第七章 压气机的压气过程

1 1
活塞式压气机的余隙容积在理论上不影响压缩单位质量气 体所消耗的轴功，但实际上由于存在膨胀和压缩过程的不可逆 损失，压气机耗功会增加。
容积效率
由于余隙容积的存在，有效吸气容积V1－V4，总是小于工作 容积Vh，工作容积不能充分利用。通常用容积效率ηV表示压气机 工作容积的利用率。 p
V1 V4 (V1 V3 ) (V4 V3 ) V Vh Vh
7-3 如果多级压缩的分级越多，且每两级之间均设置中间冷 却措施，则压气机消耗的轴功将减少的越多，试问压气机消耗的 轴功是否存在最小的极限值？
7-4 如果通过各种冷却方法而使压气机的压缩过程实现为定 温过程，则采用多级压缩的意义是什么？ 7-5 试分析，在增压比相同时，采用定温压缩和采用绝热压 缩的压气机的容积效率何者高？
V1 V4 V Vh
V4 V3 (
2 1n
p1
)
改写为
即
V3 p 2 1 n V 1 [( ) 1] Vh p1
余隙比V3/ Vh ↑压力升高比p2/ p1 ↑→ηV ↑。
单级压缩p2/ p1 一般为10左右，需要更高压 力时，应采用多级压缩。
7-3 多级压缩 采用多级压缩时，可把压缩过程分别在几个气缸中完成，可使 每级气缸的增压比不会过高，也可便于按各级气缸的工作压力合理 设计余隙比，因而多级压缩的压气机可以得到较高的容积效率。
p 2 p1 p 3 p3 p2 或 p1 p 2 即各级压气机的的增压比相同时，采用中间冷却措施的压气机所消 耗的轴功最少。
7-4 压气机效率 通常用压气机效率来说明不可逆因素的影响。 压气机无冷却时，压缩过程可认为是绝热的，其理想的过程 为定熵的，令初态及终压与实际绝热压气过程相同。则定熵过程的 轴功与实际压气过程的轴功之比，称为压气机的绝热效率ηc,s，即
有效进气容积： V1 – V4 余隙容积： V3
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 V 2 ) pdV p1 (V1 V 4 )
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。
采用中间冷却器，可降低压缩过程中气体的温度，使压缩 终了温度不致过高。也可以减少压气机所消耗的轴功（p-V图 中阴影面积)。
T 3 ’ 2 ’ 2
1 s
中间压力对耗功的影响 两级压气机所消耗的轴功为 n2 p2 ( n2 1) n 2 n1 p 2 ( n1 1) n1 RgT2 [1 ( ) ] ( ws ) c Rg T1 [1 ( ) ] n2 1 p1 n1 1 p1 设气体在中冷器得到充分冷却，即T2’＝T1，以及两级气缸中压缩过 程的多变指数相同，即n1＝n2＝n，则上式可写为 p3 ( n 1) n p2 ( n 1) n n (ws ) c RgT1 [2 ( ) ( ) ] n 1 p1 p2 上式中， p1—取决进气环境； p3—取决使用要求，均是不可改变 的。因此(ws)c仅取决于p2 ，即(ws)c＝f(p2)，对其求极值，可得压气 机消耗的功为极小值时中间压力p2的值应为
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？
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。
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 ) m 3 ( pdv p1 v1 p 2 v 2 )
2 1
3
4
设1-2和3-4具有相同的过程性质：
1
则有
2
pdv pdv
4
2 1
3
(Ws ) c (m1 m3 )( pdv p1 v1 p 2 v 2 )
m1－m3＝m—每一循环活塞式压气机输出气体的质量，所以按单 位质量气体计算，轴功可表示为 2 2 ( ws ) c pdv p1 v1 p 2 v 2 vdp
1 p 2 ( 1) p1v1 [1 ( ) ] 1 p1 p 2 ( 1) R g T1 [1 ( ) ] 1 p1
( p1v1 p2 v2 )
定温压缩过程
(ws )百度文库c,T
p2 v2 ( vdp) T Rg T1 ln Rg T1 ln 1 p1 v1
1
2
压气机中的压缩过程，可抽象为绝热 压缩、定温压缩和多变压缩分析。 压缩终了温度： 功量： 对绝热压缩过程
(ws ) c, s h1 h2
(ws ) c, s c p 0 (T1 T2 )
T
1
p2 2n 2T
2s p1 1 s
Rg (T1 T2 )

( ws ) c , s
c, s
定熵压气过程的轴功 实际绝热压气过程的轴功 因此有
( ws ) c, s ( ws ) c
(ws ) c, s h1 h2, s
c, s
(ws ) c h1 h2 h1 h2,s h1 h2
c, s
T1 T2,s T1 T2
由ηc,s，便可利用定熵过程的轴功及终态参数，计算实际压气过 程消耗的轴功及压气过程的终态参数。一般轴流式及离心式压气机 的绝热效率在0.80～0.90之间。
第七章
压气机的压气过程
7-1 压气机的压气过程 按照热力学的能量 转换的观点，各种压气 机的压气过程基本上是 相同的。 能量方程：
活塞式
转子式
q (h2 h1 ) (ws ) c
如压气过程可逆，则
( ws ) c pdv ( p1v1 p2 v2 )
1
2
离心式
轴流式
vdp
2
多变压缩过程
( w s ) c , n ( vdp) n
1
2
p 2 ( n 1) n n p1v1 [1 ( ) ] n 1 p1
p 2 ( n 1) n n Rg T1 [1 ( ) ] n 1 p1
7-2 活塞式内燃机的压气过程 特点：具有余隙容积。 最大容积： 工作容积： V1 Vh ＝V1 – V3