工程传热学第八章压气机的压气过程
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西安交大工程热力学 第八章 压气机的热力过程
功＝面积12341 ＝面积12561－面积43564 设12和43两过程n相同
n 1 p2 n n Wt p1V1 1 p1 n 1 n 1 p2 n n 3 1 p1 V 4 4 n 1 4 p1 热流中心
热流中心
5
热流中心
6
1
工程热力学
Engineering Thermodynamics
工程热力学
Engineering Thermodynamics
8-1 单级活塞式压气机工作原理和理论耗功量
p g p2 2
目的：研究耗功，越少越好
指什么功
• f-1：吸气，m增加，状态不变 • 1-2：压缩，m不变，升压升温
T
p2
p1
2T 2n 2s
wcs wts
k p k 1 Rg T1[( 2 ) k 1] k 1 p1
p2
p1
2T 2n 2s
2s
2T 2n
p2 p1
1v
1
s
s
11
p wcT wtT Rg T1 ln 2 p1 wcT wcn wcs 工程上采用加气缸冷却水套、喷雾化水等措 2 施，使过程尽量接近于等温过程。另外一个 wc vdp wt 最小 重要启示 方法：多级压缩、级间冷却。 1
21pp1一定v?chvv??2和n一定21ppv?极限v0??1nv11????????????cv4121vv3v??p工程热力学engineeringthermodynamics热流中心18余隙容积vc对理论压气功的影响功面积12341设1?2和4?3两过程n相同12t111134441111nnnnnpwpvnppnpvnp????????????????????????????????????????面积12561面积4356423pp?14pp?2p1p1pv2311v3vv645cvp4工程热力学engineeringthermodynamics热流中心1912t11411????1nnnpwpvvnp?????????????????11gpv量耗功不影响mrt?121111nnnppvnp????????????????????1t2t1111nngwpnwrtmnp?????????????????????余隙对单位产气v2311v3vv645cvp1111nncgnwrtn???????????工程热力学engineeringthermodynamics热流中心2083多级压缩和级间冷却2p1p1t2n2s2pvctcncswww??n降低1v11n????????????工程热力学engineeringthermodynamics热流中心21多级压缩级间冷却储气罐冷却水高压缸低压缸进气口工程热力学engineeringthermodynamics热流中心22多级压缩级间冷却储气罐冷却水高压缸低压缸进气口123452p1ppv省功工程热力学engineeringthermodynamics热流中心23123452p1ppv省功ts1p2p4p123456工程热力学engineeringthermodynamics热流中心24ccclhwww??112cg1g311111nnnnaappnnwrtrtnpnp????????????????????????????????????????112g1121nnnnaappnrtnpp????????????????????????????耗功大小与中间压力pa有关理论耗功分析123452p1ppv省功1app有一个最佳增压比5工程热力学engineeringthermodynamics热流中心25c0awp???令21pp?pa??此时ccmin
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热流中心
5
热流中心
6
1
工程热力学
Engineering Thermodynamics
工程热力学
Engineering Thermodynamics
8-1 单级活塞式压气机工作原理和理论耗功量
p g p2 2
目的：研究耗功，越少越好
指什么功
• f-1：吸气，m增加，状态不变 • 1-2：压缩，m不变，升压升温
T
p2
p1
2T 2n 2s
wcs wts
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工程热力学：9第八章 压气机的热力过程
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；
p
3
2
g
程中，为避免活塞与气缸塞撞击，也便于安
排进、排气阀，必须留有余隙。
图8-3为具有余隙容积的压气机理论示功图，
4-1：有效进气。
f6
4
1
1-2：压缩过程； 2-3：排气过程；
0 Vc V4-V6 V=V1-V4· V
H2
Vh=V1-V3
图中容积Vc就是余隙容积；
Vh＝V1－V3，是活塞从上死点运动到下死点 时活塞扫过的容积，称为气缸的排量。 H1
P3
1
近等温过程。为此，活塞式压气机都采取冷却措施。
但对于实际压缩过程说，无论采取什么冷却措施，
P1
很难实现等温压缩。
s
图8-2 压缩过程的p-v图和T-s图
二、压气机的理论耗功
p
P2
2T 2n 2s
按热力学的约定，压气机消耗的轴功应为负值，工 程上常令压气机耗功为技术功的负值，即：
P1
wC [w12 ( p2v2 p1v1)] wt
用多级压缩；
1 p1 而当增压比一定时，余隙比Vc/Vh加
V
大，也将使容积效率ηV降低。 显然，当π或Vc/Vh增大到某一值时，
可能使ηV＝0。
<2> 理论耗功 余隙容积为 Ve V3
《工程热力学》第八章 压气机的热力过程
n- 1
鼢鼢鼢鼢n
-
1-
n
n -
1
p4V 4
轾犏犏骣p3 犏犏臌桫p4
n- 1
n
-1
p1 = p4、p3 = p2
WC
=
n n-
1
p1V1
轾犏犏犏犏臌骣珑珑珑珑桫pp12
n-
鼢鼢鼢鼢n
1
-
1-
n
n -
1
p1V 4
轾犏犏骣p2 犏犏臌桫p1
n- 1
n
-1
=
n
n -
1
p1(V1
-
V4 ) 轾犏犏犏犏臌骣çççç桫pp12
n
p3 p2
n
2
f ( p2 )
wC 0 p2
p2
pHale Waihona Puke p3或p2 p3 p1 p2
1 2
wC wC,L wC,H
n n 1 RgT1
p2 p1
n1
n
1
n n 1 RgT2
p3 p2
n1
n
1
2
n
n 1
RgT1
n1 n
1
wC , L
＝ wC,H
同理，对于m级压缩、级间冷却：
1 n
1
1
1 n
1
讨论：
a) Vc，Vh确定
V m生产量
当π增加到一定值时，容积效率为零。
b) 一定
Vc V V m 生产量
理论耗功量：
余隙容积中剩余气体膨 胀可利用，因此耗功是两者 之差：
WC = A12gf 1 - A43gf 4
=
n
n -
压气机的压气过程
习题提示与答案第八章 压气机的压气过程8-1 设压气机进口空气的压力为0.1 MPa ，温度为27 ℃，压缩后空气的压力为0.5 MPa 。
设压缩过程为：(1)绝热过程；(2)n ＝1.25的多变过程；(3)定温过程。
试求比热容为定值时压气机压缩1 kg 空气所消耗的轴功及放出的热量。
提示：略。
答案：(1)(w s )c s =-176 kJ/kg ；(2)(w s )c n =-163 kJ/kg ，q c n =-48.94 kJ/kg ；(3)(w s )c T =-138.6 kJ/kg ，q c T =-138.6 kJ/kg 。
8-2 按上题所述条件，若压气机为活塞式压气机，其余隙比为0.05，试求三种压缩过程下压气机的容积效率。
提示：余隙比h s V V ，容积效率1])[(1112−−=n h s V p p V V η。
答案：＝0.892，＝0.869，＝0.8。
Vs ηVn ηVT η8-3 设活塞式压气机的余隙比为0.05，试求当压气机的压缩过程分别为绝热过程、n ＝1.25的多变过程、定温过程时，压气机的容积效率降低为零所对应的增压比。
提示：容积效率1])[(1112−−=n h s V p p V V η。
答案：(12p p )s ＝70.98；(12p p )n ＝44.95；(12p p )T＝21。
8-4 有一台两级压气机，其进口的空气压力为0.1 MPa ，温度为17 ℃，压气机产生的压缩空气的压力为2.5 MPa 。
两级气缸中的压缩过程均为n ＝1.3多变过程，且两级中的增压比相同。
在两级气缸之间设置有中间冷却器，空气在其中冷却到17 ℃后送入高压气缸。
试求压气机压缩1 kg 空气所需要的轴功，以及中间冷却器和两级气缸中所放出的热量。
两级压缩的示功图 提示：两级压缩的增压比相同，压缩过程多变指数相同，则两级压缩耗功量相同；中间冷却器中空气经历的是定压冷却过程，过程放热量q=c p 0ΔT ，且充分冷却时，T 2′ =T 1；压缩过程的初始温度相同、增压比相同，则过程热量也相同。
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
第八章 压气机的热力过程
的耗功之比，
C ,T
理想 1 wC 实际
wC ,T
可以用来判断活塞式压气机性能的优劣。
8-2 余隙容积的影响
1、余隙容积 Vc (clearance volume)
■定义
活塞式压气机中，因为各种需要，当活塞运
动到上死点时，活塞顶部和气缸之间仍留有一定
的空隙，称为余隙容积。
■工作过程
由于余隙容积的存在，排气终了时仍然有残 留的高压气体，必须等残留气体膨胀到进气压力
例8-1：活塞式压气机活塞往复一次生产0.5kg，压力为 0.35MPa的压缩空气。空气进入压气机时的温度为17℃， 压力为0.098MPa，若压缩过程为 n 1.35 的可逆多变过 程，余隙容积比为0.05，试求压缩过程中气缸内空气的质 量。（余隙容积） 解：排气终了时的状态3与压缩终了时的状态2相同。
PC , s qm wC ,s qm h qm c p (T2s T1 ) 252.97kW
（2）实际功率
PC ,s / C ,s 316.21kW PC
（3）多耗功率
PC , s 63.24kW PC PC
（4）作功能力损失
T2 T1
中冷却到吸气温度，再进入下一级气缸继续压
缩。
e1：低压气缸吸气；
12：低压气缸压缩； 22′ ：冷却器中定压放热， 冷却到吸气温度， T2 T1 ； 2′3 ：高压气缸压缩； 3g：高压气缸排气。
2、理论耗功
wC ,多 wC , L wC , H Se12 fe S f 23 gf
p3 p2 0.35MPa T3 T2 T1 ( p2 / p1 )( n 1)/ n 403.4K
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 )
压气机的压气过程
wc,n
n n 1
RgT1
n1 n
1
18
采用最佳增压比进行双级
压缩的优点： 1、省功
T
p3
p2
p1
T2
3’
2
2、各缸负荷均匀
3
2’
1
T1
3、终温相同，各缸散热量相
等
qHLeabharlann qLs双级压缩中间冷却T-s图
19
☆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？
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
1
☆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。
2’ 2 2”
定温 多变
绝热
p1 4
0
5’ 5 5” V2’ V2 V2”
1
6 v
V1
单级理想压气机p-V图
2
技术功 wt 1 vdp
压气机所耗的功 wc＝-wt
6
1、可逆定温压缩
wc, T
RgT1 ln
p2 p1
RgT1 ln
2、可逆绝热压缩
wc,s
k
k
1
RgT1
(
p2 p1
k 1
)k
1
k
k
1
RgT1
k 1 k
1
3、可逆多变压缩
wc, n
工程热力学第8章
第八章 压气机
一个完整的压缩气体生产过程包括气体流入、压缩、 一个完整的压缩气体生产过程包括气体流入、压缩、排 出三个阶段。消耗外界机械能的总和称为压气机耗功。 出三个阶段。消耗外界机械能的总和称为压气机耗功。
二、压气机理论耗功
wc = (a + c) − (c + d) + (b + d) = −wt
ηv =V /Vh
V3 (V4 V3 −1) V1 − V3 − V4 + V3 V V1 − V4 ηV = = = = 1− Vh V1 − V3 V1 − V3 V1 − V3 1 V3 V4 Vc 1 n n =1 − −1 = 1 − π −1 = 1 − σ π −1 V1 − V3 V3 Vh
第8章
压 气 机
武汉大学动力与机械学院 杨 俊 2007.08
第八章 压气机
压缩气体的用途： 压缩气体的用途：
动力机、风动工具、制冷工程、 动力机、风动工具、制冷工程、化学工业 潜水作业、 医疗等。 、潜水作业、 医疗等。
通风机—表压 通风机 表压0.01MPa以下 表压 以下 按压头高低可分为 鼓风机—表压 鼓风机 表压0.1~0.3MPa 表压 压气机—表压 压气机 表压0.3MPa以上 表压 以上
计算结果表明： 计算结果表明：采用活塞式压气机采用分级压缩中间冷 却可以提高容积效率降低功耗。 却可以提高容积效率降低功耗。
第八章 压气机
第八章习题
1.思考题5 1.思考题5 思考题 2.习题 习题9 11、 2.习题9-2、9-7、9-11、9-12
1.4−1 1.4
Ps = qm c p ( t1 − t2 ) = 126.6 ×1.038 × ( 293 − 408.5 ) = −252.97 kW
《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
工程热力学思考题答案,第八章
第八章压气机的热力过程1、利用人力打气筒为车胎打气时用湿布包裹气筒的下部，会发现打气时轻松了一点，工程上压气机缸常以水冷却或气缸上有肋片，为什么？答：因为气体在压缩时，以等温压缩最有利，其所消耗的功最小，而在人力打气时用湿布包裹气筒的下部或者在压气机的气缸用水冷却，都可以使压缩过程尽可能的234高，压力升高，不利于进一步压缩，且容易对压气机造成损伤，耗功大。
等温压缩压气机向外放热，工质的温度不变，相比于绝热压缩气体压力较低，有利于进一步压缩耗功小，所以等温压缩更为经济。
5、压气机所需要的功可从第一定律能量方程式导出，试导出定温、多变、绝热压缩压气机所需要的功，并用T-S图上面积表示其值。
答：由于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，一般用w c 表示，则w c =-w t由第一定律：q=△h+w t ，定温过程：由于T 不变，所以△h 等于零，既q=w t ，q=T △s ，21lnp p R s g =∆，则有 多变过程：w c =-w t =△h-q所以c w 6数n 7m2s 2’nm i=S T ∆0为图中的17nm1.8、如图8-13所示的压缩过程1-2，若是可逆的，则这一过程是什么过程？他与不可逆绝热压缩过程1-2的区别何在？两者之中哪一过程消耗的功大？大多少？图8-13答：若压缩过程1-2是可逆过程，则其为升温升压的吸热过程。
它与不可逆绝热过程的区别是：此过程没有不可逆因素的影响，在所有以1-2过程进行的压缩过程其耗功是最小的。
对于不可逆绝热压缩过程：q=△u+w，q=0，所以w=-△u，w c=△u可逆压缩过程1-2：q=△u+w，⎰=21Tdsq，所以⎰-∆=21Tdsuwc，所以不可逆绝热的耗功大，大了⎰21Tds。
第八章 压气机的热力过程 刘英光
气缸排气量 气缸有效吸气容积
Vc Vh
余隙容积百分比（余容 比）
容积效率（volumetric efficiency）
Vcs V1 V4 V3 V4 V 1 1 Vh V1 V3 V1 V3 V3
1 Vc 1 n n 1 1 1 1 Vh
若取
pa 0.2MPa
n 1 n
1.251 1.25
pa 0.2 MPa 2.5 MPa l 2、 h 12.5 p1 0.1 MPa 0.2 MPa
Ta T
n 1 n 1 l
342.3 K 69.3 C
T2 T
n 1 n 1 h
493.8 K 220.8 C
即：余隙对单位产气量的理论耗功无影响
即余隙对理论耗功无影响（压缩同样数量的气体，必须 使用较大气缸的机器，实际上还是使耗功增大）。 归纳： 余隙存在使 1）生产量下降 2）实际耗功增大 有害容积
8–4 多级压缩和级间冷却
一、多级压缩
工程上需要高压气体， 但压缩过程中随 p 升高 T 升高；V 下降。为使
3.多变压缩
n 1 n n wC,n p1v1 1 n 1
讨论： a）
wC,s wC,n wC,T
理想压缩是 等温压缩
T2 s T2n T2T v2s v2n v2T
wCn T2 n v2 n
b）通常为多变压缩, 1<n<κ
n
思考题：
p b p2 2
对于理想气体:
wc vdp
1 2
0 1
a
p1
2'
V2
Vc Vh
余隙容积百分比（余容 比）
容积效率（volumetric efficiency）
Vcs V1 V4 V3 V4 V 1 1 Vh V1 V3 V1 V3 V3
1 Vc 1 n n 1 1 1 1 Vh
若取
pa 0.2MPa
n 1 n
1.251 1.25
pa 0.2 MPa 2.5 MPa l 2、 h 12.5 p1 0.1 MPa 0.2 MPa
Ta T
n 1 n 1 l
342.3 K 69.3 C
T2 T
n 1 n 1 h
493.8 K 220.8 C
即：余隙对单位产气量的理论耗功无影响
即余隙对理论耗功无影响（压缩同样数量的气体，必须 使用较大气缸的机器，实际上还是使耗功增大）。 归纳： 余隙存在使 1）生产量下降 2）实际耗功增大 有害容积
8–4 多级压缩和级间冷却
一、多级压缩
工程上需要高压气体， 但压缩过程中随 p 升高 T 升高；V 下降。为使
3.多变压缩
n 1 n n wC,n p1v1 1 n 1
讨论： a）
wC,s wC,n wC,T
理想压缩是 等温压缩
T2 s T2n T2T v2s v2n v2T
wCn T2 n v2 n
b）通常为多变压缩, 1<n<κ
n
思考题：
p b p2 2
对于理想气体:
wc vdp
1 2
0 1
a
p1
2'
V2
第8章 压缩机的热力过程2016
17二余隙容积对生产量的影响容积效率volumetricefficiency18二余隙容积对生产量的影响容积效率volumetricefficiency假设气体压缩过程12和余隙容积中剩余气体的膨胀过程34都是多变过程且多变指数相等均为n则19二余隙容积对生产量的影响生产量20三余隙容积对理论耗功的影响生产量则生产1kg压缩气体耗功生产量21即如生产压比相同质量相同的同种压缩气体理论上所消耗的功与无余隙容积时相同
5
概述
压气机:用来产生压缩气体的设备称为压气机。 压气机的分类: (1)按生产压缩气体的压力范围,可分为: 通风机（<0.01MPa表压) 鼓风机 (0.01MPa-0.3MPa表压) 压缩机 (>0.3MPa表压) (2)按构造和工作原理,可分为: 容积式(活塞、螺杆、涡旋) 叶轮式(离心、轴流)
C,T
wC,T w 'C
31
－为评价活塞式压气机性能优劣的指标
空气初态为p1= 0.1MPa、t1=20 ℃，经三级压缩， 压力达到12.5MPa。设进入各级气缸时的空气温 度相同，各级多变指数均为1.3，各级中间压力按 压气机耗功最小原则确定。若压气机每小时产出 压缩空气120kg，求： （1）各级排气温度及压气机的最小功率； （2）倘若改为单级压缩，多变指数n仍为1.3，压 气机耗功及排气温度是多少？
g
3
3’
e-1 低压气缸吸入气体
1-2 低压气缸内气体压缩过程 2-f 气体排出低压气缸 f-2 气体进入中间冷却器 2-2’气体在中间冷却器定压放热 2’-f 冷却后的气体排出中间冷却器 f-2’ 冷却后的气体进入高压气缸 2’-3 高压气缸中气体的压缩过程 3-g 气体压缩排出高压气缸
26
f
5
概述
压气机:用来产生压缩气体的设备称为压气机。 压气机的分类: (1)按生产压缩气体的压力范围,可分为: 通风机（<0.01MPa表压) 鼓风机 (0.01MPa-0.3MPa表压) 压缩机 (>0.3MPa表压) (2)按构造和工作原理,可分为: 容积式(活塞、螺杆、涡旋) 叶轮式(离心、轴流)
C,T
wC,T w 'C
31
－为评价活塞式压气机性能优劣的指标
空气初态为p1= 0.1MPa、t1=20 ℃，经三级压缩， 压力达到12.5MPa。设进入各级气缸时的空气温 度相同，各级多变指数均为1.3，各级中间压力按 压气机耗功最小原则确定。若压气机每小时产出 压缩空气120kg，求： （1）各级排气温度及压气机的最小功率； （2）倘若改为单级压缩，多变指数n仍为1.3，压 气机耗功及排气温度是多少？
g
3
3’
e-1 低压气缸吸入气体
1-2 低压气缸内气体压缩过程 2-f 气体排出低压气缸 f-2 气体进入中间冷却器 2-2’气体在中间冷却器定压放热 2’-f 冷却后的气体排出中间冷却器 f-2’ 冷却后的气体进入高压气缸 2’-3 高压气缸中气体的压缩过程 3-g 气体压缩排出高压气缸
26
f
课件：08压气机的压气过程-wyz-2013.12.3(录像,2学时)
p1 p2
(ws )c min
2n n 1
RgT1[1
(
p2 )(n1) p1
n]
2021年5月16日
第八章 压气机的压气过程
18
Answer ：
当压气机的各级多变指数相同、各级增压比相同、且 采用中间冷却措施冷却到初始温度时，压气机耗功最少， 且各级耗功量相等。
2021年5月16日
第八章 压气机的压气过程
p1v1
1
p2 p1
(n1)
n
n n1
RgT1
1
p2 p1
(n1)
n
2021年5月16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。
T2 )
1.4 0.4
0.2871 (290 483.9)
194.8kJ/kg
q12,s 0
2021年5月16日
第八章 压气机的压气过程
9
对可逆定温压缩过程
w s ,T
RgT1 ln
p1 p2
0.2871 290 ln 0.1 149.2kJ/kg 0.6
q12,T
T1s12
RgT1 ln
容积效率
V
V1 V4 Vh
1
V3 Vh
p2 p1
1
n
1
VVh3↑、 pp↑12、 ↓→n ↓。V
(ws )c min
2n n 1
RgT1[1
(
p2 )(n1) p1
n]
2021年5月16日
第八章 压气机的压气过程
18
Answer ：
当压气机的各级多变指数相同、各级增压比相同、且 采用中间冷却措施冷却到初始温度时，压气机耗功最少， 且各级耗功量相等。
2021年5月16日
第八章 压气机的压气过程
p1v1
1
p2 p1
(n1)
n
n n1
RgT1
1
p2 p1
(n1)
n
2021年5月16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。
T2 )
1.4 0.4
0.2871 (290 483.9)
194.8kJ/kg
q12,s 0
2021年5月16日
第八章 压气机的压气过程
9
对可逆定温压缩过程
w s ,T
RgT1 ln
p1 p2
0.2871 290 ln 0.1 149.2kJ/kg 0.6
q12,T
T1s12
RgT1 ln
容积效率
V
V1 V4 Vh
1
V3 Vh
p2 p1
1
n
1
VVh3↑、 pp↑12、 ↓→n ↓。V
工程热力学-08 压气机的压气过程
1 V
4－1：进气过程中气体的状态不变，随着活塞向 右移动，气体在压力下不断进入气缸。当活塞移 动到气缸最右端时，进气阀关闭，进气过程结束。
余隙容积
能源与动力工程学院 新能源与科学工程系
6
二、压气过程的轴功（按照示功图计算）
p
p2 3
2
(WS )c W12 W23 W34 W41
轴功和实际压气过程消耗的轴功之比称为定
温效率。
c,T
(ws )c,T (ws )c
T
p2
2’
2
p1
1 0
T p2
2’ 2
0
s
p1 1
s
能源与动力工程学院 新能源与科学工程系
13
p2 )(k 1) p1
k]
k
k
1
RgT1[1
(
p2 )(k 1) p1
k]
[理想气体，定值 比热容，可逆过程]
2、定温过程 3、多变过程
(wS )c,T
2
1 pdv RgT1 ln
p1 p2
RgT1
ln
v2 v1
(wS
)c,n
n
2 1
pdv
n
n 1
p1v1
p2v2
若压气机不采用冷却措施，则理想的压
气过程是定熵过程。定熵过程消耗的轴功与
实际绝热压气过程的轴功之比称为压气机的
绝热效率。
c,s
(ws )c,s (ws )c
h1 h2s h1 h2
T1 T2s T1 T2
若压气机采用冷却措施，则理想的压气
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。
热工基础(机械)第8章
其中 2’ －2喷油, 2－ 3 接近定容，3－4 接近定压
4―5：多变膨胀过程 （中速：n＝1.25－1.30；高速：n＝ 1.18－1.27）
5―0：排气过程 其中 5―1’为自由排气过程，接近定容过程； 1’―0：强制排气过程(接近定压)
实际循环为开式的不可逆循环, 进排气过程耗功。
2. 活塞式内燃机的理想循环图 简化方法:
3. 工作原理： 1—2：从蒸发器出来的干饱和蒸气在压缩机中定熵
压缩为过热蒸气；
2—3：过热蒸气在冷凝器中定压冷却为饱和液体；
3—4：饱和液体经节流阀绝热节流（不可逆），节
流后的工质 p↓、T↓ ； 4—1：制冷剂液体在蒸发器中定压吸热气化为干饱 和蒸气。 从而达到从低温吸热、向高温放热的目的。
二、制冷量、耗功量及制冷系数（均与焓有关）
作业：8.1，8.4，8.5，8.7（1冷吨=3.86 kW ）
第八章 热力循环
8－2 压气机循环
一、单级活塞式压气机的工作原理（理想工作过程）
二、压气机的耗功：
单级活塞式压气机一个循环的工作过程可分为吸 气、压缩、排气三个阶段（设均为可逆过程） 。 吸气过程中气缸吸入压力为 p1的气体，气体的质量 qm 和容积V 不断增加， 而气体的状态( p1 , v1 )不变， 相当于气体定压膨胀，该过程中系统作正功 p1V1； 压缩过程中气体的量不变，而气体的压力不断增加， 该过程中外界对系统作压缩功（负功）为：
煤气机—点燃式（现很少用）
• 按单循环冲程数分： 二冲程、四冲程 • 按进气压力分： 增压、非增压 • 按气缸布置分： 立式、卧式、V型、H型、星(X)型等
二、活塞式内燃机实际循环和理想循环
1. 实际循环工作过程（以四冲程混合加热循环柴油
4―5：多变膨胀过程 （中速：n＝1.25－1.30；高速：n＝ 1.18－1.27）
5―0：排气过程 其中 5―1’为自由排气过程，接近定容过程； 1’―0：强制排气过程(接近定压)
实际循环为开式的不可逆循环, 进排气过程耗功。
2. 活塞式内燃机的理想循环图 简化方法:
3. 工作原理： 1—2：从蒸发器出来的干饱和蒸气在压缩机中定熵
压缩为过热蒸气；
2—3：过热蒸气在冷凝器中定压冷却为饱和液体；
3—4：饱和液体经节流阀绝热节流（不可逆），节
流后的工质 p↓、T↓ ； 4—1：制冷剂液体在蒸发器中定压吸热气化为干饱 和蒸气。 从而达到从低温吸热、向高温放热的目的。
二、制冷量、耗功量及制冷系数（均与焓有关）
作业：8.1，8.4，8.5，8.7（1冷吨=3.86 kW ）
第八章 热力循环
8－2 压气机循环
一、单级活塞式压气机的工作原理（理想工作过程）
二、压气机的耗功：
单级活塞式压气机一个循环的工作过程可分为吸 气、压缩、排气三个阶段（设均为可逆过程） 。 吸气过程中气缸吸入压力为 p1的气体，气体的质量 qm 和容积V 不断增加， 而气体的状态( p1 , v1 )不变， 相当于气体定压膨胀，该过程中系统作正功 p1V1； 压缩过程中气体的量不变，而气体的压力不断增加， 该过程中外界对系统作压缩功（负功）为：
煤气机—点燃式（现很少用）
• 按单循环冲程数分： 二冲程、四冲程 • 按进气压力分： 增压、非增压 • 按气缸布置分： 立式、卧式、V型、H型、星(X)型等
二、活塞式内燃机实际循环和理想循环
1. 实际循环工作过程（以四冲程混合加热循环柴油
矿产
矿产资源开发利用方案编写内容要求及审查大纲
矿产资源开发利用方案编写内容要求及《矿产资源开发利用方案》审查大纲一、概述
㈠矿区位置、隶属关系和企业性质。
如为改扩建矿山, 应说明矿山现状、
特点及存在的主要问题。
㈡编制依据
(1简述项目前期工作进展情况及与有关方面对项目的意向性协议情况。
(2 列出开发利用方案编制所依据的主要基础性资料的名称。
如经储量管理部门认定的矿区地质勘探报告、选矿试验报告、加工利用试验报告、工程地质初评资料、矿区水文资料和供水资料等。
对改、扩建矿山应有生产实际资料, 如矿山总平面现状图、矿床开拓系统图、采场现状图和主要采选设备清单等。
二、矿产品需求现状和预测
㈠该矿产在国内需求情况和市场供应情况
1、矿产品现状及加工利用趋向。
2、国内近、远期的需求量及主要销向预测。
㈡产品价格分析
1、国内矿产品价格现状。
2、矿产品价格稳定性及变化趋势。
三、矿产资源概况
㈠矿区总体概况
1、矿区总体规划情况。
2、矿区矿产资源概况。
3、该设计与矿区总体开发的关系。
㈡该设计项目的资源概况
1、矿床地质及构造特征。
2、矿床开采技术条件及水文地质条件。
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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
(ws )c,s (ws )c
h1 h2s h1 h2
T1 T2s T1 T2
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
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 h1 h2 c p0 (T1 T2 )
k 1
T2
T1
p2 p1
k
k
k
1
RgT1
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：
(Ws )c
n n1
pV 11
1
p 2
p 1
n1 n
n n1
pV 44
1
p 3
p 4
n1 n
p1 p4 p2 p3 p1(V1 V4 ) p1Ve mRgT1
(Ws )c
n
n
1
mR
gT1
v
Ve Vh
V1 V4 Vh
V3
Vh Vh
V4
1 V3 Vh
V4 V3
1
1
1
V4 V3
p3 p4
n
p2 p1
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， 从压缩终了温度考虑增压
mRgT1
p2 p1
n1
n
1
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？
解：
1 n
v
V 1 3
V h
p2 p1
第八章 压气机(gas compressor)的压气过程
8-1 压气机的压气过程
压气机从结构上可分为两大类，一种是 直接对气体做功，使其v减小，p增高，如活 塞式（pistontype）、转子式（rotor type）压气 机就属于此类，另一种是先使气体流速提高 再利用扩压管进行扩压，达到使气体压力提 高的目的，离心式（centrifugal type）、轴流式 （axial flow ）压气机即属于这一类型的压气机。
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。
m3
(
3
4
pdv
p1v1
p2v2 )
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
1
pdv
3
4
pdv
(Ws )c (m1 m3 )(12 pdv p1v1 ppdv
(
p2v2
p1v1 )
2
1
pdv
2
1
d
(
pv )
12 pdv 12 pdv 12 vdp 12 vdp
压气过程是可逆定温过程，并定义压气机的
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
功率： N mws
质量流量：m
Ac f v
Ac f
V
pv RgT
p
RgT
pV mRgT
N
n
n
1
1
p2 p1
n1 n
(ws )c
n n1
RgT1
1
p2 p1
n1 n
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
n n1
RgT1
1
p2 p1
n1 n
余隙容积对排气量的影响
容积效率（volumetric efficiency）：
p2 p1
n
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）：
Ve V1 V4
工作容积（stroke volume）：
Vh V1 V3
余隙容积（clearance volume）： p1 p4 p2 p3
V3
v2 v3 v1 v4
m1 m2 m3 m4
压气功计算
(Ws )c W12 W23 W34 W41
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 )
比也不宜过高。
n1
T2
T1
p2 p1
n
8-3 多级压缩(multistage compression)
理论上级数越多，越趋于近于定温压缩，耗功 越少，但级数太多，机构复杂，造价高，阻 力大，故一般不超过四级。
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。
1
T2 T1
k
k
1
RgT1
1
p2 p1
k 1 k
2．定温压缩(过程1-2T)
(ws )c,T
q
RgT1 ln
p1 p2
3．多变压缩(过程1-2n)
(ws )c,n
2
vdp
1
n n1
RgT1
1
p2 p1
n1 n
q
cn T2
T1
nk n1
cv 0 (T2
T1 )
n1
T2
T1
n1 1
(ws )c
n1 n1 1
RgT1
1
p2 p1
n1
n2 1
n2 n2 1
RgT2' 1
p3 p2
n2
当 n1=n2=n, T1=T2’
p2
p1 p3
p2 p1
p3 p2
(ws )c
2
n n1
RgT1
1
p2 p1
n1 n
8-4 压气机效率
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。