工程热力学第四章-第12-13节

工程热力学

EngineeringThermodynamics北京航空航天大学第四章理想气体的热力过程及气体压缩分析热力过程的目的及一般方法绝热过程多变过程的综合分析压气机的理论压缩轴功活塞式压气机的余隙影响多级压缩及中间冷却分析热力过程的目的和任务目的：研究外部条件对热能和机械能转换的影响，通过有利的外部条件，达到合理安排热力过程，提高热能和机械能转换效率的目的。任务：揭示状态变化规律与能量传递之间的关系，从而计算热力过程中工质状态参数的变化以及与外界交换的热量与功量。利用外部条件,合理安排过程，形成最佳循环对已确定的过程，进行热力计算分析热力过程的一般方法实际工质实际过程复杂，不易分析理想工质简单过程简单，易于分析简化抽象1.简化2.分析3.修正利用热力学第一定律、工质性质及过程方程进行分析内容：状态参数的变化，热量与功量的交换实际过程不同于简单过程，需根据实际情况对结果进行修正。基本过程归纳分类分析热力过程的一般步骤1.建立物理模型选定热力系，标明边界，画出示意图，列举有关假设2.建立数学模型

根据不同热力系的特点，列出相关的方程3.求解数学模型，确定初、终态状态参数4.计算过程中传递的热量和功量。计算 计算能量方程多变过程的综合分析PolytropicProcess多变过程：凡过程方程为的过程称为多变过程，其中n为多变指数。n——对于某个指定的多变过程，n为常数对于不同的多变过程，n有不同的值n＝0时，p＝Const，表示定压过程n＝1时，pv＝Const，表示定温过程n＝k时，pvk＝Const，表示绝热过程n＝±∞时，v＝Const，表示定容过程基本热力过程多变指数n实际过程可用多段多变过程近似表示，其中每个多变过程的多变指数n可由该多变过程的初、终态求出。如果已知（p1,v1）（p2,v2），即可求出n。多变过程的能量转换多变过程比热容多变过程的p-v图和T-s图多变过程的过程方程：多变过程在pv图上的斜率：多变过程在Ts图上的斜率：定压过程的p-v图和T-s图sTvpn=0n=0n=0定温过程的p-v图和T-s图sTvpn=1n=1n=1n=0n=0定熵过程的p-v图和T-s图sTvpn=kn=kn=kn=0n=1n=1n=0n=1定容过程的p-v图和T-s图sTvpn=±∞n=kn=kn=0n=1n=1n=0n=±∞n=±∞过程中u，q，w的判断方法热力学能：以定温线为基准，定温线上热力学能不变，温度升高热力学能增加，温度降低热力学能减少功：以定容线为基准，定容线上膨胀功为0，比体积增加膨胀功>0，比体积减小膨胀功<0热量：以定熵线为基准，定熵线为可逆绝热过程，热量＝0，可逆过程熵增大系统吸热，热量>0，可逆过程熵减少系统放热，热量<0。热力学能u的变化趋势sTvpu>0u>0焓h的变化趋势sTvpu>0h>0h>0u>0功w的变化趋势sTvpu>0u>0h>0h>0w>0w>0技术功wt的变化趋势sTvpu>0u>0h>0h>0w>0w>0wt>0wt>0热量q的变化趋势sTvpu>0u>0h>0h>0w>0w>0wt>0wt>0q>0q>0压气机压缩过程分析压气机的分类与工作原理压气机理论压缩轴功压气机余隙容积的影响分析多级压缩及中间冷却压气机的应用压气机：用来压缩气体的设备。应用广泛空压机空调、冰箱压缩机航空发动机气动机械空冷设备通风设备空分设备压气机的分类按工作原理及构造形式活塞式转子式螺杆式叶轮式喷射式按压力高低通风机（<115kPa）鼓风机（115kPa~350kPa）压气机（>350kPa）容积式速度式离心式轴流式活塞式压气机的工作原理吸气过程进气阀开启排气阀关闭状态参数不变质量增加压缩过程进、排气阀均关闭状态参数改变质量不变排气过程进气阀关闭排气阀开启状态参数不变质量减少工作过程的简化1.余隙容积＝02.压缩过程可逆压气机的实际工作过程复杂，为了方便分析，首先对压气机的工作过程进行简化处理。无势差（进排气没有阻力损失）无耗散（没有摩擦）理论压气过程理论工作循环压气机的理论压缩轴功开口系统，应用能量方程：当忽略动能和位能变化时，理论压缩轴功：可能的压气过程能量方程：压缩过程很快，来不及换热。绝热，n=k压缩过程很慢，热全部散走。等温，n=1实际压气过程处于两者之间。多变，1<n<kpv12Tp1Ts1p22T2n2sp12n2sp2压缩轴功定温过程定熵过程多变过程三种压缩过程的参数关系pv12Tp1Ts1p22T2n2sp12n2sp2最小功最大功轴功、技术功与膨胀功忽略动位能变化多变过程：活塞式压气机的余隙影响余隙容积：为避免活塞与气缸盖、进排气阀等撞击，活塞顶面与缸盖之间必须留有一定的间隙，由此形成的气缸最小容积。余隙容积的大小——余隙百分比余隙容积对排气量的影响1-2：压缩2-3：排气（气体不能完全排出）3-4：膨胀（残留气体膨胀至p1）4-1：吸气（有效吸气量减少）活塞排量有效吸气容积吸气量产气量余隙容积对排气量的影响容积效率余隙容积对排气量的影响122’2’’2’’’3’’3’311’1’’压比不变时，c增大，减小c和n不变时，压比增大，减小极端情况：压比＝p2’’’/p1时，排气量＝0余隙容积对理论压缩轴功的影响|功|＝面积12341＝面积12561－面积43564设12和43两过程n相同余隙容积对理论压缩轴功的影响余隙对单位产气量耗功没有影响多级压缩及中间冷却多级压缩的必要性：(1)压缩终了温度过高将影响润滑油性能，并可能造成事故，一般排气温度不许超过160℃～180℃。(2)压比越大，压缩终了温度越高，容积效率越低。因此：为了获得较高压力的气体时，通常采用多级压缩和中间冷却的方式。多级压缩的工作过程多级压缩的两大优点：降低排气温度，省功

省功最佳级间压力的确定最佳的级间压力应使总轴功最小。Ws最小时：最佳级间压力的确定每级的增压比相等时，所需的轴功最小。令：可以证明，对于z级压气机每级压比时，轴功最小。最佳中间压力的其它好处1.各气缸排气温度相同。2.各级消耗的轴功相同。3.每级向外散出的热量相等。4.分级压缩对提高容积效率有利。分级压缩的级数