第二章-壓縮機級的循環(huán)

1、 活塞式壓縮機級的循環(huán)2013.2壓縮機級的循環(huán)活塞式壓縮機級的循環(huán)氣體性質(zhì)；過程方程及過程功；常用的術(shù)語；理論循環(huán)和實際循環(huán)；指示圖； 循環(huán)功多級壓縮； 級的循環(huán) 活塞式壓縮機級的循環(huán)2013.2壓縮機級的循環(huán)氣體的熱力性質(zhì)氣體狀態(tài)方程任何氣體， 三者不是完全獨立的，它們之間存在看一定的關(guān)系，并可表示成pvT()0F pvT 、 、對于理想氣體，其狀態(tài)方程=RTpv當(dāng)mkg氣體時，表示為=mRTmpV克拉貝隆方程雖然理想氣體實際上并不存在，但對于氣體分子的體積相對于氣體比容很小、分子間作用力相對于氣體壓力也很小時，為計算方便把它們作為理想氣體來處理，誤差是不大的。 活塞式壓縮機級的循環(huán)201

2、3.2壓縮機級的循環(huán)范德瓦爾(vanderwal)第一個提出了計及氣體分子容積和作用力的實際氣體狀態(tài)方程其中a 計及分子作用力時對壓力進行的修正；b為計及分子容積時對比培進行的修正工程計算中，常采用一個總的修正系數(shù)來修正理想氣體狀態(tài)方程；以便其滿足實際氣體即=pv ZRT氣體的壓縮性系數(shù)，其值與氣體性質(zhì)、壓力和溫度有關(guān)，它需由實驗求得，在附錄中列有常見氣體的Z值曲線。遠離液態(tài)的氣體，即使壓力很高仍然有準(zhǔn)確性，但易于液化的氣體，誤差大 活塞式壓縮機級的循環(huán)2013.2壓縮機級的循環(huán)為了便于理解壓縮因子Z的物理意義=pv ZRT=/ipvvvZRTRTpv實際氣體比容理想氣體比容壓縮因子Z即為溫度

3、、壓力相同時的實際氣體比體積與理想氣體比體積之比。Zl，說明該氣體的比體積比將之作為理想氣體在同溫同壓下計算而得的比體積大，也說明實際氣體較之理想氣體更難壓縮；反之，若Zl，則說明實際氣體可壓縮性大。所以Z是從比體積的比值或從可壓縮性大小來描述實際氣體對理想氣體的偏離 活塞式壓縮機級的循環(huán)2013.2壓縮機級的循環(huán) 對于無Z值曲線的氣體，或者混合氣體，可近似應(yīng)用通用Z值曲線求取。圖中的曲線是按對比態(tài)原理作成的：對多種流體的實驗數(shù)據(jù)分析顯示，接近各自的臨界點時，所有流體都顯示出相似的性質(zhì)，因此產(chǎn)生了用相對于臨界參數(shù)的對比值，代替壓力、溫度相比體積的絕對值，并用它們導(dǎo)出普遍適用的實際氣體狀態(tài)方程的

4、想法。這樣的對比值分別被定義為對比壓力 、對比溫度 、對比比體積=pv ZRT=cccp vZ RT=rrrcccpTvpTvpTvccrrcrp vp vZRTTrprTrv對于任何一種氣體而言都有一個特定的溫度，在該溫度以上，無論怎樣加壓，該氣體都不會液化。該溫度即叫做臨界溫度，因此，臨界溫度可以這樣理解，即加壓方法使氣體液化的最高溫度；在臨界溫度下為使氣體液化所需施加的最小壓力，稱為“臨界壓力”。 活塞式壓縮機級的循環(huán)2013.2壓縮機級的循環(huán)許多大多數(shù)氣體、特別是烴類氣體，臨界壓縮系數(shù)處于Z0.230.30，故圖Z是按=0.27cZ由壓縮因子Z和臨界壓縮因子Zcr的定義可得/=/mcm

5、crrcrcrmccrrpV RTp Vp vZZp VRTTT根據(jù)對應(yīng)態(tài)原理，上式可改寫成 若Zcr的數(shù)值取一定時，則進一步簡化成cr()crZf pTZ、 、()crZf pT、此式為編制通用壓縮因子圖提供了理論基礎(chǔ) 活塞式壓縮機級的循環(huán)2013.2壓縮機級的循環(huán) 活塞式壓縮機級的循環(huán)2013.2壓縮機級的循環(huán)但對于氫、氦、氖只有 時方可應(yīng)用，而且必須用虛擬的臨界壓力和虛擬的臨界溫度2.5rT =+8=+8ccccppTT對于氨及水蒸汽，因為它們的分子非球形，正負電荷的中心并非處于分子的幾何中心，因此具有極性，要產(chǎn)生附加的引力，不能使用此通用Z值曲線對于混合氣體，其壓縮性系數(shù)可按下式求取=

6、()miiZX Z任一組分的千克分子百分比任一組分的壓縮性系數(shù) 活塞式壓縮機級的循環(huán)2013.2壓縮機級的循環(huán)當(dāng)量千克分子量若應(yīng)用圖1-1求取Zm，則需求取混合氣的當(dāng)量臨界壓力及當(dāng)量臨界溫度。當(dāng)各組分臨界壓力及臨界比容相近，并且滿足則當(dāng)量臨界壓力及當(dāng)量臨界溫度為而氫、氦等氣體，仍應(yīng)以虛擬的臨界壓力及溫度代入 活塞式壓縮機級的循環(huán)2013.2壓縮機級的循環(huán)當(dāng)任意兩組分的臨界壓力比超過20%時，當(dāng)量臨界壓力應(yīng)以下式計算而臨界溫度的計算公式不變過程方程及過程功過程方程及過程功 活塞式壓縮機級的循環(huán)2013.2壓縮機級的循環(huán)應(yīng)符合能量守恒定律對理想氣體、實際氣體以及不同的壓縮過程分別進行討論理想氣體(

7、1)絕熱過程 活塞式壓縮機級的循環(huán)2013.2壓縮機級的循環(huán)=pv RT+=pdv vdp RdT-=pvCCR對于混合氣體，其絕熱指數(shù)可由下式求取 活塞式壓縮機級的循環(huán)2013.2壓縮機級的循環(huán)絕熱過程中的外功，以壓縮過程為例，并假定對氣體所作之功為正值，則對于1kg氣體由狀態(tài)l壓縮至狀態(tài)21-1-21221 11=-=-1-1-kkkkkkadkkdvdvpvwdwpdvpvpvvvp v p vvvk對于mkg氣體-121 111=-1-1kkadpWpVkp-121 111=-1-1kkadpwp vkp等效 活塞式壓縮機級的循環(huán)2013.2壓縮機級的循環(huán)(2)多變過程應(yīng)符合能量守恒定

8、律過程中存在熱交換，熱量變化可表示為=ndq C dT理想氣體的焓表示為= +h u pv=d +dhu pdv vdpVdT-C dT=nCpdvd =u dhpdvvdp=dq dupdv=pdh C dTnC dT=pC dTpdvvdppdvnC dT=pC dTvdp 活塞式壓縮機級的循環(huán)2013.2壓縮機級的循環(huán)n(-)(-)pnvC CC CdTv dpdTp dv n=npvconst多方指數(shù)多方過程功多方過程功-121 111=-1-1nnpotpwp vnp-=-1potnvn kqC dTC dTn多方過程的熱量多方過程的熱量在壓縮過程中，當(dāng)在壓縮過程中，當(dāng)1nK 熱量為

9、負，即熱量為負，即熱量自系統(tǒng)傳到外界，熱量自系統(tǒng)傳到外界，nk時，為正值，時，為正值，熱量自外界傳入系統(tǒng)。膨脹過程相反熱量自外界傳入系統(tǒng)。膨脹過程相反 活塞式壓縮機級的循環(huán)2013.2壓縮機級的循環(huán)不同熱力過程熱交換量在T-S圖上的表示放熱伴隨著S的減少吸熱伴隨著S的增加 活塞式壓縮機級的循環(huán)2013.2壓縮機級的循環(huán)(3)(3)等溫過程等溫過程=pv const等溫過程功等溫過程功211 11 112=ln=lnisvpdvwpdvpvp vp vvvp在等溫過程中，全部的功變?yōu)闊崃總鞯搅送饨缭诘葴剡^程中，全部的功變?yōu)闊崃總鞯搅送饨?活塞式壓縮機級的循環(huán)2013.2壓縮機級的循環(huán)實際氣體實際

10、氣體理想氣體的過程方程是假定氣體比熱與壓力無關(guān)導(dǎo)出的，但實際氣體的比熱不僅與溫度有關(guān)，而且還取決于壓力，所以理想氣體的過程方程也不能適用于實際氣體實際氣體的定壓比熱表示為大氣壓力下理想氣體在相應(yīng)溫度下定壓比熱考慮壓力、溫度后的修正值實際氣體的比熱比可表示為00=-ppppvpppCCCCkCCCCCC 活塞式壓縮機級的循環(huán)2013.2壓縮機級的循環(huán)實際氣體的絕熱過程方程表示為-121 111=-1-1vvkkadvpwp vkp實際氣體絕熱壓縮過程的外功k kv v值應(yīng)取相應(yīng)于值應(yīng)取相應(yīng)于p pl l、p p2 2時容積絕熱指數(shù)的平均值，容積絕熱指數(shù)是一個變化時容積絕熱指數(shù)的平均值，容積絕熱指

11、數(shù)是一個變化很大的數(shù)值，實際應(yīng)用起來根不方便，一般是避免使用它很大的數(shù)值，實際應(yīng)用起來根不方便，一般是避免使用它 活塞式壓縮機級的循環(huán)2013.2壓縮機級的循環(huán)常用的幾個概念 l外（內(nèi)）止點l活塞行程l循環(huán)l壓縮機中的級l壓縮機級的循環(huán)活塞氣缸 活塞式壓縮機級的循環(huán)2013.2壓縮機級的循環(huán) 活塞式壓縮機級的循環(huán)2013.2壓縮機級的循環(huán)壓縮機級的理論循環(huán)假設(shè)條件：1. 被壓縮的氣體能夠全部排出氣缸；2. 進、排氣系統(tǒng)無阻力損失、無氣流脈動、 無熱交換；3. 壓縮容積無泄漏；4. 壓縮過程指數(shù)為常數(shù)。建立理論循環(huán)的目的，是設(shè)置一個評價壓縮機性能建立理論循環(huán)的目的，是設(shè)置一個評價壓縮機性能的標(biāo)準(zhǔn)

12、。的標(biāo)準(zhǔn)。 活塞式壓縮機級的循環(huán)2013.2壓縮機級的循環(huán)外外止點止點內(nèi)止點內(nèi)止點PV1234行程Sn 41 吸氣過程n 12 壓縮過程n 23 排氣過程n值得注意的是壓縮機的循環(huán)過程不是熱力循環(huán)，只有壓縮過程是熱力過程理論循環(huán)P-V圖級的理論循環(huán)過程指示圖 活塞式壓縮機級的循環(huán)2013.2壓縮機級的循環(huán)對于理想氣體： n多變過程指數(shù)。絕熱過程nk；等溫過程n1。實際壓縮過程指數(shù)一般介于1和k之間，接近絕熱過程 nppVV12112nnppTT1121212112nVVTT 活塞式壓縮機級的循環(huán)2013.2壓縮機級的循環(huán)如果是實際氣體，氮氣kv值(25、MPa)通常使用右式計算12121122

13、112)()(1vvkkVVZZTTppVVTkTkTkppZZVVppTT11)()(2112121212 活塞式壓縮機級的循環(huán)2013.2壓縮機級的循環(huán)級的理論循環(huán)進氣量l 行程容積 活塞從外止點到內(nèi)止點的一個行程中所掃過 的氣缸容積 l 級的理論進氣量（P1,T1)狀態(tài)下，活塞在一個行程中所吸進的氣體體積量hpVA S1pVA S 活塞式壓縮機級的循環(huán)2013.2壓縮機級的循環(huán)l級的理論容積流量 級的理論容積流量qVth為單位時間內(nèi)所形成的工作容積之和，即等于壓縮機級的理論進氣量乘以轉(zhuǎn)速。 1VthqVn 活塞式壓縮機級的循環(huán)2013.2壓縮機級的循環(huán)理論循環(huán)指示功理論循環(huán)指示功 壓縮機

14、完成一個理論循環(huán)所消耗的機械功。為進氣過程功、壓縮過程功和排氣過程功之和，可用圖中所示的 4-1-2-3-4面積代表?；钊麑怏w做功為正，氣體對活塞做功為負 活塞式壓縮機級的循環(huán)2013.2壓縮機級的循環(huán)41 進氣過程：21WppdV 12 壓縮過程：111spSAppWV 23排氣過程：22dpWV 活塞式壓縮機級的循環(huán)2013.2壓縮機級的循環(huán)理論循環(huán)的指示功212121221121()ispdpdVd pVpdVVdpWWWWppVV 理論循環(huán)指示功是完成一次循環(huán)所消耗的最小功。Wi是 壓縮機性能好壞的重要特征。當(dāng)壓縮機的結(jié)構(gòu)參數(shù)和工況確定后，功的大小就取決于壓縮過程的特征。 活塞式壓縮機級的循環(huán)2013.2壓縮機級的循環(huán)三種典型過程的理論循環(huán)指示功（理想氣體）壓縮過程特點過程方程循環(huán)指示功Wi壓縮過程功Wp等溫T2=T1pV=p1V1p1V1ln(p2/p1)p1V1ln(p2/p1)絕熱過程q=0pVk=C多變過程1nk n=k nk n=k nk 活塞式壓縮機級的循環(huán)2013.2壓縮機級的循環(huán)實際循環(huán)在T-S圖中的壓縮線和膨脹線 163.2r/min62.9r/min特征點 活塞式壓縮