壓氣機(jī)的熱力過程1

1、內(nèi)內(nèi)容容回回顧顧絕熱節(jié)流是絕熱節(jié)流是等焓等焓節(jié)流過程，節(jié)流過程，但但整個(gè)整個(gè)過程絕不是過程絕不是定焓定焓過程。過程。12ss12hh1212vvpp12TT(1) 對(duì)理想氣體對(duì)理想氣體12hcp絕熱節(jié)流溫度效應(yīng)絕熱節(jié)流溫度效應(yīng)熱熱效應(yīng)效應(yīng)零零效應(yīng)效應(yīng)冷冷效應(yīng)效應(yīng)溫度溫度降低降低溫度溫度不變不變溫度溫度升高升高 制冷制冷 調(diào)節(jié)功率調(diào)節(jié)功率 流體流量測(cè)量流體流量測(cè)量 利用節(jié)流降低工質(zhì)的壓力利用節(jié)流降低工質(zhì)的壓力pN 流體在大于pN的壓力范圍內(nèi)不會(huì)發(fā)生節(jié)流冷效應(yīng)。 流體溫度大于TK或小于Tmin 時(shí)，不會(huì)發(fā)生節(jié)流冷效應(yīng)。壓氣機(jī)壓氣機(jī)是生產(chǎn)壓縮氣體的是生產(chǎn)壓縮氣體的設(shè)備，它不是動(dòng)力機(jī)，而設(shè)備，它不是動(dòng)

2、力機(jī)，而是通過消耗機(jī)械能使氣體是通過消耗機(jī)械能使氣體壓力升高的一種工作機(jī)。壓力升高的一種工作機(jī)。壓氣機(jī)壓氣機(jī)的作用的作用生活中：自行車打氣。生活中：自行車打氣。工業(yè)上：鍋爐鼓風(fēng)、出口引風(fēng)、工業(yè)上：鍋爐鼓風(fēng)、出口引風(fēng)、煉鋼、制冷空調(diào)等等煉鋼、制冷空調(diào)等等壓氣機(jī)的分類壓氣機(jī)的分類按工作原理和構(gòu)造：按工作原理和構(gòu)造：容積式壓氣機(jī)容積式壓氣機(jī)(活塞式活塞式)速度式壓氣機(jī)速度式壓氣機(jī)(葉輪式葉輪式)特殊引射式壓縮器特殊引射式壓縮器壓氣機(jī)的分類壓氣機(jī)的分類按工作原理和構(gòu)造：按工作原理和構(gòu)造：活塞式壓氣機(jī)活塞式壓氣機(jī) 葉輪式壓氣機(jī)葉輪式壓氣機(jī)特殊引射式壓縮器特殊引射式壓縮器按壓縮氣體壓力范圍：按壓縮氣體壓力

3、范圍：0.01apMP 0.010.3aaMPpMP 0.3apMP 離心式離心式軸流式軸流式流量小，升壓幅度可以很大。流量小，升壓幅度可以很大。普遍使用在汽車，電冰箱普遍使用在汽車，電冰箱, 化工。化工。儲(chǔ)儲(chǔ)氣氣罐罐升壓幅度小，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。升壓幅度小，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。流量大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜。流量大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜。普遍使用在航空，輪船普遍使用在航空，輪船, 化工?；ぁ１菊轮饕獌?nèi)容：本章主要內(nèi)容：以活塞式壓氣機(jī)為重點(diǎn)，分析壓以活塞式壓氣機(jī)為重點(diǎn)，分析壓縮氣體生產(chǎn)過程的熱力學(xué)特性縮氣體生產(chǎn)過程的熱力學(xué)特性.左死點(diǎn)左死點(diǎn)：活塞左極限位置：活塞左極限位置行程（沖程）行程（沖程）L： 兩死點(diǎn)之間的距離兩死點(diǎn)之間的距離右

4、死點(diǎn)右死點(diǎn)：活塞右極限位置：活塞右極限位置行程容積行程容積Vh： 一次行程活塞所掃過的體積一次行程活塞所掃過的體積LAVh理論工作循環(huán)：理論工作循環(huán)：吸氣過程吸氣過程f1：氣體引入氣缸：氣體引入氣缸壓縮過程壓縮過程12：氣體在氣缸內(nèi)：氣體在氣缸內(nèi)進(jìn)行壓縮進(jìn)行壓縮排氣過程排氣過程2g：氣體流出氣缸，：氣體流出氣缸，輸向儲(chǔ)氣筒輸向儲(chǔ)氣筒不是熱力過程，只是氣體的移動(dòng)過程，氣體狀態(tài)不是熱力過程，只是氣體的移動(dòng)過程，氣體狀態(tài)不發(fā)生變化，缸內(nèi)氣體的數(shù)量發(fā)生變化。不發(fā)生變化，缸內(nèi)氣體的數(shù)量發(fā)生變化。 f-1和2-g過程無余隙，可逆無余隙，可逆 12過程過程(1)、特別快，來不及換熱。特別快，來不及換熱。(2

5、)、特別慢，熱全散走。特別慢，熱全散走。(3)、實(shí)際壓氣過程是實(shí)際壓氣過程是 kn 12p2p1p1T2n2s2pvT2n21Ts1ps2sTnnk1n 二、壓氣機(jī)的理論耗功量二、壓氣機(jī)的理論耗功量12212121112122212211)()(tCWVdppVdpdVVpVppdVVppdVVpW可見壓氣機(jī)所消耗的功即為過程可見壓氣機(jī)所消耗的功即為過程12的技術(shù)功。的技術(shù)功。f-1過程：過程：1-2過程：過程：2-g過程：過程：1111VpVpLAph222VpLAp2112pdVW（1）可逆絕熱壓縮）可逆絕熱壓縮kkstppRTkkw1121,11 三種壓縮過程耗功量三種壓縮過程耗功量01

6、2,hhhwwhqstst可逆絕熱壓縮消耗的功全部用于增加氣體的焓，可逆絕熱壓縮消耗的功全部用于增加氣體的焓，使氣體溫度升高。使氣體溫度升高。（3）可逆多變壓縮）可逆多變壓縮nnntppRTnnw1121,11qhwwhqntnt,可逆多變壓縮消耗的功部分用于增加氣體的焓，可逆多變壓縮消耗的功部分用于增加氣體的焓，部分對(duì)外放熱。部分對(duì)外放熱。（2）可逆定溫壓縮）可逆定溫壓縮211121,lnlnppRTvvRTwTt可逆定溫壓縮消耗的功全部轉(zhuǎn)化為熱能向外界放可逆定溫壓縮消耗的功全部轉(zhuǎn)化為熱能向外界放出，氣體溫度不變。出，氣體溫度不變。qwwhqTtTt,2p1p1T2n2s2pvT2n21Ts

7、2p1ps2tTtntswww2T2n2svvv12T2n2sTTTT措施措施避免活塞與進(jìn)排氣避免活塞與進(jìn)排氣閥碰撞，留有閥碰撞，留有空隙空隙余隙容積余隙容積VccV一、有余隙的工作循環(huán)一、有余隙的工作循環(huán)因?yàn)橐驗(yàn)?4為余隙容為余隙容積中剩余氣體的膨脹過積中剩余氣體的膨脹過程（多變過程），所以程（多變過程），所以41表示有效進(jìn)氣。表示有效進(jìn)氣。pV1234CV12壓縮過程壓縮過程23排氣，狀態(tài)未變排氣，狀態(tài)未變34殘留氣體膨脹殘留氣體膨脹41進(jìn)新氣，狀態(tài)未變進(jìn)新氣，狀態(tài)未變二、余隙容積的影響二、余隙容積的影響 產(chǎn)氣量：產(chǎn)氣量：41VVVe容積效率：容積效率：1)(1112nhcppVV有效吸氣

8、容積有效吸氣容積31VVVh14Vh13VVVVVV433413133111VVVVVVVVV 33VVpV1V3VCV1234VnnnnnppppVV11112141334e1)(1112nhcheVppVVVV相對(duì)余隙相對(duì)余隙工程上一般工程上一般0.030.081)(1112nVpp討論：討論：21pp（1） 一定，一定， V（2）和和n一定，一定，21ppV極限極限V0hcVV令令pV1V3V1234VCVe 理論耗功量：理論耗功量：1V3VCV1234V設(shè)設(shè)12和和43兩過程兩過程n相同相同12t111134441111nnnnnpWpVnppnp Vnp56功功面積面積12341面積

9、面積12561面積面積4356423pp14pp1111pVm RTpVepV1V3VCV1234V12t1141() 11nnnpWp VVnp1t2t1111nnWnpwRTmnp余隙對(duì)單位產(chǎn)氣余隙對(duì)單位產(chǎn)氣量耗功不影響量耗功不影響1114111441)(mRTVpRTmmVpRTmVpee121111nnnppVnpe0J0J0JpphJcvTvTpT微分節(jié)流微分節(jié)流（焦?fàn)枩愤d系數(shù)）（焦?fàn)枩愤d系數(shù)）理想氣體微分節(jié)流系數(shù)理想氣體微分節(jié)流系數(shù)J =0. .微分產(chǎn)生冷效應(yīng)微分產(chǎn)生冷效應(yīng) J0, ,即節(jié)流前氣體處于冷效應(yīng)區(qū)即節(jié)流前氣體處于冷效應(yīng)區(qū), ,積分也是冷效應(yīng)積分也是冷效應(yīng). . 微分

10、產(chǎn)生熱效應(yīng)微分產(chǎn)生熱效應(yīng) J0, ,即節(jié)流前氣體處于熱效應(yīng)區(qū)即節(jié)流前氣體處于熱效應(yīng)區(qū), ,積分可能是冷效應(yīng)也可能是熱效應(yīng)積分可能是冷效應(yīng)也可能是熱效應(yīng). . 二、壓氣機(jī)的理論耗功量二、壓氣機(jī)的理論耗功量1221212211tCWVdpVppdVVpW即壓氣機(jī)所消耗的功即為過程即壓氣機(jī)所消耗的功即為過程12的技術(shù)功。的技術(shù)功。一、理論工作循環(huán)：一、理論工作循環(huán)：吸氣吸氣f1壓縮壓縮12排氣排氣2g2p1p1T2n2s2pvT2n21Ts2p1ps2tTtntswww12T2n2sTTTT一、有余隙的工作循環(huán)一、有余隙的工作循環(huán)12壓縮過程壓縮過程23排氣，狀態(tài)未變排氣，狀態(tài)未變34殘留氣體膨脹殘

11、留氣體膨脹41進(jìn)新氣，狀態(tài)未變進(jìn)新氣，狀態(tài)未變41VVV有效吸氣容積有效吸氣容積epV1V3VCV1234Ve二、余隙容積的影響二、余隙容積的影響 產(chǎn)氣量：產(chǎn)氣量：pV1V3V1234V1)(11)(1112112nnhcheVppppVVVVheVV 理論耗功量：理論耗功量：余隙對(duì)單位產(chǎn)氣余隙對(duì)單位產(chǎn)氣量耗功不影響量耗功不影響1t2t1111nnWnpwRTmnpeeCV儲(chǔ)氣罐冷卻水高壓缸低壓缸進(jìn)氣口1p1T2T2p23pp 23TT 4T4p1T儲(chǔ)氣罐冷卻水高壓缸低壓缸進(jìn)氣口1p1T2T2p23pp 23TT 4T4p1T123451ppv 省功省功4p2p有一個(gè)最佳增壓比有一個(gè)最佳增壓比

12、12pp123451p有一個(gè)最佳增壓比有一個(gè)最佳增壓比pv 省功省功4p2p儲(chǔ)氣罐冷卻水高壓缸低壓缸進(jìn)氣口1p1T2T2p23pp 23TT 4T4p1T12pp123454p1ppv 省功省功IIIt(n)t(n)www分級(jí)n-12n11n-14n331() 11()1npRTnpnpRTnpn-1n-124nn1122()() 1nppwRTnpp分級(jí)2ppvn-1n-124nn1122()() 1nppwRTnpp分級(jí)欲求欲求w分級(jí)分級(jí)最小值，最小值，20wp分級(jí)412ppp 123454p1p 省功省功2p2412pppppv最佳增壓比最佳增壓比1421141p pppppppp終初可

13、證明可證明若若n級(jí)級(jí)2412ppppnpp1)(初終21)(初終pp1234p1p 省功省功2p412ppp 45nntppRTnnw1121111nnnntppRTnnppRTnnw12411343211112412pppppv1212ttttwwww1ttnww n級(jí)壓縮級(jí)壓縮123454p1p 省功省功2p1)(1112nVpp 潤(rùn)滑油要求潤(rùn)滑油要求t160180,高壓壓氣機(jī)必須分級(jí)高壓壓氣機(jī)必須分級(jí)Ts1p2p4p12345645TT1pTs2p4p15645TT324154p1ppv6多級(jí)壓縮達(dá)到多級(jí)壓縮達(dá)到無窮多級(jí)無窮多級(jí)(1)不可能實(shí)現(xiàn)不可能實(shí)現(xiàn)(2)結(jié)構(gòu)復(fù)雜結(jié)構(gòu)復(fù)雜(成本高成本高)所以，一般采用所以，一般采用 2 4 級(jí)壓縮級(jí)壓縮T活塞式壓氣機(jī)無論是單級(jí)或多級(jí)壓活塞式壓氣機(jī)無論是單級(jí)或多級(jí)壓縮都應(yīng)盡可能采用冷卻措施，力求接近縮都應(yīng)盡可能采用冷卻措施，力求接近定溫過程。