工程热力学第九章

1、工程热力学第九章1第1页，共27页，2022年，5月20日，4点25分，星期三压缩气体的用途： 动力机、风动工具、制冷工程、 化学工业、潜水作业、 医疗、休闲等。概述2第2页，共27页，2022年，5月20日，4点25分，星期三压气机分类： 工作原理活塞式压头高，流量小， 间隙生产叶轮式压头低，流量大， 连续生产压头高低 通风机表压0.01MPa以下鼓风机表压0.10.3MPa压气机表压0.3MPa以上3第3页，共27页，2022年，5月20日，4点25分，星期三另有罗茨式压气机(Roots blower)等等压气机不是动力机，压气机中进行的过程 不是循环4第4页，共27页，2022年，5月2

2、0日，4点25分，星期三91 单级活塞式压气机工作原理和理论耗功量一.工作原理2-3：排气，耗外功 p2V2压气机耗功：注意：压气机生产量通常用单位时间里生产气体的标准 立方米表示，不同于进气或排气状态。1-2：压缩，耗外功0-1：吸气，气体对外做功 p1V15第5页，共27页，2022年，5月20日，4点25分，星期三二.理论耗功所以wC取决于初、终态及 过程特征1.绝热压缩2.多变压缩3.等温压缩（定值比热容、理想气体、可逆过程）6第6页，共27页，2022年，5月20日，4点25分，星期三讨论：a）理想压缩是 等温压缩 b）通常为多变压缩, 1nk 思考题： 自行车压力通常应维持在0.2

3、5MPa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？Wc如何在T-s图上表示？为什么？7第7页，共27页，2022年，5月20日，4点25分，星期三92 余隙容积的影响一.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几个名词：气缸工作容积(活塞排量) Vh(=V1V3) 余隙容积Vc（=V3）有效吸气容积V（=V1V4）余隙容积比 =Vc/Vh8第8页，共27页，2022年，5月20日，4点25分，星期三生产过程： 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 p14-1气体吸入气缸生产量(每周

4、期)：9第9页，共27页，2022年，5月20日，4点25分，星期三二.余隙容积对生产量的影响容积效率volumetric efficiency讨论：生产量mvh10第10页，共27页，2022年，5月20日，4点25分，星期三三.余隙容积对理论耗功的影响WC11第11页，共27页，2022年，5月20日，4点25分，星期三即余隙对理论耗功无影响（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12第12页，共27页，2022年，5月20日，4点25分，星期三 93 多级压缩和级间冷却 multistage compression and interveni

5、ng cooling 一.多级压缩分级压缩， 级间冷却。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 13第13页，共27页，2022年，5月20日，4点25分，星期三二.理论耗功分析1n低压缸ap中冷器3n高压缸2每生产1kg压缩气体：令时14第14页，共27页，2022年，5月20日，4点25分，星期三推广：若m级，则讨论： 1）按选择各级中间压力，优点： a）各级耗功相等（总耗功有利于曲轴平衡 b）各缸终温相同小于不如此分配时各缸终温中最高者，有利于润滑油工作及 使可靠性增加。 c）各级散热相同各中冷器散热相等）15第15页，共27页，2022年，5月20日，4点

6、25分，星期三 d）各缸按比例缩小 e）对提高整机容积效率v有利2）若分级m，则趋于定温压缩 但由于体积庞大，系统复杂， 可靠性下降一般2-4级。3）定温效率isothermal efficiency4）真空泵(vacuum pump)的实质也是压气机，是出 口压力为恒值环境压力，进气压力不断降低的 压气机。，可逆定温压缩功与实际压缩功之比16第16页，共27页，2022年，5月20日，4点25分，星期三 压气机若已实现等温压缩，是否还有必要进行分级压缩，中间冷却，为什么？答：需要，虽然实现等温压缩 后耗功最小，但若压比过 大， v仍很小，分级后有 助于提高 v，如图。若以p1=0.1MPa，

7、p2=2.5MPa =0.04计算单级压缩二级压缩17第17页，共27页，2022年，5月20日，4点25分，星期三 活塞式压气机把0.1MPa，298k的空气加压到2.5MPa。 试分别按单级压缩和二级压缩，中间冷却，计算压气机容积效率及各缸终温。已知 解：单级压缩二级压缩，中间冷却18第18页，共27页，2022年，5月20日，4点25分，星期三19第19页，共27页，2022年，5月20日，4点25分，星期三94 叶轮式压气机(turbo-compressor) 的工作原理 一.简介 叶轮式压气机： 转速高；连续吸，排气，运转平稳；排气量大 没有余隙影响；但每级压比不高。二.叶轮式压气机

8、热力学分析由于排量大，运转快，难冷却，可作绝热压缩考虑centrifugal compressoraxial-flow compressor20第20页，共27页，2022年，5月20日，4点25分，星期三理论耗功实际耗功实际多耗功绝热内效率 (adiabatic internal efficiency)理想气体21第21页，共27页，2022年，5月20日，4点25分，星期三 叶轮式压缩机，氮气进口参数为p1=0.0972MPa，t1=20c， 出口压力p2=311.11kPa，进口处氮气流量气机绝热效率c,s=0.80，略去进出口动能差和位能差，求： 1）压气机定熵压缩的耗功量; 2）实际

9、耗功量; 3）由于不可逆而多耗功wt; 4）若t0=20c，求作功能力损失I。 已知氮气：压22第22页，共27页，2022年，5月20日，4点25分，星期三解：1）23第23页，共27页，2022年，5月20日，4点25分，星期三24第24页，共27页，2022年，5月20日，4点25分，星期三*某大学实验室需4.9MPa压缩空气源，据市场调查，目前市售活塞式压气机余容比叶轮式压气机绝热效率 cs=0.85，试提出初步方案及必要的分析计算（已知T0=290K，p0=0.1MPa）。解：中间压力及压力比25第25页，共27页，2022年，5月20日，4点25分，星期三容积效率因为两级压气机相同，n相同，所以 vc= vh=0.8