工程传热学-压气机的压气过程培训课件
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工程热力学与传热学11)蒸汽压缩制冷循环
(11-13)
qv
h1' h5 v1'
qv
？
(3)理论比功
w0 h2' h1' (4)单位冷凝热 qk qk h2' h4
(5)制冷系数
1'
w0
增加
(11-14)
增加
(h2' h2 ) (h2 h4 )
(11-14)
h h h h
（7）压缩机
在理论循环中，假设压缩过程为等熵过程。 而实际上，整个过程是一个压缩指数 在不断 变化的多方过程。另外，由于压缩机气缸中有 余隙容积的存在，气体经过吸、排气阀及通道 出有热量交换及流动阻力，这些因素都会使压 缩机的输气量减少，制冷量下降，消耗的功率 增大。
p
4
pk
3 0
2 2 s
5
p0
(11-11)
在蒸发温度和冷凝温度相同的条 件下：
制冷系数愈大 (6)压缩终温 经济性愈好
t2
影响到制冷剂的分解和润滑油结炭。
(7)热力完善度
单级压缩蒸气制冷机理论循环的热 力完善度按定义可表示为
0 h1 h4 1 h1 h4 Tk T0 c h2 h1 Tk 1 h2 h1 T0
q0
单位制冷量可按式（11-5）计算。单位制 冷量也可以表示成汽化潜热r0和节流后的干度 x5的关系：
q0 r0 (1 x5 )
(11-6)
由式（11-6）可知，制冷剂的汽化潜热越 大，或节流所形成的蒸气越少（x5越小）则单 位制冷量就越大。
(2)单位容积制冷量
qv
(11-7)
q0 h1 h4 qv v1 v1
工程传热学-第八章 压气机的压气过程讲解
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
525 290 0.8
584K
作业
8-1 8-4 8-5
8-2
8-3
8-6
8-7
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
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
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 )
第5讲 压气机 ppt课件
•在静子叶片中的增压原理：减速增压
•在转子叶片中的增压原理：加功气机压缩功
根据能量方程，在绝热的条件下，外界加入气体的 功等于气体静焓增量及动能增量之和：
气体静焓增加是由于相对运动速度减小以及在旋转 坐标系中气流所处半径变化所致
压气机基元级对空气所作的功
3.1 压气机 (1)离心式压气机
图为早期涡轮喷气发 动机上的一个双面进 气离心式压气机。它 由进气系统、叶轮、 扩压器和集气管等四 部分组成。压气机通 过中间轴与涡轮相连 接。为了增加进气量 ，采用双面进气的叶 轮，这对于平衡作用 在轴承上的轴向力也 有好处。
叶轮的进口部分，为迎合气流相对运动的速度方向，做成向旋转 方向前弯。工作轮叶片之间呈径向辐射状的通道，气流通过工作 轮增加速度和压力。
流动损失
③端面损失：在叶型通道内壁和外壁形成附面层而引 起的摩擦损失称为端面损失。
④二次流动损失：由于叶栅通道中叶型凹部的压力高 于叶背部的压力，使一部分气体通过外壁和内壁附面 层从叶凹部流向叶背部，这种在附面层内发生气体潜 流而引起的损失称为二次流动损失。
⑤径向间隙损失：由于工作轮叶片和外壁之间有径向 间隙，一小部分气体通过径向间隙泄漏，使压气机效 率降低。
③通过测量压气机轴的扭矩和转速来计算压气机功 ④测量压气机进、出口气流的总温，然后用下式计算
用此式计算，无论压气机效率高低，其结果 总是正确的
为了降低燃气轮机的耗油率，压气机的增压比需要不 断提高；为了减轻燃气轮机的重量，希望尽量减少压气机 的级数。于是提高压气机各级增压比就显得十分重要。
只有增加压气机基元级对单位质量气体所作的功，才 能提高压气机基元级的增压比。
•③采用双轴或三轴结构。将压气机分成二个或三个转子 ，分别由各自的涡轮来带动，于是一台高增压比的压气机 就成为二个或三个低增压比的压气机。
•在转子叶片中的增压原理：加功气机压缩功
根据能量方程，在绝热的条件下，外界加入气体的 功等于气体静焓增量及动能增量之和：
气体静焓增加是由于相对运动速度减小以及在旋转 坐标系中气流所处半径变化所致
压气机基元级对空气所作的功
3.1 压气机 (1)离心式压气机
图为早期涡轮喷气发 动机上的一个双面进 气离心式压气机。它 由进气系统、叶轮、 扩压器和集气管等四 部分组成。压气机通 过中间轴与涡轮相连 接。为了增加进气量 ，采用双面进气的叶 轮，这对于平衡作用 在轴承上的轴向力也 有好处。
叶轮的进口部分，为迎合气流相对运动的速度方向，做成向旋转 方向前弯。工作轮叶片之间呈径向辐射状的通道，气流通过工作 轮增加速度和压力。
流动损失
③端面损失：在叶型通道内壁和外壁形成附面层而引 起的摩擦损失称为端面损失。
④二次流动损失：由于叶栅通道中叶型凹部的压力高 于叶背部的压力，使一部分气体通过外壁和内壁附面 层从叶凹部流向叶背部，这种在附面层内发生气体潜 流而引起的损失称为二次流动损失。
⑤径向间隙损失：由于工作轮叶片和外壁之间有径向 间隙，一小部分气体通过径向间隙泄漏，使压气机效 率降低。
③通过测量压气机轴的扭矩和转速来计算压气机功 ④测量压气机进、出口气流的总温，然后用下式计算
用此式计算，无论压气机效率高低，其结果 总是正确的
为了降低燃气轮机的耗油率，压气机的增压比需要不 断提高；为了减轻燃气轮机的重量，希望尽量减少压气机 的级数。于是提高压气机各级增压比就显得十分重要。
只有增加压气机基元级对单位质量气体所作的功，才 能提高压气机基元级的增压比。
•③采用双轴或三轴结构。将压气机分成二个或三个转子 ，分别由各自的涡轮来带动，于是一台高增压比的压气机 就成为二个或三个低增压比的压气机。
工程传热学-压气机的压气过程培训课件(ppt 31页)
12 pdv43pdv
( W s ) c ( m 1 m 3 )1 2 ( p d p 1 v 1 v p 2 v 2 ) (w s)c1 2pd (v p2v2p1v1)1 2pd 1 v 2d(p)v 1 2pd 1 v 2pd 1 v 2vd p1 2vdp
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：
1 2pd p V 2(V 3 V 2)3 4pd p V 1(V 1 V 4)
p 1 p 4p 2 p 3 v 2 v 3 v 1 v 4
m 1 m 2 m 3 m 4
(Ws)cm1(12pdvp1v1p2v2) m3(43pdvp1v1p2v2)
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。
nn1RgT11
p2 p1
nn1
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 nn1RgT11pp12nn1
余隙容积对排气量的影响
容积效率（volumetric efficiency）：
v
Ve Vh
V1 V4 Vh
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。
第八章 压气机(gas compressor)的压气过程
8-1 压气机的压气过程
( W s ) c ( m 1 m 3 )1 2 ( p d p 1 v 1 v p 2 v 2 ) (w s)c1 2pd (v p2v2p1v1)1 2pd 1 v 2d(p)v 1 2pd 1 v 2pd 1 v 2vd p1 2vdp
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：
1 2pd p V 2(V 3 V 2)3 4pd p V 1(V 1 V 4)
p 1 p 4p 2 p 3 v 2 v 3 v 1 v 4
m 1 m 2 m 3 m 4
(Ws)cm1(12pdvp1v1p2v2) m3(43pdvp1v1p2v2)
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。
nn1RgT11
p2 p1
nn1
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 nn1RgT11pp12nn1
余隙容积对排气量的影响
容积效率（volumetric efficiency）：
v
Ve Vh
V1 V4 Vh
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。
第八章 压气机(gas compressor)的压气过程
8-1 压气机的压气过程
工程传热学-第八章压气机的压气过程
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。
•2 •2 s
•1
•s
作业
8-1 8-4 8-5
•82
8-3
8-6
工程传热学-第八章压气 机的压气过程
2020年5月23日星期六
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)
2．定温压缩(过程1-2T)
3．多变压缩(过程1-2n)
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）：
工作容积（stroke volume）：
余隙容积（clearance volume）： V3
压气功计算
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。
•2 •2 s
•1
•s
如果压气机采用冷却措施，则可以假想理想的 压气过程是可逆定温过程，并定义压气机的 定温效率为：
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： 质量流量：
功率计算
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 ？
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：
•2 •2 s
•1
•s
作业
8-1 8-4 8-5
•82
8-3
8-6
工程传热学-第八章压气 机的压气过程
2020年5月23日星期六
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)
2．定温压缩(过程1-2T)
3．多变压缩(过程1-2n)
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）：
工作容积（stroke volume）：
余隙容积（clearance volume）： V3
压气功计算
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。
•2 •2 s
•1
•s
如果压气机采用冷却措施，则可以假想理想的 压气过程是可逆定温过程，并定义压气机的 定温效率为：
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： 质量流量：
功率计算
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 ？
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：
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
工程热力学(压气机的热力过程)
§9-5 多级压缩与级间冷却
一、多级压缩
1、多级压缩
气体经过多次压缩。
2、多级压缩的标志
中间冷却器（中冷器） 3、多级压缩的原因 ① 单级压缩压比有限 ② 多级压缩有优点 ③ 工艺要求
储气罐
中 冷 器 冷却水 进气口
高压缸 低压缸
二、级间冷却（1）
1、多级压缩p－v图
由于中冷器存在，多了等压冷却过程2-3，得 以省功
1
Ve
V
◆压缩循环是逆循环
Vc Vh
◆压缩过程和膨胀过程是热力过程
吸气量：指吸入状态的气量 Ve = Vh + Vc – V4'
§9-3 活塞式压气机的理论功耗
一、压气机中可能的压气过程
1、过程特别快，来不及换热。 s n k
2、过程特别慢，热全散走。 T
n 1
3、过程实际压气过程是
p
p2
2T
2n
2s
T
2T
p1
1
n 1nk
2 s p2 p1
2n
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
2T
2n
2s
p1
T
2T 2n
1
2s p2
p1
1
p2 p1
n
2、有余隙的压气功
p 3' 2
有余隙的工作循环，压气功为 3
过程曲线123'4'1所包围的面积 5 4'
第3章第一节压气机的原理和特性ppt课件
压气机的能量损失
1.压气机的特性与特性线 流量特性： 在转速、进气压力和进气温度一定时，压比和等熵效率随流量变化的关系，称为压气机的流量特性。 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。
压气机的类型及特点 压气机级的工作原理 压气机的特性 压气机的不稳定工况 压气机的结构
主要内容
（一）压气机的类型及特点
1.压气机的作用 ——向燃气轮机的燃烧室连续不断地供应高压空气。 2.压气机的类型 轴流式：Axial-flow Type Air Compressor 离心式: Centrifugal-flow Type Air Compressor
轴流式压气机的结构
压气机的级 —— 由一列动叶片和紧跟其后的一列静叶片构成的压气机的基本工作单元。
第一级
世界各大燃气轮机公司采用的压气机
制造厂
GE发电
ABB-Alstom
Siemens
三菱重工
燃机型号（系列号）
MS9001FA
MS9001G/H
GT26
V94.3A
M701F
M701G
压气机型式、级数
代替圆周速度马赫数的定性准则数
（四）压气机的不稳定工况
典型的 不稳定工况
失速 喘振 阻塞
1.压气机的失速
(a)流量大于设计值 (b)流量小于设计值
叶背的边界层分离区易扩大
叶栅的失速 ——叶栅中体积流量减小时，叶栅背面边界层发生严重脱离，以致脱离区占据大部分流道并引起流动损失急剧增大的现象，称为叶栅的失速。 当压气机的某一级或某列叶栅失速时，压气机就进入失速状态。 叶栅失速的特征 ①一般先发生在叶栅的若干局部区域； ②局部失速区不是静止不动的，而是围绕压气机叶轮的轴线，以低于叶轮的速度与叶轮同向旋转； ③失速区的圆周速度一般为叶轮圆周速度的20%～80%，对多级轴流式压气机为40%~60%。 ④在相对坐标系中，失速区以相对速度u’朝叶栅运动的相反方向传播。
1.压气机的特性与特性线 流量特性： 在转速、进气压力和进气温度一定时，压比和等熵效率随流量变化的关系，称为压气机的流量特性。 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。
压气机的类型及特点 压气机级的工作原理 压气机的特性 压气机的不稳定工况 压气机的结构
主要内容
（一）压气机的类型及特点
1.压气机的作用 ——向燃气轮机的燃烧室连续不断地供应高压空气。 2.压气机的类型 轴流式：Axial-flow Type Air Compressor 离心式: Centrifugal-flow Type Air Compressor
轴流式压气机的结构
压气机的级 —— 由一列动叶片和紧跟其后的一列静叶片构成的压气机的基本工作单元。
第一级
世界各大燃气轮机公司采用的压气机
制造厂
GE发电
ABB-Alstom
Siemens
三菱重工
燃机型号（系列号）
MS9001FA
MS9001G/H
GT26
V94.3A
M701F
M701G
压气机型式、级数
代替圆周速度马赫数的定性准则数
（四）压气机的不稳定工况
典型的 不稳定工况
失速 喘振 阻塞
1.压气机的失速
(a)流量大于设计值 (b)流量小于设计值
叶背的边界层分离区易扩大
叶栅的失速 ——叶栅中体积流量减小时，叶栅背面边界层发生严重脱离，以致脱离区占据大部分流道并引起流动损失急剧增大的现象，称为叶栅的失速。 当压气机的某一级或某列叶栅失速时，压气机就进入失速状态。 叶栅失速的特征 ①一般先发生在叶栅的若干局部区域； ②局部失速区不是静止不动的，而是围绕压气机叶轮的轴线，以低于叶轮的速度与叶轮同向旋转； ③失速区的圆周速度一般为叶轮圆周速度的20%～80%，对多级轴流式压气机为40%~60%。 ④在相对坐标系中，失速区以相对速度u’朝叶栅运动的相反方向传播。
工程热力学课件压气机热力过程
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
t3=300.790c 单级压缩时压气机消耗的功率为
N
Wc,n 3600
mn 3600n1RT1[1(
p3 p1
n1
)n ]
108.51.210.287290[1(
6
1.21
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
p1p4,p2p3
W c,nnn 1p1(V1V4)1(p p1 2)nn 1
Wt,34＝－ Wt,43
p3Βιβλιοθήκη 241Vc
Vh V1-V4
W c,nnn 1p1(V1V4)1(p p1 2)nn 1
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
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
1V Vh c(p p1 2)1 n111 n1
1V Vh c(p p1 2)1 n111 n1
Vc Vh
p2 p1
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
压气机2.ppt
容积型
容积型压气机的工作原理是依靠工作 腔容积的变化来压缩气体或蒸汽，因而它 具有容积可周期变化的工作腔。按工作腔 和运动部件形状，容积式压气机按工作腔 和运动部件形状可分为“往复式”和“回 转式”两大类。前者的运动部件进行往复 运动，后者的运动部件做单方向回转运动。
压气机2. ppt
往复式压气机靠一个或几个作往复运动的活塞来改变压缩腔内部容积
速度型
轴流式压缩机与离心式压缩机都属于 速度型压缩机均称为透平式压缩机; 速度型 压缩机的含义是指它们的工作原理都是依 赖叶片对气体作功，并先使气体的流动速 度得以极大提高，然后再将动能转变为压 力能。透平式压缩机的含义是指它们都具 有高速旋转的叶片。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ 轴流式
轴流式压气机与离心式压缩机相比，由于气体在压气机 中的流动，不是沿半径方向，而是沿轴向，所以轴流式压 缩机的最大特点在于：单位面积的气体通流能力大，在相 同加工气体量的前提条件下，径向尺寸小，特别适用于要 求大流量的场合。 另外，轴流式压气机还具有结构简单、运行维护方便 等优点。但叶片型线复杂，制造工艺要求高，以及稳定工 况区较窄、在定转速下流量调节范围小等方面则是明显不 及离心式压缩机。 二者最大的不同就是气体流动方向不同，离心式压气 机中气体沿径向流动，轴流式压气机中气体沿轴向流动
回转式压气机
回转式压气机通过一个或几个部件的旋转运 动来完成压缩腔内部容积变化的容积式压缩机。 包括滑片式、滚动活塞式、螺杆式和涡旋式压气 机。气体压缩和压力变化是依靠容积变化来实现 的，而容积的变化又是通过压缩机的一个或几个 转子在气缸里作旋转运动来达到的，与往复压缩 机不同的是，其容积在周期性地扩大和缩小的同 时，空间位置也在不断变化。只要在气缸上合理 地配置吸气和排气孔口，就可以实现吸气，压缩 和排气等基本工作过程。
容积型压气机的工作原理是依靠工作 腔容积的变化来压缩气体或蒸汽，因而它 具有容积可周期变化的工作腔。按工作腔 和运动部件形状，容积式压气机按工作腔 和运动部件形状可分为“往复式”和“回 转式”两大类。前者的运动部件进行往复 运动，后者的运动部件做单方向回转运动。
压气机2. ppt
往复式压气机靠一个或几个作往复运动的活塞来改变压缩腔内部容积
速度型
轴流式压缩机与离心式压缩机都属于 速度型压缩机均称为透平式压缩机; 速度型 压缩机的含义是指它们的工作原理都是依 赖叶片对气体作功，并先使气体的流动速 度得以极大提高，然后再将动能转变为压 力能。透平式压缩机的含义是指它们都具 有高速旋转的叶片。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ 轴流式
轴流式压气机与离心式压缩机相比，由于气体在压气机 中的流动，不是沿半径方向，而是沿轴向，所以轴流式压 缩机的最大特点在于：单位面积的气体通流能力大，在相 同加工气体量的前提条件下，径向尺寸小，特别适用于要 求大流量的场合。 另外，轴流式压气机还具有结构简单、运行维护方便 等优点。但叶片型线复杂，制造工艺要求高，以及稳定工 况区较窄、在定转速下流量调节范围小等方面则是明显不 及离心式压缩机。 二者最大的不同就是气体流动方向不同，离心式压气 机中气体沿径向流动，轴流式压气机中气体沿轴向流动
回转式压气机
回转式压气机通过一个或几个部件的旋转运 动来完成压缩腔内部容积变化的容积式压缩机。 包括滑片式、滚动活塞式、螺杆式和涡旋式压气 机。气体压缩和压力变化是依靠容积变化来实现 的，而容积的变化又是通过压缩机的一个或几个 转子在气缸里作旋转运动来达到的，与往复压缩 机不同的是，其容积在周期性地扩大和缩小的同 时，空间位置也在不断变化。只要在气缸上合理 地配置吸气和排气孔口，就可以实现吸气，压缩 和排气等基本工作过程。
工程热力学第4章理想气体热力过程及气体压缩-49页PPT精选文档
状态参数的变化与过程无关
内能变化 焓变化 熵变化
u cvdT hcpdT
s0
理想气体 s w,wt ,q的计算
膨胀功 w pvk C
w p d v v c k d v 1 c k v 1 k1 2 1 1 k (p 2 v 2 p 1 v 1 )
kR 1(T 1T 2)cv(T 1T 2) u quw
技术功 wt
w t v d p h c p ( T 1 T 2 ) k w qhwt
热量 q
q0
理想气体变比热 s 过程
pvk const
k cp const cv
若已知p1,T1,T2 , 求p2
离心式 轴流式
叶轮式连续流动
通风机 鼓风机 压缩机
p0.01MPa 0.01 M P a p0.3M P a p0.3MPa
活塞式压气机的压气过程
目的：研究耗功，越少越好
p2
指什么功
技术功wt
理论压气功(可逆过程)
1
v
可能的压气过程
(1)、特别快，来不及换热。 s n k
(2)、特别慢，热全散走。 T n 1
T2
(
p2
)
k 1 k
T1 p1
ds
T2 T1
cp
dTRlnp2
T
p1
理想气体变比热 s 过程
ds
T2 T1
cp
dTRlnp2
T
p1
T T 02cpdTTT T 01cpdTTRlnp p1 2
sT02
sT01
Rln
p2 p1
0
已知p1,T1,T2 , 求p2
内能变化 焓变化 熵变化
u cvdT hcpdT
s0
理想气体 s w,wt ,q的计算
膨胀功 w pvk C
w p d v v c k d v 1 c k v 1 k1 2 1 1 k (p 2 v 2 p 1 v 1 )
kR 1(T 1T 2)cv(T 1T 2) u quw
技术功 wt
w t v d p h c p ( T 1 T 2 ) k w qhwt
热量 q
q0
理想气体变比热 s 过程
pvk const
k cp const cv
若已知p1,T1,T2 , 求p2
离心式 轴流式
叶轮式连续流动
通风机 鼓风机 压缩机
p0.01MPa 0.01 M P a p0.3M P a p0.3MPa
活塞式压气机的压气过程
目的：研究耗功，越少越好
p2
指什么功
技术功wt
理论压气功(可逆过程)
1
v
可能的压气过程
(1)、特别快，来不及换热。 s n k
(2)、特别慢，热全散走。 T n 1
T2
(
p2
)
k 1 k
T1 p1
ds
T2 T1
cp
dTRlnp2
T
p1
理想气体变比热 s 过程
ds
T2 T1
cp
dTRlnp2
T
p1
T T 02cpdTTT T 01cpdTTRlnp p1 2
sT02
sT01
Rln
p2 p1
0
已知p1,T1,T2 , 求p2
第六章 气体压缩及动力过程
q2 p q2m q2v q1p q2m q2v
t,p t,m t,v
或
T 2 p T 2m T 2v
T 1p T 1m T 1v
第三节 增压内燃机及其循环
典型的理想循环要损失一部分蕴藏于排气中的能量。
假若使工质由pz一直膨胀到进气压力pa，——继续 膨胀循环。（P92 ）
脉冲涡轮增压
定压涡轮增压
分析：
（1）继续膨胀循环更完善，它在相同的加热量下能 多得一部分功，使ηt提高。
（2）实际上，利用排气涡轮，使工质在涡轮中继续 膨胀作功来实现继续膨胀循环；
（3）压缩过程并不全在气缸内进行，先在增压器中 进行预压缩，从而提高循环的平均压力pt；
所以，继续膨胀循环是对各种废气涡轮增压内燃 机进行热力学分析的基础。
p2
/
n1
p1 n
n n 1
RT1 1
n1
πn
增压比： π p2 / p1
可逆多变压缩：
Wn
n n 1
RT1 1
n1
πn
可逆定温压缩： 可逆绝热压缩：
WT -RT1lnπ
Wn
k k
1
RT1
1
k1
πk
二、活塞式压气机余隙容积的影响
p
活塞运动到上死
32
点位置时，活塞顶 面与气缸盖间留有
Vh
Vc Vh
V4
1 Vc (V4 1) Vh Vc
V
Ve Vh
1
Vc
[
1 n
Vh
1]
设1-2和3-4都
为多变过程，且
n相等，则
1
1
V4 V3
p3 p4
n
p2 p1
t,p t,m t,v
或
T 2 p T 2m T 2v
T 1p T 1m T 1v
第三节 增压内燃机及其循环
典型的理想循环要损失一部分蕴藏于排气中的能量。
假若使工质由pz一直膨胀到进气压力pa，——继续 膨胀循环。（P92 ）
脉冲涡轮增压
定压涡轮增压
分析：
（1）继续膨胀循环更完善，它在相同的加热量下能 多得一部分功，使ηt提高。
（2）实际上，利用排气涡轮，使工质在涡轮中继续 膨胀作功来实现继续膨胀循环；
（3）压缩过程并不全在气缸内进行，先在增压器中 进行预压缩，从而提高循环的平均压力pt；
所以，继续膨胀循环是对各种废气涡轮增压内燃 机进行热力学分析的基础。
p2
/
n1
p1 n
n n 1
RT1 1
n1
πn
增压比： π p2 / p1
可逆多变压缩：
Wn
n n 1
RT1 1
n1
πn
可逆定温压缩： 可逆绝热压缩：
WT -RT1lnπ
Wn
k k
1
RT1
1
k1
πk
二、活塞式压气机余隙容积的影响
p
活塞运动到上死
32
点位置时，活塞顶 面与气缸盖间留有
Vh
Vc Vh
V4
1 Vc (V4 1) Vh Vc
V
Ve Vh
1
Vc
[
1 n
Vh
1]
设1-2和3-4都
为多变过程，且
n相等，则
1
1
V4 V3
p3 p4
n
p2 p1
工程热力学教学课件—热力学教学课件—08压气机的压气过程-.
p1v1
1
p2 p1
(n1)
n
n n1
RgT1
1
p2 p1
(n1)
n
2020年7月14日
第八章 压气机的压气过程
7
例8-1 （p145） 有一台活塞式空气压缩机，其气缸有水套冷却。 若把空气由0.1MPa、17℃的状态压缩到0.6MPa，按示功图求得压 缩过程的多变指数为1.3。设压缩过程为可逆过程，试求压气机消 耗的功及冷却水带走的热量，并与具有相同初始状态、终了压力 的可逆绝热压缩及可逆定温压缩的压气过程相比较。
解 对可逆多变压缩过程
（法1）
ws,n
n n1
RgT1
1
p2 p1
(n1)
n
1.3 0.2871 290 (1 6.00.3 1.3 ) 184.7kJ/kg 0.3
（法2）
T2
T1
p2 p1
(n1) / n
290 6.00.3
1.3
438.5K
ws,n
n n1
Rg (T1
1
p1v1
1
p2 p1p2 p1
( 1)
2020年7月14日
第八章 压气机的压气过程
6
定温过程中压气机的耗功：
(ws )c,T
(12 vdp)T
RgT1 ln
p1 p2
RgT1
ln
v2 v1
多变过程中压气机的耗功：
(ws )c,n (12 vdp)n
n n1
容积型压缩机的工作原理： 压缩气体的体积，使气体密度增加以提高压缩空气的压力；
速度型压缩机的工作原理： 利用高速旋转的叶片使气体加速，并使气体的动能转化为气体的压
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。
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终了温度考虑增压比也不宜过高。
n1
T2
T1
p2 p1
n
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。
n1 1
(ws )c
n1 n1
1
R gT1 1
p2 p1
n1
n 2 1
n2 n2 1
R gT2' 1
p3 p2
n2
2．定温压缩(过程1-2T)
(ws)c,TqRgT1lnpp12
3．多变压缩(过程1-2n)
(ws)c,n12vdpnn 1RgT11pp12nn 1
qcnT 2T 1n n k 1cv0(T 2T 1)
n1
T2
T1
p2 p1
n
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
1.251
0.1
266kJ/ kg
单级：(ws )c
n n1
RgT1
1
p3 p1
n1
n
1.25
0.2
8
7
1
2
9
0
1
1.6
1.251
1.25
1.251
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
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
Nm ws
m AvfcAfcV
p vR gT
p
R gT
pV m R gTNnn1m RgT1来自n1pp12 n1
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？
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
12 pdv43pdv
( W s ) c ( m 1 m 3 )1 2 ( p d p 1 v 1 v p 2 v 2 ) (w s)c1 2pd (v p2v2p1v1)1 2pd 1 v 2d(p)v 1 2pd 1 v 2pd 1 v 2vd p1 2vdp
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：
当 n1=n2=n, T1=T2’
p2 p1p3
p2 p1
p3 p2
(ws)c2nn 1RgT11p p1 2nn 1
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。
1 2pd p V 2(V 3 V 2)3 4pd p V 1(V 1 V 4)
p 1 p 4p 2 p 3 v 2 v 3 v 1 v 4
m 1 m 2 m 3 m 4
(Ws)cm1(12pdvp1v1p2v2) m3(43pdvp1v1p2v2)
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。
（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。
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。
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((w w ss))cc,s
h1h2s h1h2
T1T2s T1T2
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
压气过程是可逆定温过程，并定义压气机的
有效容积（active volume）：
V eV 1V 4
工作容积（stroke volume）：
V hV 1V 3
余隙容积（clearance volume）：p1 p4 p2 p3
V3
v2 v3 v1 v4
m1 m2 m3 m4
压气功计算
(W s)cW 1 2W 2 3W 3 4W 4 1
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 h1h2cp0(T1T2)
k 1
T2
T1
p2 p1
k
kk 1RgT11T T1 2kk 1RgT11p p1 2kk 1
p 2 p 1 p 3 0 .1 1 6 0 1 .6 1 6 0 0 .4 1 6 P 0
v1V Vh 3 p p1 2n 1 110.0 5(41.1 2 51)0.898
两级：(ws )c
2
n n1
RgT11
p2 p1
n1
n
2
1.25
0.2871
290
1
1.251
0.4 1.25
nn1RgT11
p2 p1
nn1
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 nn1RgT11pp12nn1
v
Ve Vh
V1 V4 Vh
V3
Vh Vh
V4
1V3 Vh
VV43
1
1
1
V4 V3
p3 p4
n
p2 p1
(W s)cn n 1p1 V 1 1 p p1 2 n n 1 n n 1p4V 4 1 p p4 3 n n 1
p 1 p 4 p 2 p 3p 1 (V 1 V 4)p 1 V e m g T 1 R
(Ws)cnn 1mgR T11pp12nn 1
(ws)c
n1
T2
T1
p2 p1
n
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。
n1 1
(ws )c
n1 n1
1
R gT1 1
p2 p1
n1
n 2 1
n2 n2 1
R gT2' 1
p3 p2
n2
2．定温压缩(过程1-2T)
(ws)c,TqRgT1lnpp12
3．多变压缩(过程1-2n)
(ws)c,n12vdpnn 1RgT11pp12nn 1
qcnT 2T 1n n k 1cv0(T 2T 1)
n1
T2
T1
p2 p1
n
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
1.251
0.1
266kJ/ kg
单级：(ws )c
n n1
RgT1
1
p3 p1
n1
n
1.25
0.2
8
7
1
2
9
0
1
1.6
1.251
1.25
1.251
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
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
Nm ws
m AvfcAfcV
p vR gT
p
R gT
pV m R gTNnn1m RgT1来自n1pp12 n1
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？
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
12 pdv43pdv
( W s ) c ( m 1 m 3 )1 2 ( p d p 1 v 1 v p 2 v 2 ) (w s)c1 2pd (v p2v2p1v1)1 2pd 1 v 2d(p)v 1 2pd 1 v 2pd 1 v 2vd p1 2vdp
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：
当 n1=n2=n, T1=T2’
p2 p1p3
p2 p1
p3 p2
(ws)c2nn 1RgT11p p1 2nn 1
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。
1 2pd p V 2(V 3 V 2)3 4pd p V 1(V 1 V 4)
p 1 p 4p 2 p 3 v 2 v 3 v 1 v 4
m 1 m 2 m 3 m 4
(Ws)cm1(12pdvp1v1p2v2) m3(43pdvp1v1p2v2)
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。
（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。
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。
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((w w ss))cc,s
h1h2s h1h2
T1T2s T1T2
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
压气过程是可逆定温过程，并定义压气机的
有效容积（active volume）：
V eV 1V 4
工作容积（stroke volume）：
V hV 1V 3
余隙容积（clearance volume）：p1 p4 p2 p3
V3
v2 v3 v1 v4
m1 m2 m3 m4
压气功计算
(W s)cW 1 2W 2 3W 3 4W 4 1
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 h1h2cp0(T1T2)
k 1
T2
T1
p2 p1
k
kk 1RgT11T T1 2kk 1RgT11p p1 2kk 1
p 2 p 1 p 3 0 .1 1 6 0 1 .6 1 6 0 0 .4 1 6 P 0
v1V Vh 3 p p1 2n 1 110.0 5(41.1 2 51)0.898
两级：(ws )c
2
n n1
RgT11
p2 p1
n1
n
2
1.25
0.2871
290
1
1.251
0.4 1.25
nn1RgT11
p2 p1
nn1
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 nn1RgT11pp12nn1
v
Ve Vh
V1 V4 Vh
V3
Vh Vh
V4
1V3 Vh
VV43
1
1
1
V4 V3
p3 p4
n
p2 p1
(W s)cn n 1p1 V 1 1 p p1 2 n n 1 n n 1p4V 4 1 p p4 3 n n 1
p 1 p 4 p 2 p 3p 1 (V 1 V 4)p 1 V e m g T 1 R
(Ws)cnn 1mgR T11pp12nn 1
(ws)c