工程热力学第9章压气机的热力过程详解
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21
四.余隙容积对理论耗功的影响
WC Wt12 Wt34
n n 1
p1V1
n1 n
1
n n 1
p4V4
n1 n
分析： ①气缸中空气质量
m
pv RT
0.058kg
② n ln p2 p1 1.25
ln v1 v2
③多变过程， T2
T1
v1 v2
n1
442K
④多变过程热交换量
Q mq mCn (T2 T1)
m
nk n 1
Cv
(T2
T1 )
3.21KJ
⑤气体与外界交换的容积功
mR w n 1 (T1 T2 ) 8.58KJ
4
按使用场合及适用压力范围，压气机又分：
通风机，P<115KPa Fanner 鼓风机，115KPa<P<350FKaPna 升压机，P>350KCPoampressor
研究压气机压气过程的目的是通过分析不同 压气过程的耗功，从而找出省功压气的途径。
9-1 单级活塞式压气机的工作原理和理论耗功
20
三.余隙容积对生产量的影响
2、容积效率—volumetric efficiency
v
Vcs Vh
V1 V4 V1 V3
1 V3 V1 V3
V4 V3
1
Fra Baidu bibliotek
1 Vc Vh
1 n
1
1
1 n
1
讨论：
a)当Vc，Vh确定;
v m生产量 b)当一定;
Vc Vcs v m生产量
9-1-1 单级活塞式压气机工作原理
工作过程：（a）吸气（b）压缩（c）排气 理想压气过程：①活塞与气缸塞不存在余隙② 压缩过程可逆③气流进出阀门时无阻力损失
P1,T1不变，dm>0
dm=0
P2,T2不变，dm<0
则在此条件下的压气过程称为理论压气过程。
压气过程中，压缩终态与初态的压力之比称为
可见，等温压缩耗功最省，绝热压缩耗功最多，多变压缩 介于两者之间
讨论：a）
wC,s wC,n wC,T
T2s T2n T2T v2s v2n v2T
理想压缩是 等温压缩
b）通常为多变压缩, 1<n<k
wCn
n T2n
思考题： v2n
自行车压力通常应维持在0.25MPa左右，用手动 打气筒向轮胎充气时用湿毛巾包在打气筒外壁，会有什么后果？
升压比，用符号 表示 p2 p1
9-1-2 理论压气轴功的计算
显然，压气机的轴功即为技术功
wt
2 1
pdv
S12341
一般地，根据压气过程进行
的情况，一般的压气过程
又可分为：
活塞式压气机的压气过程
目的：研究耗功，越少越好
Minimizing work input
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
(3)、实际压气过程是 n
1 n k
p p2
2T
2n
2s
p1
T
2T 2n 1
2s p2 p1 1
v
s
定熵过程→压气过程进行快，来不及与外界进行 热交换；
定温过程→有冷却，或压气过程进行的较慢，与 外界有充分的热交换；
18
二.工作过程
1-2 质量m1气体压缩：p1p2 2-3 气体排向储气罐
3-4 气体膨胀p2 p1
4-1 气体吸入气缸
生产量(每周期)：
m生产量
m1
V1 V4 V1
19
三.余隙容积对生产量的影响
1、几个概念
余隙容积 Vc=V3
活塞排量 Vh=V1–V3 有效吸气容积 Ves=V1–V4
余隙容积比 C=Vc/Vh
多变过程→一般压气过程； 实际的压气过程为介于绝热和定温两过程之间的 多变过程：
P—V图上，由于等温过程线与P轴所围成的面积最 小，故等温压缩所消耗的外功最少。
等温压缩耗功 ws,T mRgT1 ln p1 p2
图示， 绝热过程耗功
K
ws,s K 1 mRg (T1 T2 )
多变过程耗功ws,n
n n 1 m Rg (T1
T2 )
在T—S图上可见，
等温压缩不仅耗功少，而且终温低，故气体 压缩应尽可能在等温条件下进行（压缩终 温低可避免润滑油的烧结）。
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：
wt ,T
p1v1 ln
p2 p1
49.77 KW
n1
(2)n=1.25，多变压缩：
wt ,n
n n 1
p1v1
1
p2 p1
n
59.86KW
(3)n=1.4，绝热压缩：
k 1
wt , S
k
k 1
p1v1 1
p2 p1
k
65.08KW
13
*当压缩气体不能按理想气体计算时，则
wt wnet h1 h2 q
wnet h1 h2 T1 s2 s1
（等温）
若过程可逆，则
wnet,R h1 h2
（绝热）
若过程不可逆，则 wnet,I h1 h2 q
定义
wnet,t,R
t ,c o wnet,I
——等温效率
第九章 压气机的热力过程
9-0 压气机的分类
压气机——消耗外功使气体升压的设备。
按工作原理及构造分
活塞式 叶轮式
引射式
按构造，叶轮式压气机又可分为
离心式 轴流式
回转容积式
活塞式——适用于高压小排量
3
概述 压缩气体的用途：
动力机、风动工具、制冷工程、 化学工业、潜水作业、 医疗、 休闲等。
⑥压气机消耗轴功
wt n w 1.25 (8.58) 10.7KJ
9-2 余隙容积的影响
一.余隙容积—clearance volume
余隙容积：空气压缩 机在排气时，活塞位 于上死点位置，它和 气缸壁保留一部分空 间，这些空间叫作余 隙容积
原因：防止排气时，活塞比与气缸壁碰撞，引起事故。 压气机余隙容积的存在，则余隙容积残留气体在工作中 产生气垫作用，增强压气机在运行中的平稳性。必然存 在：水蒸气凝结，工质温度的不同
为可逆等温压缩的耗功与不可逆放热压缩的耗功之比。
等温效率用于评价活塞式压气机性能的主要参数。
例2 压气机压缩空气，初态
p1 0.1MPa v1 0.052m3 t1 400 C
可逆多变压缩至 p2 0.565MPa, v2 0.013m3
然后排出，求：多变指数、压缩终温、压 缩 过程与外界交换的热量和功量
四.余隙容积对理论耗功的影响
WC Wt12 Wt34
n n 1
p1V1
n1 n
1
n n 1
p4V4
n1 n
分析： ①气缸中空气质量
m
pv RT
0.058kg
② n ln p2 p1 1.25
ln v1 v2
③多变过程， T2
T1
v1 v2
n1
442K
④多变过程热交换量
Q mq mCn (T2 T1)
m
nk n 1
Cv
(T2
T1 )
3.21KJ
⑤气体与外界交换的容积功
mR w n 1 (T1 T2 ) 8.58KJ
4
按使用场合及适用压力范围，压气机又分：
通风机，P<115KPa Fanner 鼓风机，115KPa<P<350FKaPna 升压机，P>350KCPoampressor
研究压气机压气过程的目的是通过分析不同 压气过程的耗功，从而找出省功压气的途径。
9-1 单级活塞式压气机的工作原理和理论耗功
20
三.余隙容积对生产量的影响
2、容积效率—volumetric efficiency
v
Vcs Vh
V1 V4 V1 V3
1 V3 V1 V3
V4 V3
1
Fra Baidu bibliotek
1 Vc Vh
1 n
1
1
1 n
1
讨论：
a)当Vc，Vh确定;
v m生产量 b)当一定;
Vc Vcs v m生产量
9-1-1 单级活塞式压气机工作原理
工作过程：（a）吸气（b）压缩（c）排气 理想压气过程：①活塞与气缸塞不存在余隙② 压缩过程可逆③气流进出阀门时无阻力损失
P1,T1不变，dm>0
dm=0
P2,T2不变，dm<0
则在此条件下的压气过程称为理论压气过程。
压气过程中，压缩终态与初态的压力之比称为
可见，等温压缩耗功最省，绝热压缩耗功最多，多变压缩 介于两者之间
讨论：a）
wC,s wC,n wC,T
T2s T2n T2T v2s v2n v2T
理想压缩是 等温压缩
b）通常为多变压缩, 1<n<k
wCn
n T2n
思考题： v2n
自行车压力通常应维持在0.25MPa左右，用手动 打气筒向轮胎充气时用湿毛巾包在打气筒外壁，会有什么后果？
升压比，用符号 表示 p2 p1
9-1-2 理论压气轴功的计算
显然，压气机的轴功即为技术功
wt
2 1
pdv
S12341
一般地，根据压气过程进行
的情况，一般的压气过程
又可分为：
活塞式压气机的压气过程
目的：研究耗功，越少越好
Minimizing work input
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
(3)、实际压气过程是 n
1 n k
p p2
2T
2n
2s
p1
T
2T 2n 1
2s p2 p1 1
v
s
定熵过程→压气过程进行快，来不及与外界进行 热交换；
定温过程→有冷却，或压气过程进行的较慢，与 外界有充分的热交换；
18
二.工作过程
1-2 质量m1气体压缩：p1p2 2-3 气体排向储气罐
3-4 气体膨胀p2 p1
4-1 气体吸入气缸
生产量(每周期)：
m生产量
m1
V1 V4 V1
19
三.余隙容积对生产量的影响
1、几个概念
余隙容积 Vc=V3
活塞排量 Vh=V1–V3 有效吸气容积 Ves=V1–V4
余隙容积比 C=Vc/Vh
多变过程→一般压气过程； 实际的压气过程为介于绝热和定温两过程之间的 多变过程：
P—V图上，由于等温过程线与P轴所围成的面积最 小，故等温压缩所消耗的外功最少。
等温压缩耗功 ws,T mRgT1 ln p1 p2
图示， 绝热过程耗功
K
ws,s K 1 mRg (T1 T2 )
多变过程耗功ws,n
n n 1 m Rg (T1
T2 )
在T—S图上可见，
等温压缩不仅耗功少，而且终温低，故气体 压缩应尽可能在等温条件下进行（压缩终 温低可避免润滑油的烧结）。
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：
wt ,T
p1v1 ln
p2 p1
49.77 KW
n1
(2)n=1.25，多变压缩：
wt ,n
n n 1
p1v1
1
p2 p1
n
59.86KW
(3)n=1.4，绝热压缩：
k 1
wt , S
k
k 1
p1v1 1
p2 p1
k
65.08KW
13
*当压缩气体不能按理想气体计算时，则
wt wnet h1 h2 q
wnet h1 h2 T1 s2 s1
（等温）
若过程可逆，则
wnet,R h1 h2
（绝热）
若过程不可逆，则 wnet,I h1 h2 q
定义
wnet,t,R
t ,c o wnet,I
——等温效率
第九章 压气机的热力过程
9-0 压气机的分类
压气机——消耗外功使气体升压的设备。
按工作原理及构造分
活塞式 叶轮式
引射式
按构造，叶轮式压气机又可分为
离心式 轴流式
回转容积式
活塞式——适用于高压小排量
3
概述 压缩气体的用途：
动力机、风动工具、制冷工程、 化学工业、潜水作业、 医疗、 休闲等。
⑥压气机消耗轴功
wt n w 1.25 (8.58) 10.7KJ
9-2 余隙容积的影响
一.余隙容积—clearance volume
余隙容积：空气压缩 机在排气时，活塞位 于上死点位置，它和 气缸壁保留一部分空 间，这些空间叫作余 隙容积
原因：防止排气时，活塞比与气缸壁碰撞，引起事故。 压气机余隙容积的存在，则余隙容积残留气体在工作中 产生气垫作用，增强压气机在运行中的平稳性。必然存 在：水蒸气凝结，工质温度的不同
为可逆等温压缩的耗功与不可逆放热压缩的耗功之比。
等温效率用于评价活塞式压气机性能的主要参数。
例2 压气机压缩空气，初态
p1 0.1MPa v1 0.052m3 t1 400 C
可逆多变压缩至 p2 0.565MPa, v2 0.013m3
然后排出，求：多变指数、压缩终温、压 缩 过程与外界交换的热量和功量