第十八章热力学基础汇总

1=1VT22第十二章往复式空压机的工作理论要求通过本章学习，掌握往复式空压机的工作性能、工作参数及两级压缩理论。(1)空压机的工作循环、热力学基础、保持空压机工作性能的途径。(2)空压机的工作参数及两级压缩理论。第一节热力学基础一、气体的状态参数态参数，又称其为基本状态参数。单位质量的气体所占有的容积，称为比容。比容的单位为m3/kg。显然，比容的倒数就VMMV1p=v在热力学计算中，采用热力学温度T(又称绝对温度)，其单位为K。它与摄氏温度t℃的关系为二、理想气体状态方程式1．波义耳—马略特定律Vp 2=1或pV=常数Vp式中V——质量为M(kg)的气体所具有的体积，V=Mv，m3。vp2．盖-吕萨克定律VT1=11=1vT223．理想气体状态方程式11=2或=常数TTT12气体，不论压力、温度、比容如何变化，其值都是相同的。空气的气体常数为对于质量为Mkg的气体，公式的两边应乘以M，因而得pvM=MRTpV=MRT三、内能气体内部所具有的各种能量的总和，称为气体的内能。理想气体的内能u只与温度T有关，即四、热力学第一定律可以相互转换，但转换前后的总能量保持不变。2121就是热力学第一定律的数学表达式，它适用于任何气体的任何热力过程，所以又称为热五、气体的比热容根据比热的定义qc=V21qc=p21式中q——在定容条件下，1kg气体与外界的交换热量，J/kgVq——在定压条件下，1kg气体与外界的交换热量，J/kgp即ck=pcv六、气体状态的变化过程在比容一定的情况下，气体状态的变化过程叫做定容过程，其方程式为T2=2=1pT12即在定容过程中，气体的压力与它的热力学温度成正比。2．定压过程在压力一定的情况下，气体状态的变化过程叫做定压过程，其方程式为p=常数由理想气体状态方程式pv=RT可知，在定压过程中，气体状态参数的变化关系为2=22=2vT11即在定压过程中，气体的比容与它的热力学温度成正比3、等温过程在温度不变的情况下，气体状态变化过程叫做等温过程，其方程式为T=常数由理想气体状态方程式pv=RT知，在等温过程中，气体状态的变化关系为2=12=1vp即在等温过程中，气体的压力与它的比容成反比。第二节往复式空压机的工作理论第二节往复式空压机的工作理论绝热过程。绝热过程方程式为所以有绝热过程中气体状态参数之间关系的方程式pp1pp1T1=T25、多变过程多变过程方程式为pvn=常数n-∞到+∞内的任何实数。这说明多变过程有无限多个，但都多变过程的特殊形式，例如由于多变过程方程式(pvn=常数)和绝热过程方程式(pvK=常数)的形式相同，因此，2121(3)气体与各壁面间没有温差。即进入气缸内的空气与各壁面间没有热量交换，压缩过总和。通常规定：活塞对空气作功为正值；空气对活塞作功为负值。因此，压缩和排气过程的功为正，吸气过程为负。循环112211V22V11VV22211V11p11p211可见在等温压缩时的循环功等于压缩过程功。压缩终止时，空气的温度为1空气被压缩时放出的热量为Q=L2、绝热压缩时的理论工作循环在绝热压缩过程中，气体状态方程为pVK=pVK=pVK=C1122221K111222K122111K111222K1221111K122112211K1221122K12211K12211K111pK111p1绝热压缩时空压机的循环总功等于绝热压缩过程功的K倍。压缩终止时空气的温度为21p113、多变压缩时的理论工作循环多变压缩时的循环总功1压缩终止时空气的温度为21p11空气被压缩时放出的热量为Tn21Vn1214、三种压缩过程的理论工作循环比较环总功的比较2)．压缩终止时温度的比较过程一、影响空压机排气量的因素xgVxgVVVVgVV2．压力系数p压力系数是考虑由于阻力的影响而使排气量减少的系数，用λ表示。由于滤风器、p进气管道、吸气阀通道、排气阀通道、排气管道、排气管道上阀门等处阻力损失的缘故，吸气压力通常低于理论吸气压力(相当于吸气管外的压力)，排气压力要高于理论排气压力(相当于储气罐压力)。从而造成吸气量减少和排气量减少，从两方面影响了空压机的排气pp温度系数度系数是考虑由于温度影响而使排气量减少的系数，用λ表示。在吸气过程中，由于吸入气缸的空气与缸内残留压气相混合，以及高温缸壁和高温活塞对空气加热，空气克服流动阻力而损失的能量转换为热能等原因使吸气终止时的空气T1高于理论吸气温度4．漏气系数漏气系数是考虑漏气使排气量减少的系数，用λ表示。空压机的漏气，主要发生在下各处：(1)吸气阀不严密或延迟关闭，压缩时有部分空气返回吸气管道。(2)排气阀不严密，在吸气时有部分的高压空气自排气阀进入气缸。(3)活塞与气缸壁之间，活塞杆和填料箱之间的不严密，在压缩和排气时，空气自气缸5．湿度系数湿度系数是考虑空气湿度使空压机排气量减少的系数，用λ表示。大气中含有水蒸气，φ不同时间不同地点的空气中含有的水蒸气不同，即湿度不同。相当一部分水蒸气在高压力的冷却器、储气罐和管道中被冷凝成水而析出，从而减少了空压机的实际排气量。一般λφ二、影响空压机功耗的因素1．压缩过程对功耗的影响2．排气和吸气过程对功耗的影响3．吸气温度对功耗的影响4.漏气与空气湿度对功耗的影响三、保持空压机工作性能的途径和措施2.加强冷却3.降低吸、排气系统阻力4.正确选择余隙容积5.注意润滑第四节空压机的指示功率、轴功率和效率一、排气量的计算对于单作用空压机Q=nV=几D2anlg4Q=入QPLVPtL0二、功率的计算1.理论功率Pl空压机按理论工作循环所需的功率，叫做理论功率。P=P=LQVP式中P——理论功率，KW；lLL——气缸按一定压缩规律压缩单位体积空气所需的循环功，L=；VVV1若绝热压缩L=L=Kp[(p2)K1K1]。VVK11p．指示功率P=nLji=nAmmjiPVmp——示功图压力坐标的比例尺，(Pa)/cm；指示效率：理论功率与指示功率之比，即Pn=lj原动机传给空压机主轴的实际功率，叫做轴功率。一般由以下三部分组成：Pnm式中P——空压机的轴功率,KW；ηm——空压机的机械效率，%。三、电功机功率P电动机与空压机之间若有传动装置，则电动机的输出功率为PPdnc式中P——电功机功率，kW；d1.5~1.15——功率储备系数；四、空压机的效率空压机的效率是用来衡量空压机本身经济性的指标。分为等温效率和绝热效率。等温效率为等温功率与轴功率的比值。Pn=dedeP对于单级空压机,(理论)等温功率为:pPdeXPpX2.绝热效率绝热效率为绝热功率与轴功率的比值：Pn=jujuPP=1.634pVK[(pP)11]juXPK1pX多级压缩功率，为单级压缩功率之和。水冷型空压机常用等温效率衡量；而风冷型空压机则须用绝热效率衡量。五、比功率在一定的排气压力下，单位排气量所消耗的功率，叫做比功率。比功率P等于轴功率b与排气量之比，即bbPQPQ——为实际排气量：Q=入Q，其中Q为理论排气量，指单位时间内活PPLL12第五节两级压缩一、采用两级压缩的原因1.压缩比受余隙容积的限制2.压缩比受气缸润滑油温的限制二、两级活塞式空压机的工作循环1.两级空压机的理论工作循环两级空压机的理论工作循环除遵循单级压缩时的假定条件外，还假定：冷却器内按定压条件进行冷却。2.两级空压机的实际工作循环3.两级压缩与同条件同终压力的单级压缩相比具有较大的优点。(3)提高容积系数。随着压缩比的上升，余隙容积中压气膨胀所占的容积增大，使得气缸的有效吸气容积下降。采用两级压缩后，降低了每一级的压缩比，从而提高了气缸的容积系数，增大了空压机的排气量。(4)降低了活塞上的作用力。在转速行程和气体初始状态及终压力相同的条件下，采用21三、压缩比的分配设一台两级压缩的空压机，初始压力为p，容积为V，温度T；中间压力为p，容111ZZ2npn1由公式L=pV[(2)n1]可求出各级气缸所需的循环功。n111p1npn1L=pV[(Z)n1]1n111p为npn1L=pV[(2)n1]2n1ZZpZ(3)两级空压机的总循环功为各级循环功之和。npn1npn1n111pn1ZZp1Z若中间冷却器冷却完善，使T=T，则有1Z11ZZnpn1pn1L=pV[(Z)n+(2)n2]n111ppZZdpn111n1Zn2ZZZZ12p2=ppZ12ppZ=2即=pp121Zppp空压机的总压缩比=2=Z.2=.ppp12