工程热力学课件8压气机热力过程
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工程热力学第8-9章
n-1 2 n
∂w c =0 ∂p2
p2 = p1 p3 p2 p3 = p1 p2
pm+1 pm
π1 = π2 =⋅⋅⋅ = πi =⋅⋅⋅ = πm = m
第八、 第八、九章 气体压缩及动力循环
优 点：
（1）减小耗功; 减小耗功; 每级功耗相等，利于曲轴平衡； （2）每级功耗相等，利于曲轴平衡； 每级气体进出温度相同，可以采用相同的材料； （3）每级气体进出温度相同，可以采用相同的材料； 每级排热相同； （4）每级排热相同； 提高容积效率。 （5）提高容积效率。
第八、 第八、九章 气体压缩及动力循环
wC,s h2s − h1 QηC,s = = ′ wC h2 − h1 1 h2 = h1 + h2s − h1
′ ∴wC =
1
QηT =
′ wt,T
ηC,s
(
)
ηC,s
(h
2s
− h1
)
wt,T
′ ∴ wt,T = ηT h3 − h4s
(
h3 − h4 = h3 − h4s
h4 = h3 − ηT h3 − h4s
(
)
)
第八、 第八、九章 气体压缩及动力循环
′ wnet ηi = ′ q1
′ ′ ′ wnet = wt,T − wC = ηT h3 − h4s −
(
)
1
ηCs
(h
2s
− h1
)
′ q1 = h3 − h2 = h3 − h1 −
整理
ηi = ηT ( h3 − h4 ) −
燃烧室 废 气
燃 燃 气 空 气 气 轮 机
第八、 第八、九章 气体压缩及动力循环
∂w c =0 ∂p2
p2 = p1 p3 p2 p3 = p1 p2
pm+1 pm
π1 = π2 =⋅⋅⋅ = πi =⋅⋅⋅ = πm = m
第八、 第八、九章 气体压缩及动力循环
优 点：
（1）减小耗功; 减小耗功; 每级功耗相等，利于曲轴平衡； （2）每级功耗相等，利于曲轴平衡； 每级气体进出温度相同，可以采用相同的材料； （3）每级气体进出温度相同，可以采用相同的材料； 每级排热相同； （4）每级排热相同； 提高容积效率。 （5）提高容积效率。
第八、 第八、九章 气体压缩及动力循环
wC,s h2s − h1 QηC,s = = ′ wC h2 − h1 1 h2 = h1 + h2s − h1
′ ∴wC =
1
QηT =
′ wt,T
ηC,s
(
)
ηC,s
(h
2s
− h1
)
wt,T
′ ∴ wt,T = ηT h3 − h4s
(
h3 − h4 = h3 − h4s
h4 = h3 − ηT h3 − h4s
(
)
)
第八、 第八、九章 气体压缩及动力循环
′ wnet ηi = ′ q1
′ ′ ′ wnet = wt,T − wC = ηT h3 − h4s −
(
)
1
ηCs
(h
2s
− h1
)
′ q1 = h3 − h2 = h3 − h1 −
整理
ηi = ηT ( h3 − h4 ) −
燃烧室 废 气
燃 燃 气 空 气 气 轮 机
第八、 第八、九章 气体压缩及动力循环
工程热力学第8讲-第4章-2典型过程装备中的热力过程
h2s h1 h2 ' h1
若为理想气体，且比热容为定值时
C , s
T2s T1 T2' T1
叶轮式压气机的实际效率
t 0.80 ~ 0.90
4.7 膨胀机中的热力过程
膨胀机是利用压缩气体膨胀降压时向外输出机械功使气 体温度降低的原理以获得冷量的机械。 膨胀机常用于深低温设备中。
1 nn n p1 V1 V4 1 n 1 1 nn n m生产量 v1 p1 1 n 1
1 nn WC n wC v1 p1 1 m生产量 n 1
1 nn n wC,n p1v1 1 n 1
pa p1 p2
时 wC wC,min
pa p2 或 l h p1 pa
最佳增压比
采用最佳增压比进行双级压缩 的优点： T2 1、省功
T1
T
p3
p2
p1
1
3’
3 2’
2
2、各缸负荷均匀 3、终温相同，各缸散热量相等
qH
qL
s
双级压缩中间冷却T-s图
分级压缩的级数
省功
有余隙容积的压气机工作过程
工作过程： 基本概念：
4-1 1-2 2-3 3-4
余隙容积 气体吸入气缸（质量m1） 气体压缩：p1p2 活塞排量 气体排向储气罐 有效吸气容积 气体膨胀：p1p2 余隙容积比 容积效率
Vc=V3 Vh=V1–V3 Ve=V1–V4 α=Vc/Vh ηv =Ve/Vh
多级压缩和级间冷却
多级压缩和级间冷却是指 气体依次在几个气缸中连 续压缩，同时为了避免过 高的温度和减少气体的比 容以降低下一级所消耗的 功，在前一级压缩后，将 气体引入中间冷却器进行 定压冷却至初始温度，然 后进行下一级继续压缩， 直到所需要的压力为止。 作用：降低排气温度，节 省功耗，增大容积效率。
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）。
➢ 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。
工程热力学(压气机的热力过程)资料PPT文档31页
39、没有不老的誓言，没有不变的承 诺，踏 上旅途 ，义无 反顾。 40、对时间的价值没有没有深切认识 的人， 决不会 坚不会再掉进坑里。——黑格尔 32、希望的灯一旦熄灭，生活刹那间变成了一片黑暗。——普列姆昌德 33、希望是人生的乳母。——科策布 34、形成天才的决定因素应该是勤奋。——郭沫若 35、学到很多东西的诀窍，就是一下子不要学很多。——洛克
工程热力学(压气机的热力过程)资料
36、“不可能”这个字(法语是一个字 )，只 在愚人 的字典 中找得 到。--拿 破仑。 37、不要生气要争气，不要看破要突 破，不 要嫉妒 要欣赏 ，不要 托延要 积极， 不要心 动要行 动。 38、勤奋，机会，乐观是成功的三要 素。(注 意：传 统观念 认为勤 奋和机 会是成 功的要 素，但 是经过 统计学 和成功 人士的 分析得 出，乐 观是成 功的第 三要素 。
工程热力学(压气机的热力过程)资料
36、“不可能”这个字(法语是一个字 )，只 在愚人 的字典 中找得 到。--拿 破仑。 37、不要生气要争气，不要看破要突 破，不 要嫉妒 要欣赏 ，不要 托延要 积极， 不要心 动要行 动。 38、勤奋，机会，乐观是成功的三要 素。(注 意：传 统观念 认为勤 奋和机 会是成 功的要 素，但 是经过 统计学 和成功 人士的 分析得 出，乐 观是成 功的第 三要素 。
工程热力学(压气机的热力过程)解析
一、基本概念
止（死）点：活塞左 气阀 右移动的极限位置 储气罐
行程L：活塞移动的距离
行程容积Vh：一次行程 活塞扫过的体积
气缸 活塞 连杆 曲轴
吸气压力p1与 排气压力p2
外止点 余隙
余隙与余隙容积Vc 避免活塞与进排气阀
碰撞，留有空隙
行程 内止点
二、工作原理
1、工作原理
气阀 气缸 活塞 连杆 曲轴
的进气温度相同 若每一级均是完全 回冷，则此时：
各级进气温度相等
储气罐
中 冷 器 冷却水
高压缸 低压缸
进气口
三、多级压缩的优点
1、省功
4、降低可活见塞，所级数受越的多，
多级压缩达到无穷多级
气体力越接近等温过程，
有利T于改越善省运功动。件的受力
但是，这是不可能实现的 并且状级态数，越提多高，运结行构寿复命杂
n 1
3、过程实际压气过程是
n 1 n k
p p2
2T
2n
2s
T
2s p2 p1
2T 2n
p1
1
1
v
s
二、对压气机气缸冷却的作用
压气功为过程曲线所包围的面积 可见，等温压缩12T341功耗最少。 应该对压气机气缸进行冷却，
力使工质充分冷却使其尽量接近等温压缩 如气缸上设置翅片
气缸夹套内通水冷却等
p p2
ηv
Vc Vh
α达一定值时,ηv=0,压缩机不能吸
气,无气排出,只是机内气的循环
单级压缩， 最大压力比为
m
ax
1
1
n
故单级压缩所能达到的压力比是有限的。
§9-5 多级压缩与级间冷却
一、多级压缩
工程热力学课件8压气机的热力过程
108.5 1.2 1 2 0.287 290 [1 7.746 1.2 ] 3600 1.2 12.24kw
1.2 1
第四节
叶轮式压气机
优点：流量大、气体能无间歇地连续流进流出 径流式（即离心式）
轴流式
机械能——增加动能—压力增加 离心式压气机中，气流沿轴向进 入叶轮，受高速旋转的叶轮推动， 依靠离心力的作用而加速。然后 在涡壳型流道（相当于扩压管） 中降低流速提高压力。
n 1 p2 n n ' p1v1 1 ( ) n 1 p1 m
Wc ,n
无余隙容积时，压缩1kg 气体所消耗的功为 ： n 1 p2 n n ' Wc , n p1v1 1 ( ) n 1 p1 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
wc wt h2 h1
T 2’ 2 P2
任意工质、任意绝热过程 1—2：理想p (T2 T1 )
P1
1—2’：不可逆绝热压缩
wc h2' h1 c p (T2' T1 )
1 s
压气机的绝热效率
c ,s
wc,s h2 h1 t2 t1 wc h2' h1 t2 t1
各级的排气温度为
p2 T2 T1 ( ) p1
n 1 n
1.2 1 p2 nn1 T3 T2 T1 ( ) 290 7.746 1.2 407.92 K =134.77 C p1
两级压缩时压气机消耗的总功率为 n 1 Wc ,n m n p2 n N 2 RT1[1 ( ) ] 3600 3600 n 1 p1
2、可逆绝热压缩
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》课件
空调技术
空调系统的运行与热力学密切相关。制冷和 制热循环的原理、空调系统的能效分析以及 室内空气品质的保障等方面均需要热力学的
支持。
热力发电与动力工程
热力发电
热力学在热力发电领域的应用主要体现在锅炉、汽轮机和燃气轮机等设备的能效分析和 优化上。通过热力学原理，提高发电效率并降低污染物排放。
动力工程
热力学与材料科学的关系
材料科学主要研究材料的组成、结构、性质以及应用，而热力学为材料科学提供了材料制备、性能优 化和失效分析的理论基础。
在材料制备过程中，热力学可以帮助人们了解和控制材料的相变、结晶和熔融等过程，优化材料的性能 。
在材料性能优化方面，热力学为材料科学家提供了理论指导，帮助人们理解材料的热稳定性、抗氧化性 等性能，从而改进材料的制备工艺和应用范围。
热力学与其他学科的联系
热力学与物理学的关系
热力学与物理学在研究能量转换和传递方面有 密切联系。物理学中的热学部分为热力学提供 了基本概念和原理，如温度、热量、熵等。
热力学的基本定律，如热力学第一定律和第二 定律，是物理学中能量守恒和转换定律的具体 应用。
物理学中的气体动理论和分子运动论为热力学 提供了微观层面的解释，帮助人们理解热现象 的本质。
高效热能转换与利用技术
高效热能转换技术
随着能源需求的不断增加，高效热能转换与利用技术 成为研究的重点。例如，高效燃气轮机、超临界蒸汽 轮机等高效热能转换设备的研发和应用，能够提高能 源利用效率和减少污染物排放。
热能利用技术
除了高效热能转换技术外，热能利用技术的进步也是工 程热力学领域的重要发展方向。例如，热电转换技术、 热光转换技术等新型热能利用技术，为能源的可持续利 用提供了新的解决方案。
《工程热力学》PPT课件
n从到0，放热→0 →吸热；等温线右内能增加，左内能减少。 例如压缩机压缩过程：K＞n＞１
第五节 热力学第二定律
重点掌握：
1、热力学第二定律的表述； 2、热力循环的热效率； 3、卡诺循环的热效率。
一、热力学第二定律的表述
1、热量不可能自发的、不付任何代价的由一个低温物 体传至高温物体。—热量不可能自发地从冷物体转移到
K= cp/cν：绝热指数
3、参数间的关系： 由 Pvk=常数 →P1v1k=P2v2k →P1/P2=(v2/v1)k 又 Pv=RT →P=RT/v →Tvk-1=常数 →T1/T2=(v2/v1)k-1 →T2=T1(v1/v2)k-1 =T1εk-1 4、过程量的计算： 推出： w=-u q=w+ u q=0
一、定容过程
1、定义：过程进行中系统的容积（比容）保持不变
的过程。
2、过程方程式：ν =常数 3、参数间的关系： 由 PV=RT 知，P/T=常数， 所以： P1/P2=T1/T2, P1/T1=P2/T2 4、过程量的计算： 又 q=Δ u+w， 由 W=∫PdV， 且 dV=0
→ w=0
→ q=Δ u
热力系统从一个平衡状 态到另一个平衡状态的变 化历程。
力过程。
二、膨胀功Ｗ（Ｊ）
气体在热力过程中由于体 积发生变化所做的功（又 称为容积功）
规定：热力系统对外界做功为正，外界对热
力系统做功为负。 由δ W=PdV得： dV>0，膨胀,δ W>0， 系统对外界做功； dV<0，压缩,δ W<0， 外界对系统做功； dV=0，δ W=0， 系统与外界之间无功量 传递。
四、课程的特点、要求、学时分配、考核
特点:本课程理论性较强，无多少实物供参照，课堂上的 讲授以理论分析和推导为主。
工程热力学总复习
第四页，共54页。
❖ 准平衡过程和可逆过程。
❖ 可逆＝准平衡过程＋无摩擦和其它任何损耗
❖ 只有准平衡过程才能在坐标图中用连续的曲线表示。
❖ 功和热是过程量 ，其在状态参数坐标图上的表示。
p
p1
1
p2 v1
2 v2 v
T
T1
1
T2 s1
2 s2 s
第五页，共54页。
动力循环:热效率
制冷循环：制冷系数 制热循环：制热系数
马赫数
第二十五页，共54页。
第七章 气体和蒸汽的流动
喷管 dcf>0
Ma<1 dA<0 渐缩
Ma=1 dA=0 临界截面
Ma>1 dA>0 渐扩
Ma<1→Ma>1 dA<0→dA>0 缩放（拉伐尔）
Ma<1
Ma>1
Ma<1
Ma＝1
Ma>1
dA<0 渐缩
dA>0
渐扩
dA<0 dA=0 dA>0 缩放
4
1 定压放热
0
m
n
s
第四十页，共54页。
第十章 蒸汽动力循环装置
朗肯循环
• 在卡诺循环的基础上构建的 朗肯循环；
1—2：汽轮机中绝热膨胀
2—3：冷凝器中定压冷凝
3—4：给水泵中绝热压缩
4—5—6：锅炉中定压加热
6—1：过热器中定压加热
p
45
p1 6 1
p2
3(2’) 8
72
o
1
v
T
5 4
8
3(2’)
克劳修斯说法 热不可能自发地、不付代价地从低
❖ 准平衡过程和可逆过程。
❖ 可逆＝准平衡过程＋无摩擦和其它任何损耗
❖ 只有准平衡过程才能在坐标图中用连续的曲线表示。
❖ 功和热是过程量 ，其在状态参数坐标图上的表示。
p
p1
1
p2 v1
2 v2 v
T
T1
1
T2 s1
2 s2 s
第五页，共54页。
动力循环:热效率
制冷循环：制冷系数 制热循环：制热系数
马赫数
第二十五页，共54页。
第七章 气体和蒸汽的流动
喷管 dcf>0
Ma<1 dA<0 渐缩
Ma=1 dA=0 临界截面
Ma>1 dA>0 渐扩
Ma<1→Ma>1 dA<0→dA>0 缩放（拉伐尔）
Ma<1
Ma>1
Ma<1
Ma＝1
Ma>1
dA<0 渐缩
dA>0
渐扩
dA<0 dA=0 dA>0 缩放
4
1 定压放热
0
m
n
s
第四十页，共54页。
第十章 蒸汽动力循环装置
朗肯循环
• 在卡诺循环的基础上构建的 朗肯循环；
1—2：汽轮机中绝热膨胀
2—3：冷凝器中定压冷凝
3—4：给水泵中绝热压缩
4—5—6：锅炉中定压加热
6—1：过热器中定压加热
p
45
p1 6 1
p2
3(2’) 8
72
o
1
v
T
5 4
8
3(2’)
克劳修斯说法 热不可能自发地、不付代价地从低
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。
工程热力学：9第八章 压气机的热力过程
P2
1
原因使同样的打气过程变省力！？
P1
s
图8-2 压缩过程的p-v图和T-s图
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：
v2
③多变过程，
T2
T1
v1 v2
n1
442K
④多变过程热交换量
Q
mq
m
nk n 1
cV
(T2
T1 )
3.21kJ
⑤气体与外界交换的容积功
w
mR n 1
(T1
T2 )
8.58 k J
⑥压气机消耗轴功
wt n w 1.25 (8.58) 10.7kJ
8-2 余隙容积的影响
前面讨论了理想的压气过程，而实际压气过
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；
(2)n=1.25，多变压缩：
wt ,T
p1v1 ln
p2 p1
49.77KW
n1
wt ,n
n
n 1
p1v1
1
p2 p1
n
59.86KW
(3)n=1.4，绝热压缩：
工程热力学课后习题答案
n −1 n
n −1 n )
n + R g T2 (π n −1
n −1 n
n − 1) + RgT3 (π n −1
1.3−1 1 .3
n −1 n
− 1) =
− 1)(T1 + T2 + T3 ) = kg = 746 .4 kJ kg
1 .3 × 287 × (5 1 .3 − 1
− 1) × ( 293 .15 + 425 .0 + 616 .25)
∴q =
Q QW = −Q a
q= n −κ c v (T2 − T1 ) n −1
n −1 n
QW − 7.5715 = = −91.73 kJ kg q ma 0.08254
n − κ cv(T 2 − T 1) 0.728 × (150 − 20) = −1.0317 = = − 91.73 n −1 q
1.186 −1 1.186
= 387.82 K
（3）压缩功
Wn =
p2 1 p1V1 [( ) n −1 p1
n −1 n
− 1]
1.186 −1 1.186
1 = × 0.1 × 10 6 × 0.032 × (3.2 1.186 − 1
112
− 1) = 3442.8 J = 3.443kJ
第九章 压气机的热力过程
9-4 三台空气压缩机的余隙容积比均为 6%， 进气状态均为 0.1MPa,27°C ， 出口压力为 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） 。 解： 据题意
Vc = 0.06 Vh 0.5 π= =5 0 .1
n −1 n )
n + R g T2 (π n −1
n −1 n
n − 1) + RgT3 (π n −1
1.3−1 1 .3
n −1 n
− 1) =
− 1)(T1 + T2 + T3 ) = kg = 746 .4 kJ kg
1 .3 × 287 × (5 1 .3 − 1
− 1) × ( 293 .15 + 425 .0 + 616 .25)
∴q =
Q QW = −Q a
q= n −κ c v (T2 − T1 ) n −1
n −1 n
QW − 7.5715 = = −91.73 kJ kg q ma 0.08254
n − κ cv(T 2 − T 1) 0.728 × (150 − 20) = −1.0317 = = − 91.73 n −1 q
1.186 −1 1.186
= 387.82 K
（3）压缩功
Wn =
p2 1 p1V1 [( ) n −1 p1
n −1 n
− 1]
1.186 −1 1.186
1 = × 0.1 × 10 6 × 0.032 × (3.2 1.186 − 1
112
− 1) = 3442.8 J = 3.443kJ
第九章 压气机的热力过程
9-4 三台空气压缩机的余隙容积比均为 6%， 进气状态均为 0.1MPa,27°C ， 出口压力为 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） 。 解： 据题意
Vc = 0.06 Vh 0.5 π= =5 0 .1
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1、可逆定温压缩 2、可逆绝热压缩
W c,tp1 V 1lnp p1 2m R gT 1lnp p1 2m R gT 1lnv v2 1 '
Wc,s
kk1(p1V1
p2V2'')kk1p1V1
1(
pp12)kk1
3、1k可g工逆质多变压缩wc,sW kc k,wn 1c m , t n 1Rn g pTp1 11v1(v11p 111 lV n(1 pp pp(1212)p ppk2 k12V 1)2 ) 1n n 1p 从过（1 V 1 “程即 1 理”压(想得气p p 1 2 气技机)n n 体术的1 的功
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
vdp 1
压气机所需的功，在数 值上等于压缩过程的技 术功。
2
W Cp1V11 pdVp2V2
2
1 Vdp Wt
示功图 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。
p2p3
p1 p2
pmpm 1mpm 1
pm 1 pm
p1
采用最佳增压比，且有效冷却，则各级耗功相同，每一级均为
w c,nnn 1p 1 v 1 1 (p p 1 2)n n 1 nn 1p 1 v 1 1n n 1
采用最佳增压比进行双级 T
压缩的优点：
T2
p3
p2
p1
3’
2
1、省功
多变 过程
2
p1p3
双级压缩省功而且压缩终 温较低，有利于润滑。
p1
1
0
V
双级活塞式压气机p-V和T-S图
三、双级活塞式压气机的耗功及最佳增压比 压缩1kg气体所消耗的功
w c ,n w c ,n L w c ,nH n n 1 p 1 v 1 1 (p p 1 2 )n n 1 p 2 v 2 ' 1 (p p 2 3 )n n 1
V3 Vc
V4 Vc(pp12)1n
v
V1 V4 Vh
vV 1 V h V 4V 1 V cV h V c V 4 1 V V h c 1 (p p 1 2)1 n
1V Vh c(p p1 2)1 n111 n1
1V Vh c(p p1 2)1 n111 n1
Vc Vh
p2 p1
第八章 压气机的热力过程
第一节 单级活塞式压气机的工作原理 第二节 单级活塞式压气机所消耗的机械功
和容积效率 第三节 双级活塞式压气机的工作过程 第四节 叶轮式压气机
工作原理：活塞式、叶轮式和引射式 出口压力：压气机、鼓风机、通风机
第一节 单级活塞式压气机的工作原理 一、结构简图
空气进口
排入空气瓶中
3
2’
1
T1
2、各缸负荷均匀
3、终温相同，各缸散热-s图
例题： 某两级压缩、中间冷却的活塞式压气机。每小时吸入
p1=0.1，t1=170c 的空气108.5，可逆多变压缩到p3=6。设各级 多变指数为1.2，试分析这个装置的工作情况，并与单级多变压 缩（1.2）至同样增压比时的情况相比较。
解 单级多变压缩时排气温度为
T 3T 1(p p1 3)nn 129 (0 6 .0 1)1.1 2 .2 157 .73 K 9
最有效的冷却：T2’1 即 p1v1 = p2v2’
w c,nnn 1p1v12(p p1 2)nn 1(p p2 3)nn 1
令 ： wc ,n 0 p2
p2的选择
解之得 p2 ：p1p3
p2 p3 p3
p1 p2
p1
耗功最小，则两级增压比应相同，这个增压比称为最佳增压比。
m级压缩，最佳增压比为
wc, n
n n 1
p1v11 (
p2 p1
n1 )n
耗功）公式。
二、容积效率
余隙容积
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 的影响
W c,nW t,12W t,34
p
3
2
4
1
V
Vc
Vh V1-V4
有余隙容积压缩机示功图
nn 1p 1 V 1 1 (p p 1 2)n n 1 － nn 1p 4 V 4 1 (p p 4 3)n n 1
pb
4
要求 t2 < 160°C，
4’
1
7, = 2 - 6 。
V
Vc
V
对于压力较高的情
Vh
况，一般采用双级压缩
增压比对容积效率及排温的影响
和中间冷却。
第三节 双级活塞式压气机的工作过程
一、工作原理及简图
冷却水
双级活塞式压气机示意图
二、双级活塞式理想压气机 图
p 4
p3
p2 5
定温线
3’ 3 2’
称为压缩机的余隙比 称为压缩机的增压比
1
容积效率： V 1(n 1)
增大时，容积效率降低； 提高时，容积效率也降低。
3、增压比对容积效率的影响
p
P2 ”
3”(2”)
V ， v ， 当
增加到某一数值时， 0 ，
P2 ’ 3’ p2 3
2’ 2
v = 0，活塞徒劳往返，无 压缩气体排出，同时，压缩 终温 t2 ，为保证润滑，
无余隙容积时，压缩1kg 气体所消耗的功为
：
W' c,n
nn1p1v11(pp12)nn1
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
2、有余隙容积存在时， 对 供气量（生产量）的影响
4
1
Vc
Vh V1-V4
V 有效吸气容积：14 气缸工作容积：1
容积效率：有效吸气容积与气缸工作容积之比。
p1p4,p2p3
W c,nnn 1p1(V1V4)1(p p1 2)nn 1
Wt,34＝－ Wt,43
p
3
2
W c,nnn 1p1(V1V4)1(p p1 2)nn 1
4
1
Vc
Vh V1-V4
V
式中，V1 - V4= m’v1 , m’为有余 隙容积时进入气缸的气体质量
有余隙容积压缩机示功图
压缩1kg 气体所消耗的功为： W c,nW m c,'n nn 1p1v11(p p1 2)nn 1
主要部件：1、活塞 2、气缸 3、滤清器
二、工作过程
1、吸气过程0-1 2、压缩过程1-2 3、排气过程2-3
图中2-3和0-1不是状态变化，而是表示气缸 内气体质量的变化。
P
2’ 2 2”
P2
三种压缩过程图示
T 2’
P1 1
V
P2
2”
P1
2
1 s
1-2” 绝热过程 1-2’ 定温过程 1-2 多变过程