第五章 压气机的压气过程
压气机的压气过程
有效进气容积： V1 – V4 余隙容积：
压气机的轴功可按压气过程各过程功 的代数和来计算，即
(Ws ) c W12 W23 W34 W41
pdV p 2 (V3 V2 ) pdV p1 (V1 V4 )
1 3 2 4
可见，过程线1-2-3-4-1包围的面积即为压气机消耗的轴功。
将过程特征关系p1＝p4，p2＝p3，v2＝v3，v1＝v4及m1＝m2， m3＝m4代入上式，得
(Ws ) c m1 ( pdv p1 v1 p 2 v 2 ) m3 ( pdv p1 v1 p 2 v 2 )
1 2
3
4
设1-2和3-4具有相同的过程性质：
1
则有
如果压气机采用冷却措施，则可以认为理想的压气过程是 可逆定温过程。可逆定温过程的轴功和实际压气过程的轴功之 比称为定温效率，用ηc,T表示，即
c,T
( ws ) c,T ( ws ) c
已知压气机的定温效率，便可利用可逆定温过程的轴功计 算采用冷却措施的压气机的轴功。
思
考
题
7-1 压气机中气体的压缩过程为定温过程时，压气机消耗的 轴功最小，这是否因定温压缩过程的压缩功最小所致？ 7-2 压气机的压缩过程为定温过程时，如工质为理想气体， 则压气机消耗的轴功全部转变为过程中气体放出的热量。试分析 在此过程中气体的火用参数如何变化？设过程为可逆的，试说明 过程中火用平衡关系。
7-6 试说明余隙容积对实际压气机消耗的轴功是否有影响？
作业： 热能与动力工程专业、建筑环境与设备专业
7-1, 7-2, 7-3, 7-4, 7-5，7-7
机械类以及车辆工程专业： 7-5，7-7
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。
轴流式压气机的工作原理
轴流式压气机的工作原理
轴流式压气机是一种常见的流体机械，它主要通过对流动气体的动能进行转换来实现对气体的压缩。
轴流式压气机的工作原理如下：
1. 气体进入压气机通过进气口，进入压气机中的转子。
2. 转子上安装有一系列的叶片，这些叶片呈倾斜角度，使得气体在通过叶片时产生一个向前的推力。
3. 气体在经过叶片时，受到叶片的作用力，产生一个向前的冲力。
这个冲力使得气体的速度增加，同时也增加了气体的动能。
4. 当气体通过转子时，气体被推入下一个叶片组，重复上述的过程。
这样，气体在不断的通过叶片组，速度逐渐增加，并且产生了连续的推力。
5. 在气体通过压气机后，气体的动能转化为压力能，实现了气体的压缩。
此时，气体会通过出口口排出。
值得注意的是，轴流式压气机的工作原理与离心式压气机有所不同。
轴流式压气机通过叶片的作用将气体推向前进方向，而离心式压气机则通过离心力使得气体沿着轴线方向扩散。
由于工作原理的不同，轴流式压气机通常适用于需要高流量、低压比的应用，而离心式压气机则适用于需要高压比的应用。
压气机的原理和特性
15
主要气动参数
进出气角β1和β2 进口冲角
进出气角：气流进、出口相对流速与叶栅前、 进口冲角：叶栅的入口安装角与气流进气 后额线的夹角。 角之差。
i =β1j-β1
出口落后角 δ=β1j-β1 气流转折角 Δβ=β2-β1
气流转折角：气流出气角与进气角之差。
出口落后角：叶栅的出口安装角与气流出气角之差。
压气机的流量特性线：
通过实验测定并作出的压气机流量特性曲线。
压气机的特性线组：
不同转速下的压气机特性线绘在一起，所得到的曲线 组，称为压气机的特性线组。
2.单级轴流式压气机的特性线
25
特点
①每一转速下的压比均有一最大值 （最大压比点：左、右两支）； ②压气机的喘振 ——转速不变，流量降低到一定值 后，压气机内的气流轴向脉动引起 的整台机器的剧烈振动。 喘振边界点：压比不稳定无法 绘出时对应的流量点。 喘振边界线：各转速下喘振工 况点的连线。
入口安装角和出口安装角 ：叶型中弧线在前缘点和后 14 缘点的切线与叶栅前、后额线的夹角。
叶栅的几何参数
叶栅前后额线
叶型安装角γp 栅距t 入口安装角β1j 出口安装角β2j
叶栅前后额线：叶型前、后缘点的连线。
栅距t ：两个相邻叶型上同位点在圆周方向上的距离。 叶型安装角γp ：外弦线与圆周方向的夹角。
2.压气机的喘振
37
压气机喘振的特征
压气机的流量时增时减； 压力忽高忽低； 整个机组剧烈振动并伴随特有轰鸣声。
压气机喘振的原因
内因（根本原因和必要条件）—— 压气机失速； 外因—— 压气机下游存在容积较大的管网部件。
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
第5讲 压气机
压气机旋转失速和喘振 失速区移动的原因是由于失速区把通道堵塞了一 压气机某一级出现失速，并不是沿整个环面同时 部分，使一部分气流向切线方向的前后分流，导致失 发生，而是在部分叶片中某个部位上首先发生，而且 速区后面叶片的正攻角加大，失速区前面叶片及失速 失速区不是固定在这些叶片上。失速区相对于工作轮 区叶片的攻角减小。于是失速区的叶片便解除了失速 叶栅向与旋转方向相反的方向移动。如果在地面上观 状态而失速区后面的叶片产生了失速。于是失速区就 察时，失速区附着在压气机工作轮上以较低的转速、 向叶片旋转相反的方向移动 。 相同的方果压气机的某一级，沿叶高各基元级进口相对速度w1都是 超声速，那就称为超声速级。一般叶片靠近叶尖的部分，由于轮缘 切线速度u较高，基元级进口相对速度为超声速，而靠近叶根的部 分基元级进口相对速度仍是亚声速，这样的压气机级称为跨声速级 。很多压气机的进口第一级属于跨声速级。
由于出口处气流相对速度w2减小，使工作轮叶栅出 口气流绝对速度c2具有与工作轮旋转方向相同的切线 分速度c2u，这说明超声工作轮叶栅对气体作了功。
3.1 压气机 (1)离心式压气机
轴向进气，径向排气 离心增压 优点： 结构简单、零件少 工作可靠 级增压能力强(6-12) 性能较稳定 轴向尺寸短 缺点： 效率低，迎风面大 适合：小推力级
WP5 发 动 机
3.1 压气机
(2) 轴流式压气机
空气通过压气机基本上沿轴向流动，故称轴流压气机 。
思考题 航空燃气轮机的主要性能指标有哪些？
什么是sfc？ 发动机的使用性能包括哪些内容？ 什么是发动机的总效率？
计算
2 某涡喷发动机，当速度为900km/h时，尾喷管中 燃气完全膨胀，尾喷管出口燃气速度为600m/s。忽 略燃油流量，求通过该发动机每千克空气的可用功、 推进功和排气动能损失，以及发动机的推进效率。 3 将上题中的涡轮喷气发动机改为涵道比为1的涡轮
活塞式压气机工作原理
活塞式压气机工作原理活塞式压气机是一种常见的压缩空气设备，常用于工业生产中。
它以其简单、可靠、高效等优点，成为了广大企业压缩空气的首选设备。
下面我们就来详细了解一下活塞式压气机的工作原理。
活塞式压气机是利用活塞在气缸内往复运动，实现对空气的压缩和释放的一种机械设备。
其工作原理类似于内燃机。
活塞在气缸内的运动由电机驱动，通过连杆机构将电机的旋转运动转化为活塞的往复运动。
在活塞的上下运动过程中，气缸内部发生了一系列的变化。
当活塞下行时，气缸内的压力下降，外部空气通过进气阀进入气缸。
随着活塞的上行运动，进气阀关闭，压气机开始压缩空气。
这时，气缸内的压力逐渐增大，将空气压缩成高压气体。
当活塞上行到达顶点时，排气阀打开，压缩气体通过排气阀排出。
通过不断的往复运动，活塞不断地将空气压缩和释放，实现了对压缩空气的产生。
活塞式压气机的工作原理可以简单概括为：进气、压缩、排气的过程。
进气阀和排气阀是这一过程中的关键元件。
进气阀控制空气进入气缸，排气阀控制压缩气体排出。
活塞运动的频率和行程可以通过调整电机的转速和连杆机构的设计来实现。
活塞式压气机在工业生产中发挥着重要的作用。
它广泛应用于各种压缩空气需求的场合，如汽车维修、建筑施工、机械制造等。
它可以为工业生产提供稳定的压缩空气，用于气动工具、喷涂设备、冷却系统等多个方面。
在使用活塞式压气机的过程中，要注意以下几点。
首先，选择适合压缩空气需求的型号和规格的压缩机，避免超负荷工作。
其次，保持压缩机的正常维护，定期检查维护活塞、阀门、润滑油等关键部件。
最后，合理设置排气管道，确保压缩气体的排放安全。
综上所述，活塞式压气机通过活塞的往复运动实现了对空气的压缩和释放。
其工作过程简单明了，结构可靠，是一种优秀的压缩空气设备。
在使用过程中要注意维护和安全，以充分发挥其性能和效益。
希望这篇文章能够对大家对活塞式压气机的工作原理有更加深入的了解。
压气机工作原理
压气机工作原理压气机是一种用来增加气体压力的机械设备，它在许多工业领域都有着广泛的应用。
压气机的工作原理是通过机械作用将气体压缩，从而提高气体的压力。
在本文中，我们将详细介绍压气机的工作原理及其相关知识。
首先，压气机的工作原理可以分为动力循环和压缩循环两个方面。
动力循环是指通过外部动力源（如电动机、发动机等）驱动压气机的转子或活塞运动，从而产生压缩作用。
而压缩循环则是指在压气机内部，气体经过多级压缩，从而提高气体的压力。
这两个循环相互作用，共同完成了压气机的工作过程。
其次，压气机的工作原理与其结构密切相关。
一般来说，压气机主要由压缩机、动力机和控制系统组成。
其中，压缩机是实现气体压缩的核心部件，其工作原理是通过转子或活塞等机械装置对气体进行压缩。
动力机则是提供动力驱动压缩机运转，如电动机、内燃机等。
控制系统则是对压气机进行监控和调节，确保其正常运行。
另外，压气机的工作原理还与气体的物理性质有关。
在进行压缩过程中，气体的温度和压力会发生变化，这需要考虑到气体的热力学性质。
在实际应用中，需要根据气体的性质和使用要求，选择合适的压气机类型和工作参数，以确保其正常、高效地工作。
此外，压气机的工作原理还与其应用领域密切相关。
不同的工业领域对压气机的要求也不同，有些需要高压力、大流量的气体，有些则需要稳定的气体压力和流量。
因此，在选择和设计压气机时，需要充分考虑其工作原理和特性，以满足不同领域的需求。
总的来说，压气机的工作原理涉及动力循环、压缩循环、结构特点、气体性质和应用领域等多个方面，需要综合考虑。
只有深入理解其工作原理，才能更好地应用和维护压气机，确保其正常、高效地工作。
希望本文能够对读者有所帮助，谢谢阅读！。
轴流式压气机的工作原理
轴流式压气机的工作原理轴流式压气机是一种常用于空气压缩和气体传输的设备，具有高效率、结构简单、体积小等优点。
它的工作原理主要涉及压力能量、动能和转动能量的转化过程。
轴流式压气机的工作原理基本上分为4个步骤：进气、压缩、扩散和排气。
第一步，进气：气体通过轴流式压气机的进气道进入，此时气体以低速度进入压气机中。
进气道的设计通常采用流线型的结构，以减小气流阻力和能量损失。
在进气道的入口处通常还会安装滤网，以过滤掉空气中的杂质和颗粒。
第二步，压缩：气体进入轴流式压气机后，经过压气机的旋转叶轮。
旋转叶轮上的叶片会将气体加速，并且将气体压缩。
叶轮上的叶片通常呈斜角，可以迅速将气体加速，并且将其推向下一个叶轮。
而叶轮的旋转则依靠电动机或者是燃气轮机提供的动力。
第三步，扩散：当气体通过轴流式压气机中的多个叶轮后，气体变得非常紧凑和高压。
然而，由于叶轮的旋转，气体的流动是一个轴向的。
为了使气体能够顺利地排出压气机，扩散器被用来将气体的轴向速度转化为静压能量，从而能够将气体尽可能地压缩。
第四步，排气：在扩散器将气体压缩后，气体排出压气机并进入下一个系统。
排气过程中，气体的流速逐渐减小，且流速与气体静压能量成反比。
此外，为了减小气体流动经过压气机后的尾流损失，通常还会在压气机的排气道中设置一些导流装置，以优化流动和减小能量损失。
总结来说，轴流式压气机的工作原理是通过进气、压缩、扩散和排气四个步骤来实现气体压缩和传输。
它利用旋转叶轮的运动和扩散器的转换作用，将气体的动能转化为压力能量，最终将气体排出。
这种工作原理使得轴流式压气机在各种应用领域中都表现出较高的效率和可靠性。
《工程热力学》第八章--压气机的压气过程
5
三种压气方式能量转换比较: (WS)C,S >(WS)C,n(WS)C,T
P P2 b
2T 2n 2S
T
2S p2
2n
p1
2T
P1 a
1
1
V
(WS)C,S=P-V图面积1-2s-b-a-1
=T-S图面积1-2s-2T-c-e-1
c
d eS
(WS)C,n=P-V图面积1-2n-b-a-1 =T-S图面积1-2n-2T-c-e-1
T 2T T1
3、压气机耗功计算与比较
(wt )c.s
k
k 1
R g T1 1
(
p2 p1
) ( k 1) / k
( wt ) c.n
n n 1
R g T1 1
(
p2 p1
)
(n
1)
/
n
( w ) 2021/4/9 t c .T
R g T1
ln
v2 v1
R g T1 ln
p2 p1
(W2021S/4)/9C,T=P-V图面积1-2T-b-a-1 =T-S图面积1-2T-c-e-1 6
ξ7.2 活塞式压气机的压气过程（针对单 级活塞压气机压缩过程而言）
一、概述：压气机压气过程特点简介
概念：最大容积V1；余隙容积V3；工作容积VH 二、．压气机轴功计算
三、容积效率ηv 1、定义：有效吸气容积与汽缸工作容积之比表明压
2021/4/9
10
ξ7.4 压气机效率
一、衡量压气机不可逆程度---- 压气机效率 二、绝热压缩过程压气机效率 三、采用级间冷却的定温压缩过程压气机效率计
算
2021/4/9
热工基础-5-(3)-热工基础的应用-压气机
工作原理：
气体从进口流入 压气机，经收缩
器时流速得到初
步提高，进口导 向叶片使气流改 为轴向，同时还 起扩压管作用，
使压力有提高。
转子由外力带动，作高速转动，固装其上的工作叶 片(亦称动叶片)推动气流，使气流获得很高的流速。
工作原理（续）：
高速气流进入固装在机壳 上的导向叶片(亦称定叶片)
间的通道，使气流的动能
余隙容积的影响可从以下两个方面讨论:
(1) 生产量：
由于有余隙容积Vc的影响，缸 内气体从V3膨胀到V4才开始进 气。气缸实际进气容积V称有效 吸气容积， V=V1-V4。余隙容 积本身不起压气作用，且使另 部分缸容积也不起压缩作用。V 小于气缸排量Vh ，两者之比称 为容积效率，以ηV表示，即:
需级数甚多。其次，因气流速度相当高，容易造成较
大的摩擦损耗，故对叶轮式压气机的设计和制造的技 术水平要求甚高。
分类：
叶轮式压气机分：径流式(即离心式)与轴流
式两种型式。
离心式压气机适用于中、小型生产量，高转
速，但效率稍低。
轴流式压气机则结构紧凑，便于安排较多的 级数，且效率较高，适宜于大流量的场合。
二、压气机的理论耗功
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。通常用符号Wc表
示压气机的耗功，则：
对定值比热容理想气体，据第三章 计算理论耗功： (1)可逆绝热（定熵）压缩
二、压气机的理论耗功（续）
(2)可逆多变压缩
(3)可逆定温压缩
上述各式中，P2/P1是压缩过程中气体终压和初压 之比，称为增压比，用 表示。
这时，各级的增压比相同，各级压气机耗功相同，且：
因此，按此原则选择中间压力可得以下有利结果： (1)每级压气机需功相等，有利于压气机曲轴的平衡； (2)每个气缸中气体压缩后所达到的最高温度相同，这 样每个气缸的温度条件相同； (3)每级向外排出的热量相等，而且每一级的中间冷却 器向外排出的热量也相等； (4)各级的气缸容积按增压比递减。 (5)分级压缩对容积效率的提高也有利。余隙容积的有 害影响随增压比的增加而扩大。分级后，每一级的增 压比缩小，故同样大的余隙容积对容积效率的有害影 响将缩小，使总容积效率比不分级时大。
工程热力学__第五章气体动力循环
k 1 k
p2 p1
k 1 k
T2 T1
T1 1 1 1 1 1 k 1 T2 T2 p2 k T1 p1
T
2 1
3
4
t,C
T1 1 T3
热效率表达式似乎与卡诺循环一样
s
勃雷登循环热效率的计算
热效率：
t 1
p
2 3 2 4 T 3
4
1 1
v s
定压加热循环的计算
吸热量
q1 cp T3 T2
放热量(取绝对值）
T 2
1
3
4
q2 cv T4 T1 热效率
w q1 q2 q2 t 1 q1 q1 q1
s
定压加热循环的计算
k 1 热效率 t 1 k 1 k ( 1) t
T1
s
燃气轮机的实际循环
压气机： 不可逆绝热压缩 燃气轮机：不可逆绝热膨胀 T
定义：
3 2 1
2’
4’
压气机绝热效率
h2 h1 c h2' h1
4
燃气轮机相对内效率
oi
h3 h4' h3 h4
s
燃气轮机的实际循环的净功
净功
' w净 h3 h4' h2' h1
oi h3 h4
h2 h1
T
2 1
2’
3
4’
c
' opt w净 oic
k 2 k 1
4
吸热量
q h3 h2' h3 h1
' 1
热工基础-05第五章_热工基础的应用
可得 或
c
1 2 dc vdp 2
cdc vdp
c2 p
2, 并对方程右边分子和分母同乘以κp得： 上式两边同除于 c c dp dc pv dp 1 dp
c2 p
2 a
M 2 p
dp 2 dc M p c
(力学条件)
山东大学（威海）机械系
由过程方程式
第五章
热工基础的应用
山东大学（威海）机械系
第一节 喷管和扩压管
• 本章研究气体和蒸气在变截面短管内的流动。最后获得 喷管和扩压管的流动规律. • 先分析可逆流动，然后对不可逆过程进行修正。 • 流动为一元流动。 • 先分析理想气体过程，再分析蒸气过程。 1 2 一 稳定流动的基本方程式
1、质量守恒方程
Ｍ=1
dA > 0
Ｍ< 1
缩放
山东大学（威海）机械系
流体被加速时，沿流动方向流体参数的变化规律 (DCF > 0)
dA = 0
Ｍ<1
Ｍ≤1
dA < 0渐缩
Ｍ<1
dA < 0
Ｍ=1
dA > 0
Ｍ>1
(临界截面)
p
p
pcr Tcr ccr = cfcr c ca
ca c x x
山东大学（威海）机械系
三 喷管 喷管：用于加速气流的管道称为喷管。 １、渐缩喷管
A2c2 qm v2
山东大学（威海）机械系
四 有摩阻的绝热流动（不可逆绝热流动）
1 2 1 2 h0 h1 c1 h2' c2' 2 2
T
1
c2' 2(h0 h2' )
压气机工作原理
压气机工作原理
压气机工作原理是指利用机械能将气体压缩的过程。
其主要原理是通过增加气体分子的密度，使气体分子之间的相互作用增强，从而达到增加气体压力的目的。
压气机一般由压气机机身、气缸、曲轴、连杆和阀门等组成。
当压气机启动时，曲轴开始旋转，带动连杆上下运动。
在气缸内，活塞与气缸壁之间形成工作腔。
当活塞下行时，工作腔内的压缩空气被压缩，从而增加了气体的密度和压力。
在压缩空气的流动过程中，压气机需要配备适当的阀门来实现气体的进出控制。
通常情况下，压缩时打开进气阀门，使气体进入气缸，然后关闭进气阀门，打开排气阀门，将压缩空气排出。
通过连续的循环压缩和排气过程，压气机可以将气体压缩到所需的压力范围内。
压缩后的气体可以用于各种工业和生产领域，例如空压机、汽车引擎、空调系统等。
总之，压气机工作原理基于机械能转化为压缩气体能量的过程，通过压气机的运转，将气体压缩到所需压力范围，满足不同工业和生产领域的需求。
航空发动机压气机的工作原理
航空发动机压气机的工作原理航空发动机压气机的工作原理可是相当复杂又有趣的呢。
压气机在航空发动机里就像是一个超级大力士，负责把进入发动机的空气进行压缩。
那它是怎么做到的呢？这得从它的结构说起。
压气机通常由多个级组成，每一级都包含一个旋转的叶轮和一个静止的扩压器。
叶轮就像一个飞速旋转的小风扇，叶轮上有着很多弯曲的叶片。
当发动机开始工作，叶轮高速旋转起来，哇，那速度可快啦。
你可以想象一下，空气就像是一群小绵羊，叶轮的叶片就像牧羊人手中的鞭子。
叶轮快速转动的时候，就把这些小绵羊（空气）驱赶着，让它们获得了很高的速度。
这时候，空气被叶轮甩向了扩压器。
扩压器呢，它的通道是逐渐变宽的。
空气进入扩压器后，速度就慢慢降下来了，但是压力却升高了。
这就好比一群人在狭窄的通道里快速奔跑，突然进入一个宽阔的地方，虽然跑的速度慢了，但是彼此之间挤得更紧了，压力就增大了。
在压气机工作的过程中，每一级都在重复这样的过程。
一级一级地把空气的压力不断提高。
举个例子吧，就像我们给气球打气一样。
刚开始的时候，气球里的空气压力很低，我们一下一下地打气，就相当于压气机的一级一级的压缩，气球里的空气压力就越来越高了。
而且呀，压气机的工作还得和发动机的其他部分协同得很好才行。
比如说，它压缩后的空气要以合适的压力和流量送到燃烧室去。
如果压力不够或者流量不合适，那燃烧室里的燃烧就会出问题。
就像我们做饭的时候，炉灶的火力和锅具的大小得匹配一样。
如果炉灶火太大，锅太小，饭就容易烧焦；要是火太小，锅太大，饭又煮不熟。
压气机在不同类型的航空发动机里也会有一些不同的设计和工作特点。
在涡轮喷气发动机里，压气机要把空气压缩到比较高的压力，这样才能让后面的燃烧室有足够的能量产生强大的喷气推力。
而在涡轮螺旋桨发动机里，压气机的压力要求相对低一些，因为它主要是为了给螺旋桨提供合适的动力源。
压气机的叶片设计也是很有讲究的呢。
叶片的形状、角度等都会影响到它对空气的压缩效果。
第五章 压气机的压气过程
wc = c p 0 (T2 − T1 )
定熵压缩
wc , s =
κ κ −1
p1v1 (π
κ −1 κ
− 1)
对定比热容理想气体的定熵过程
wc , s =
γ 0 −1
γ0
Rg T1 (π
γ 0 −1 γ0
− 1)
23
作业
P133 5-2 5-6 5-8 5-10 5-12
选做
5-5
24
wc ,n
18
m级压缩，最佳增压比为
pmax π = p min
1 m
采用最佳增压比，且有效冷却，则各级耗功相同，每一级均为
− nn 1 n = Rg T1 π − 1 n −1
wc ,n
19
采用最佳增压比进行双级 压缩的优点： 1、省功
T T2 3’ 3 qH
☆既然余隙容积具有不利影响，是否可能完全消除？ 既然余隙容积具有不利影响，是否可能完全消除？
不能，由于制造公差及为避免活塞因热膨胀而与气缸盖碰撞， 同时为了安装进气阀、排气阀等部件，余隙容积是不可避免的。
☆为什么要采用多级压缩及级间冷却的工艺？ 为什么要采用多级压缩及级间冷却的工艺？
工程上常需要高压气体，当气体的压力比p2/p1较高时，若仍采用 单级压缩，将使气体的终温过高而造成润滑油失效及其它安全问题 ，并使耗功过大。同时，实际机器的容积效率也要随之降低。而采 用多级压缩、级间冷却的工艺是获得较高压力的压缩气体一种较好 的手段。
2
☆抽真空的设备能否归入压气机中去？
广义地说，抽真空的真空泵也是压气机，它将低于 大气压力的气体吸入，升高压力至略高于大气压时排 出，其热力学原理与压气机一样。
燃气轮机的工作原理
燃气轮机的工作原理燃气轮机是一种常见的发电机机型，它采用燃烧燃气的原理转化为动力，从而驱动涡轮旋转，进而产生电能。
燃气轮机在电力行业广泛应用，其高效率、低排放和快速启动等特点，使得它成为了当今发电行业的主流技术之一。
本文将详细介绍燃气轮机的工作原理。
一、燃气轮机的基本组成燃气轮机主要由压气机、燃烧室和涡轮组成。
压气机负责将空气加压，增加气流的能量；燃烧室则负责将燃气的化学能转化为高温高压的气体能量；而涡轮则利用气流的动能转动，驱动发电机或其他设备。
二、燃气轮机的工作过程1. 压气过程：压气机通过旋转的叶片将外界空气吸入，然后把空气加压，增加气体的能量。
被压缩后的空气温度会升高，压力也相应增加。
2. 加热过程：经过压气后，高压的空气进入燃烧室，同时喷入燃气。
在燃烧室内，燃气与空气混合并点燃，产生高温高压气体。
燃气的燃烧释放的能量将增加燃气的温度。
3. 膨胀过程：燃烧室内的高温高压气体进入涡轮，气体的能量转移到涡轮叶片上，使得涡轮旋转。
涡轮的旋转同时带动压气机，形成闭合回路。
涡轮旋转的同时，也可以驱动发电机产生电能。
4. 排气过程：在涡轮旋转完成后，高温高压的气体会被排出燃气轮机，避免对机器造成损坏。
在气体排出之前，可以通过余汽余热回收系统将废热转化为可再利用的能量，提高燃气轮机的整体效率。
三、燃气轮机的优势和应用领域1. 高效率：燃气轮机采用闭合回路工作，能充分利用能量，高效转化为电能。
相对于传统的煤炭发电机组，燃气轮机效率更高，能源消耗更少。
2. 低排放：燃气轮机燃烧过程中，排放的污染物相对较少。
它采用的是燃烧燃气的方式，减少了石油和煤炭的使用，大大降低了二氧化碳、二氧化硫和氮氧化物等排放物的产生。
3. 快速启动：相比于其他发电技术，燃气轮机启动快速，响应时间短。
这使得它在应对电力需求高峰时的调峰能力更强，可以迅速提供稳定的电力输出。
燃气轮机目前在许多不同的应用领域有着广泛的应用。
除了常见的发电行业之外，它还可以用于航空领域的飞机推进，以及工业领域的压缩空气和制冷系统。
压气机工作原理
压气机工作原理
压气机是一种用来增加气体压力的机械设备，它在许多工业领域中都有着广泛
的应用。
压气机的工作原理主要是通过叶片的旋转运动，使气体受到压缩，从而增加气体的压力。
下面我们将详细介绍压气机的工作原理。
首先，压气机的工作原理可以分为动力原理和压缩原理两个方面。
动力原理是
指压气机通过外部动力源（如电动机、内燃机等）驱动叶片旋转，从而产生气体的流动。
而压缩原理则是指当气体通过叶片旋转时，叶片对气体施加压力，使气体受到压缩，从而增加气体的压力。
其次，压气机的工作原理可以根据叶片结构分为离心式和轴流式两种类型。
离
心式压气机的叶片布置成圆周状，气体在叶片的作用下被甩到离心力场中，从而增加气体的压力。
轴流式压气机的叶片则呈螺旋状，气体在叶片的作用下沿着轴向流动，从而增加气体的压力。
另外，压气机的工作原理还与其工作过程密切相关。
压气机的工作过程可以分
为吸气、压缩和排气三个阶段。
在吸气阶段，气体被吸入压气机内部；在压缩阶段，气体受到叶片的作用而被压缩；在排气阶段，压缩后的气体被排出压气机。
最后，压气机的工作原理还受到一些因素的影响，如叶片数量、叶片材料、叶
片转速等。
这些因素会影响到压气机的工作效率和性能。
总的来说，压气机的工作原理是通过叶片的旋转运动，使气体受到压缩，从而
增加气体的压力。
压气机的工作原理涉及到动力原理、压缩原理、叶片结构、工作过程和影响因素等多个方面。
深入了解压气机的工作原理，有助于我们更好地应用和维护压气机设备，提高其工作效率和性能。
活塞式压气机的压气过程
Engineering Thermodynamics
T
THERMODYNAMICS
第5章 气体的流动与压缩
Flow and Compression of Gas
T
THERMODYNAMICS
5.5 活塞式压气机的压气过程
压气机
T
THERMODYNAMICS
压气机（或压缩机）是消耗机械功而产生 高压气体（流体）的设备通称
这样，气缸中实际吸 进气体的容积，即所 谓有效容积（Ve）将 小于活塞排量 (Vh)
有效容积与活塞排量 之比称为容积效率
V
Ve Vh
Vh
Vc Vh
V4
1 Vc Vh
V4 Vc
1
1
1
V4 Vc
V4 V3
p3 p4
n
p2 p1
• 多变压气过程理论消耗的功：
wC,n
n n 1
p1v1
p2 p1
n1
n
1
n n 1
p1v1
n1 n
1
增压比 p2
p1
• 定比热理想气体
wC,n
n
n
1
RgT1
n1 n
1
wC,T RgT1 ln
压缩耗功 Wc = 进气功 + 压
气功
-
排气功
=
2
1 Vdp
比功
2
wc
vdp
1ห้องสมุดไป่ตู้
压气机工作原理
压气机工作原理压气机是一种能够将气体压缩的设备，其工作原理主要是通过机械运动将气体压缩，提高气体的压力和温度。
压气机广泛应用于工业生产、航空航天、能源等领域，是现代工业中不可或缺的重要设备。
压气机的工作原理可以简单地分为两个步骤：吸气和压缩。
在吸气过程中，压气机通过某种方式将外部空气引入机器内部，然后在压缩过程中，机械设备将气体加压，提高气体的密度和压力。
以下将详细介绍压气机的工作原理及其各个部件的功能。
1. 吸气过程压气机的吸气过程是将外部空气引入机器内部的过程。
在吸气过程中，压气机的主要部件是进气口和吸气阀。
进气口是气体进入机器的通道，通常位于机器的前部或侧面，可以通过管道与外部环境相连。
吸气阀则是控制气体进入机器的装置，可以根据需要打开或关闭，调节气体的流量。
当压气机开始工作时，吸气阀打开，外部空气通过进气口进入机器内部。
在进入机器后，气体会被引导到压气机的压缩室内，准备进行下一步的压缩过程。
2. 压缩过程在吸气过程结束后，压气机开始进行压缩。
在压缩过程中，气体的压力和温度会逐渐升高，从而提高气体的密度和能量。
压气机的主要部件包括压缩室、活塞或叶轮、压缩机和出气口。
压缩室是气体进行压缩的空间，通常位于压气机的内部。
在压缩室内，气体会受到机械设备的作用，逐渐被压缩和加压。
活塞或叶轮是压气机的核心部件，通过机械运动将气体进行压缩。
压缩机则是控制压缩过程的设备，可以根据需要调节压缩机的工作方式和压力。
最后，出气口是气体从压缩室排出的通道，将压缩后的气体送至需要的地方。
在压缩过程中，气体的压力和温度会不断升高，这是由于机械设备对气体的作用，使其分子间距减小，从而提高了气体的密度和能量。
压缩后的气体可以用于驱动机械设备、供应工业生产或用作能源等用途。
总结压气机的工作原理是通过吸气和压缩两个步骤将气体压缩，提高气体的密度和能量。
在吸气过程中，外部空气通过进气口进入机器内部，然后在压缩过程中，气体被压缩和加压，提高了气体的压力和温度。
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11
Vc Vh 增大时，容积效率降低； 提高时，容积效率也降低。
Vc n 容积效率： V 1 V ( 1) h Vc 称为压气机的余隙比 Vh p2 p1 称为压气机的增压比
1
余隙比愈小、增压比愈大、多变指数愈大，则容积效率愈高，
压缩气体的产量也愈大。
12
3、相同的余隙容积和多变指数，增压比对容积效率的影响
在p1和p4 间合理选择p2，可使压气机消耗的功最少。对上式求一 阶导数并令其等于零，结果解得
p2 p1 p4
即
p2 p 4 p 4 p1 p2 p3
p4 p1
17
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。
压气机消耗的功是每个气缸消耗功的两倍
nn 1 n 2 Rg T1 1 n 1
v
单级理想压缩机p-V图
对压气机而言，示功图 p-v 图所包围的面积表示压 气机的耗功，从 p-v图可以看出定温压缩耗功最少，而 绝热压缩所消耗的机械功最大。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。
9
二)、容积效率
p 3
2 4 1
V
Vc
Vh V1-V4
有余隙容积压气机示功图
1、有余隙容积存在时，对 wc 及供气量的影响
例题\第五章\A503.ppt
21
四 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
22
叶片
扩压管
q 0且不计进、出口气流动能的变化和重力位能的变化
任意工质、任意绝热过程压缩每千克气体所消耗的功为
wc h2 h1
如果被压缩的是定比热容理想气体
p 3 2 4 Vc Vh V1-V4 1
2、容积效率：
有效容积：Ve=V1-V4
V
活塞排量：Vh=V1-Vc
容积效率：有效吸气体积与气缸工作体积之比。
V3 Vc V4 Vc
1 n
Ve v Vh
v
Ve Vh Vc V4 Vh Vh
V4 1 Vc 1 Vc n 1 1 Vh V 1 c Vh
p3
p2 2 2’
p1 1 qL s
2、各缸负荷均匀
T1
3、终温相同，各缸散热量相 等
双级压缩中间冷却T-s图
20
☆采用多级压缩，级间冷却，当级数趋向无穷多时压缩过
程趋向等温压缩，此时消耗的压缩功应最小？
纯粹从热力学理论来看是这样，但实践中多级压气机 用于生产高压的压缩气体时，级数不能过多，级数过多 会使机构复杂，造价增高，运行可靠性下降，活塞式压 气机一般常用的为两级或三级，最多不超过六级。
3
一
单级活塞式压气机的压气过程
空气进口
一）、结构简图
排入空气瓶中
主要部件：1、活塞
2、气缸
3、滤清器
4、吸、排气阀
5、散热肋片
4
二）、工作过程
p 3 2 1
1、吸气过程4-1
2、压缩过程1-2
4
Pb
V
3、排气过程2-3 4、余隙容积内压缩 空气的膨胀过程3-4
Vc
p
3
2 4 1 V Vh V1-V4
3、可逆多变压缩 wc, n
p2 nn 1 nn 1 n n RgT1 ( ) 1 RgT1 1 n 1 p1 n 1
8
p p2 3
2’ 2 2” 定温 多变 绝热 1 5’ 5 5” V2’ V2 V2” 6 V1
p1 4 0
双级活塞式压气机p-V图
16
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
wc ,n
p2 nn 1 p4 nn 1 n n Rg T1 ( ) 1 Rg T3 ( ) 1 n 1 p1 n 1 p3 n 1 p2 nn 1 n p4 n Rg T1 ( ) ( ) 2 n 1 p2 p1
wc ,n
18
m级压缩，最佳增压比为
pmax p min
1 m
采用最佳增压比，且有效冷却，则各级耗功相同，每一级均为
wc ,n
nn 1 n Rg T1 1 n 1
19
采用最佳增压比进行双级 压缩的优点：
T
1、省功
T2
3’ 3 qH
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
15
二)、双级活塞式理想压缩机 p-V 图
定温线 p 6 p3 4 5 多变 过程 2 p2 p1 0 3 1 V
p1p4：
双级压缩：面积0123460 单级压缩：面积012560
双级压缩省功而且压缩终 温较低，有利于润滑。
wc c p0 (T2 T1 )
定熵压缩
wc , s
1
p1v1 (
1
1)
对定比热容理想气体的定熵过程
wc , s
0 1
0
RgT1 (
0 1 0
1)
23
作业
P133
5-2
5-6
5-8
5-10
5-12
选做
5-5
24
§5–4 压气机的压气过程
本章学习内容（二）
•单级活塞式压气机的工作原理 •单级活塞式压气机所消耗的机械功和容积效率 •双级活塞式压气机的工作过程
•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
2
☆抽真空的设备能否归入压气机中去？ 广义地说，抽真空的真空泵也是压气机，它将低于 大气压力的气体吸入，升高压力至略高于大气压时排 出，其热力学原理与压气机一样。
Vc
单级活塞式压气机示功图
图中2-3和4-1不是状态 变化，而是表示气缸内 气体质量的变化。
5Leabharlann P2’ 22”P2
三种压缩过程图示
1-2” 绝热过程
P1 1 V T P2 2” 2 2’ 1 s P1
1-2’ 定温过程
1-2 多变过程
6
二 单级活塞式压气机所消耗的机械功和容积效率
一）、压气机工作过程的作功分析
☆为什么要采用多级压缩及级间冷却的工艺？
工程上常需要高压气体，当气体的压力比p2/p1较高时，若仍采用 单级压缩，将使气体的终温过高而造成润滑油失效及其它安全问题 ，并使耗功过大。同时，实际机器的容积效率也要随之降低。而采 用多级压缩、级间冷却的工艺是获得较高压力的压缩气体一种较好 的手段。
14
三
p
p2
3
2’ 2 2”
定温 多变 绝热
p1 4 0 5’ 5 5” V2’ V2 V2” 6 V1
技术功 wt
2
1
vdp
压气机所耗的功 wc＝-wt
1 v
单级理想压气机p-V图
7
1、可逆定温压缩 2、可逆绝热压缩
wc , T
p2 RgT1 ln RgT1 ln p1
p2 kk 1 kk 1 k k wc , s RgT1 ( ) 1 RgT1 1 k 1 p1 k 1
p P2 ” P2 ’ p2 3”(2”)
3’ 3
2’ 2
1） Ve， v
2）当 ，p2 ，压缩终温t2
pb Vc 4 4’ Ve Vh 1 V
3）对于压力较高的情况，一
增压比对容积效率的影响
般采用双级压缩和中间冷却。
13
☆既然余隙容积具有不利影响，是否可能完全消除？
不能，由于制造公差及为避免活塞因热膨胀而与气缸盖碰撞， 同时为了安装进气阀、排气阀等部件，余隙容积是不可避免的。
nn 1 n wc ,n Rg T1 1 压缩1kg 气体所消耗的功为： n 1 无余隙容积时，压缩1kg 气体所消耗的功为：
wc ,n
'
nn 1 n RgT1 1 n 1
有余隙容积和无余隙容积时，压缩1kg 气体所消耗的功是 10 相同的。