工程传热学-第八章 压气机的压气过程讲解

pdv

2
1
pdv

2
1
vdp


2
1
vdp
余隙容积对压气功的影响
设单级活塞压气机中压缩过程与膨胀过程的多
变指数n相同：
(Ws )c

n n1
pV 11
1


p 2
p 1

n1 n
Байду номын сангаас




n n1
pV 44
1


p 3
p 4

n1 n

n1 1
(ws )c

n1 n1 1
RgT1 1

p2 p1

n1


n2 1

n2 n2
1
RgT2' 1

p3 p2

n2

当 n1=n2=n, T1=T2’
p2
p1 p3

p2 p1

p3 p2

(ws )c

2
n
n
1
RgT1
1


p2 p1

n1 n

8-4 压气机效率
实际压气机的压气过程中总是存在摩擦、 扰动等一些不可逆因素。因此实际压气机的 压气过程要比理想的可逆压气过程消耗更多 的功。通常用压气机效率来说明实际压气机 中不可逆因素的影响。

n1 n

2
1.25

0.2871

290

1


0.4

1.251 1.25

1.25 1
0.1
266kJ / kg
单级：(ws )c

n
n
1
RgT1
1


p3 p1

n1 n


1.25
设单级活塞压气机中压缩过程与膨胀过程的多 变指数n相同。
12 pdv 43 pdv
(Ws )c (m1 m3 )(12 pdv p1v1 p2v2 )
(ws )c 12 pdv ( p2v2 p1v1 ) 12 pdv 12 d ( pv)

2
1

V1 V4 Vh
V3
Vh Vh
V4

1 V3 Vh

V4 V3
1
1
1
V4 V3

p3 p4
n

p2 p1
n

1 n

v
V 1 3
V h

p2 p1

1
结论：当多变指数n一定时，容积效率取决于 余隙比和增压比（ The volumetric efficiency depends on the clearance ratio and compression ratio ）。所以应尽 量减小余隙比，同时单级压缩增压比不宜过高，一 般不超过10-12，同时， 从压缩终了温度考虑增压
压气过程是可逆定温过程，并定义压气机的
定温效率为：
c ,T

(ws )c,T (ws )c
只要知道压气机定温效率便可利用可逆定温过 程的轴功计算实际采用冷却措施的压气机所 消耗的轴功。
功率计算
功率： N m ws
质量流量：m
Ac f v
Ac f
V
pv RgT
p
结论：将相同数量的气体压缩到同一压力，压 气机消耗的功量与无余隙时相同。或者说压 气机压气功量在有无余隙时都相同。
(ws )c

n n1
RgT1
1


p2 p1

n1 n

余隙容积对排气量的影响
容积效率（volumetric efficiency）：
v
Ve Vh
按能量转变的观点看，各种压气机的压 气过程都基本上相同，在稳定工况时，都可 按稳态稳流进行分析。 q＝△h＋ws
ws＝-∫vdp为图 中过程线左侧 面积
轴功计算
1．定熵压缩(过程1-2s)
(ws )c,s h1 h2 c p0 (T1 T2 )
k 1
T2
T1
p2 p1
解：

1 n

v
V 1 3
V h

p2 p1

1


当p2=0.6Mpa时：ηv=0.84 当p2=1.6Mpa时：ηv=0.59
例8-3 上例中为把0.1MPa、25℃的空气压缩到 1.6MPa，现采用一个有中间冷却器的两级压 气机。设压缩过程多变指数为1.25，余隙比为 0.05，试求容积效率及压气机消耗的轴功。

k

k
k
1
RgT1

1

T2 T1


k
k
1
RgT1
1


p2 p1

k 1 k

2．定温压缩(过程1-2T)
(ws )c,T
q

RgT1 ln
p1 p2
3．多变压缩(过程1-2n)
(ws )c,n


2
vdp
1

n n1
RgT1
第八章 压气机(gas compressor)的压气过程
8-1 压气机的压气过程
压气机从结构上可分为两大类，一种是 直接对气体做功，使其v减小，p增高，如活 塞式（pistontype）、转子式（rotor type）压气 机就属于此类，另一种是先使气体流速提高 再利用扩压管进行扩压，达到使气体压力提 高的目的，离心式（centrifugal type）、轴流式 （axial flow ）压气机即属于这一类型的压气机。



p1 p4 p2 p3 p1(V1 V4 ) p1Ve mRgT1
(Ws )c

n
n
1
mRgT1
1



p2 p1

n1 n

(ws )c

n n1
RgT1
1


p2 p1

n1 n

2s 2
1
s
c,s

(ws )c,s (ws )c

h1 h2s h1 h2

T1 T2s T1 T2
k 1
1.41
T2
T1
p2 p1

k
290 0.8 1.4 0.1
525K
T 2
T1

T2s T1
c,s

290
525 290 0.8

584K
作业
8-1 8-4 8-5
8-2
8-3
8-6
8-7
1


p2 p1
n1
n

q

cn T2
T1

nk n1
cv0 (T2
T1 )
n1
T2
T1
p2 p1

n
8-2 活塞式压气机的压气过程
1．进气过程4-1
2．压缩过程1-2
3．排气过程2-3
4．膨胀过程3-4
有效容积（active volume）：
p2 p1 p3 0.1106 1.6106 0.4106 Pa
v
V 1 3
V h

p2 p1
1
n

1
1
1 0.05 (41.25
1)

0.898


两级：(ws )c

2
n n1

RgT1
1



p2 p1
比也不宜过高。
n1
T2
T1
p2 p1

n
8-3 多级压缩(multistage compression)
理论上级数越多，越趋于近于定温压缩，耗功 越少，但级数太多，机构复杂，造价高，阻 力大，故一般不超过四级。
目的：获取高增压比的高压气体时，增压比不会 过高，压气机有较高的容积效率；出口温度降 低；耗功减少。
12 pdV p2 (V3 V2 ) 34 pdV p1(V1 V4 )
p1 p4 p2 p3 v2 v3 v1 v4
m1 m2
m3 m4
(Ws )c m1(12 pdv p1v1 p2v2 )
m3 (43 pdv p1v1 p2v2 )
RgT
pV m RgT
N

n
n
1
m RgT1

p2 p1
n1
n
1

例8-2有一台活塞式空气压缩机，其余隙比为 0.05，进气压力0.1MPa、温度25℃，压缩后 压力为0.6MPa。设压缩过程的多变指数为 1.25，试求压气机的容积效率。又若压缩终了 压力提高到1.6MPa，问此时容积效率为多少？

0.2871

290

1


1.6

1.251 1.25

1.25 1
0.1
308.5kJ / kg
例8-4 有一台轴流式压气机， 把空气从0.1MPa压缩到 T 0.8MPa。设压缩过程为（不
可逆）的绝热过程，压气机 的绝热效率为0.8。空气的初 始温度为17℃，试求压缩终 了的温度。
Ve V1 V4
工作容积（stroke volume）：
Vh V1 V3
余隙容积（clearance volume）： p1 p4 p2 p3
V3
v2 v3 v1 v4
m1 m2 m3 m4
压气功计算
(Ws )c W12 W23 W34 W41
如果压气机不采用冷却措施，可以认为压气过 程是绝热过程，定义压气机的绝热效率为：
c,s

(ws )c,s (ws )c

h1 h2s h1 h2

T1 T2s T1 T2
一般，轴流式及离心式 T 压气机的绝热效率在 0.80—0.90之间。
2s 2
1
s
如果压气机采用冷却措施，则可以假想理想的