排量。
一般压气机的压气过程及余气膨胀过程均视
为多变过程
则
1
1
V4 Vc
V4 V3
P3 P4
n
P2 P1
n
,
而
P2 P1
升压比
则
v
1 c
n 1
T2
T3
T4
T1
p2 p1
n
404K
生产1千克压缩气体的轴功为
wt ,n
n wt1
3
n
n
1
R
T1
T2
3 1.25 0.287 293 404 478Kj / Kg
1.25 1
若改为单级压缩，则
n1
1.251
T4'
T1
p4 p1
n
293 12.5 1.25 0.1
wnet h1 h2 T1 s2 s1
（等温）
若过程可逆，则
wnet,R h1 h2
（绝热）
若过程不可逆，则 wnet,I h1 h2 q
定义
wnet,t,R
t ,c o wnet,I
——等温效率
为可逆等温压缩的耗功与不可逆放热压缩的耗功之比。
等温效率用于评价活塞式压气机性能的主要参数。
C' ,T
wT wt'
Ex：9-2；9-3； 9-5；9-7；9-8；9-11
压气过程中，压缩终态与初态的压力之比称为
升压比，用符号 表示 p2 p1
9-1-2 理论压气轴功的计算
显然，压气机的轴功即为技术功
wt
2 1
pdv
S12341
一般地，根据压气过程进行
的情况，一般的压气过程
又可分为：
定熵过程→压气过程进行快，来不及与外界进行 热交换； 定温过程→有冷却，或压气过程进行的较慢，与 外界有充分的热交换； 多变过程→一般压气过程； 实际的压气过程为介于绝热和定温两过程之间的 多变过程：
wt ,n
n n 1
p1v1
1
p2 p1
n
59.86KW
(3)n=1.4，绝热压缩：
k 1
wt , S
k
k 1
p1v1 1
p2 p1
k
65.08KW
可见，等温压缩耗功最省，绝热压缩耗功最多，多变压缩 介于两者之间
*当压缩气体不能按理想气体计算时，则
wt wnet h1 h2 q
以此类推，对于多级压缩，每级升压比为
p2 p3 n
p1 p2
pn1 p1
,
pn1 p1
——压缩终压 ——气体初压
其他参数计算
（1）每级压缩排气温度。依假定，每级压缩吸气
温度一样，即
n 1
n 1
T1
T2'
T3'
;而 T2 T1
p2 p1
n
,
T3 T2'
p3 p2
n
n 1
那么多级压缩（n级）总功耗 wt,n n wt
即其消耗的总轴功为单级压缩的n倍。
工程上，因活塞式压缩机定温压气过程耗功
最少，常用定温效率来衡量压气机的功率及
压气性能优劣。
C ,T