工程熱力學(xué)課件04

多媒體教學(xué)課件華北電力大學(xué)能源與動(dòng)力工程學(xué)院工程熱力學(xué)4-5多變過(guò)程第4章理想氣體的熱力過(guò)程壓氣機(jī)4-1定容過(guò)程4-2定壓過(guò)程4-3定溫過(guò)程4-4可逆絕熱過(guò)程4-6氣體的壓縮2定容過(guò)程定壓過(guò)程定溫過(guò)程可逆絕熱過(guò)程理想氣體的基本熱力過(guò)程基本熱力過(guò)程3研究熱力過(guò)程的目的、方法目的：以熱一律為基礎(chǔ)，理想氣體為工質(zhì)，分析可逆的基本熱力過(guò)程中能量轉(zhuǎn)換、傳遞關(guān)系，揭示過(guò)程中工質(zhì)狀態(tài)參數(shù)的變化規(guī)律及熱量和功量的計(jì)算。方法和手段：求出過(guò)程方程及計(jì)算各過(guò)程初終態(tài)參數(shù)；根據(jù)第一定律及理想氣體性質(zhì)計(jì)算過(guò)程中功和熱；畫出過(guò)程的p-v圖及T-s圖，幫助直觀分析過(guò)程中參數(shù)間關(guān)系及能量關(guān)系。4可用公式5定容過(guò)程定義：氣體比體積保持不變的過(guò)程。過(guò)程方程式：v=常數(shù)膨脹功：技術(shù)功：熱量：6定容過(guò)程p-v圖和T-s圖7定壓過(guò)程定義：氣體壓力保持不變的過(guò)程。過(guò)程方程式：p=常數(shù)膨脹功：技術(shù)功：熱量：8定壓過(guò)程p-v圖和T-s圖9定溫過(guò)程定義：氣體溫度保持不變的過(guò)程。過(guò)程方程式：T=常數(shù)膨脹功：技術(shù)功：熱量：10定溫過(guò)程p-v圖和T-s圖11定義：氣體與外界沒(méi)有熱量交換的過(guò)程。因此又稱為定熵過(guò)程過(guò)程方程式：可逆絕熱過(guò)程**12可逆絕熱過(guò)程膨脹功：技術(shù)功：熱量：13可逆絕熱過(guò)程p-v圖和T-s圖14T-s圖區(qū)分定容過(guò)程和定壓過(guò)程<15T-s圖區(qū)分定溫過(guò)程和定熵過(guò)程>164-5多變過(guò)程第4章理想氣體的熱力過(guò)程壓氣機(jī)4-1定容過(guò)程4-2定壓過(guò)程4-3定溫過(guò)程4-4可逆絕熱過(guò)程4-6氣體的壓縮17多變過(guò)程多變過(guò)程的方程式表示為下述形式：n稱為多變指數(shù)n=0，p=常數(shù)，定壓過(guò)程；n=1，pv=常數(shù)，定溫過(guò)程；n=，pv=常數(shù)，定熵過(guò)程；n=∞，v=常數(shù)，定容過(guò)程。18多變過(guò)程多變過(guò)程的過(guò)程方程式及初、終狀態(tài)參數(shù)關(guān)系式的形式與絕熱過(guò)程完全相同。多變過(guò)程中的u、h、s可按理想氣體的有關(guān)公式進(jìn)行計(jì)算。19多變過(guò)程在狀態(tài)參數(shù)坐標(biāo)圖上的表示n順時(shí)針?lè)较蛟龃?。兩圖的過(guò)程線和區(qū)間一一對(duì)應(yīng)。dv>0,功量為正。ds>0,熱量為正。dT>0→du>0，dh>0。20多變過(guò)程在狀態(tài)參數(shù)坐標(biāo)圖上的表示p-v圖上多變過(guò)程曲線的斜率為T-s圖上多變過(guò)程曲線的斜率為21多變過(guò)程的功量膨脹功技術(shù)功(n)22多變過(guò)程的熱量稱為多變熱容。23當(dāng)n=0時(shí)，(定壓過(guò)程)當(dāng)n=1時(shí)，(定溫過(guò)程)當(dāng)n=時(shí)，(定熵過(guò)程)當(dāng)n時(shí)，(定容過(guò)程)多變過(guò)程的熱量244-5多變過(guò)程第4章理想氣體的熱力過(guò)程壓氣機(jī)4-1定容過(guò)程4-2定壓過(guò)程4-3定溫過(guò)程4-4可逆絕熱過(guò)程4-6氣體的壓縮25壓氣機(jī)介紹26壓氣機(jī)介紹壓縮氣體的用途：

動(dòng)力機(jī)、風(fēng)動(dòng)工具、制冷工程、化學(xué)工業(yè)、潛水作業(yè)、

醫(yī)療、休閑等。27

按工作原理分活塞式—壓頭高，流量小，間隙生產(chǎn)

葉輪式—壓頭低，流量大，連續(xù)生產(chǎn)

按壓頭高低分通風(fēng)機(jī)—表壓0.01MPa以下鼓風(fēng)機(jī)—表壓0.1~0.3MPa壓氣機(jī)—表壓0.3MPa以上注意：壓氣機(jī)不是動(dòng)力機(jī)，壓氣機(jī)中進(jìn)行的過(guò)程

不是循環(huán)壓氣機(jī)分類28單級(jí)活塞式壓氣機(jī)0-1：吸氣，傳輸推動(dòng)功p1v1

1-2：壓縮，耗外功：2-3：排氣，傳輸推動(dòng)功p2v2

壓氣機(jī)耗功：注意：壓氣機(jī)生產(chǎn)量通常用單位時(shí)間里生產(chǎn)氣體的標(biāo)準(zhǔn)立方米表示，不同于進(jìn)氣或排氣狀態(tài)。29活塞式壓氣機(jī)原理30壓氣機(jī)壓縮過(guò)程壓縮過(guò)程存在兩個(gè)極限1）一個(gè)極限是定溫過(guò)程（n=1)2）一個(gè)極限是可逆絕熱過(guò)程（n=κ）3）實(shí)際壓縮過(guò)程是介于二者之前的多變過(guò)程（1<n<κ）31壓氣機(jī)壓縮過(guò)程2T：定溫過(guò)程；2s：絕熱過(guò)程；2n：多變過(guò)程32壓氣機(jī)的理論耗功定溫過(guò)程壓縮耗功為絕熱過(guò)程壓縮耗功為多變過(guò)程壓縮耗功為稱為增壓比33壓氣機(jī)的理論耗功理想壓縮是等溫壓縮34在p-v圖和T-s圖上表示壓縮氣消耗功在p-v圖和T-s圖上均可表示壓縮所消耗功35余隙容積產(chǎn)生原因布置進(jìn)、排氣結(jié)構(gòu)制造公差部件熱膨脹36幾個(gè)名詞余隙容積:Vc（=V3）氣缸工作容積(活塞排量):

Vh(=V1–V3)余隙容積比:CV=Vc/Vh有效吸氣容積:Ves（=V1–V4）371-2質(zhì)量m1氣體壓縮：p1p2

2-3

氣體排向儲(chǔ)氣罐3-4

氣體膨脹p2

p14-1

氣體吸入氣缸生產(chǎn)量(每周期)：生產(chǎn)過(guò)程38容積效率討論：余隙容積對(duì)生產(chǎn)量的影響39余隙容積的影響40余隙容積對(duì)理論耗功的影響41即余隙對(duì)理論耗功無(wú)影響（實(shí)際上還是使耗功增大）。歸納：

余隙存在使1）生產(chǎn)量下降

2）實(shí)際耗功增大有害容積余隙容積對(duì)理論耗功的影響42

采用多級(jí)壓氣機(jī)時(shí)，可把壓縮過(guò)程分別在幾個(gè)氣缸中完成，可使每級(jí)氣缸的增壓比不會(huì)過(guò)高，也可便于按各級(jí)氣缸的工作壓力合理設(shè)計(jì)余隙比，因而多級(jí)壓縮的壓氣機(jī)可以得到較高的容積效率。

采用中間冷卻器，可降低壓縮過(guò)程中氣體的溫度，使壓縮終了溫度不致過(guò)高。也可以減少壓氣機(jī)所消耗的軸功（p-V圖中陰影面積)。sT13’22’多級(jí)壓氣機(jī)43有一個(gè)最佳增壓比兩級(jí)壓縮中間冷卻分析省功1vpp2p144最佳增壓比的推導(dǎo)省功1vpp2p145欲求w分級(jí)最小值，最佳增壓比的推導(dǎo)省功1vpp2p146w分級(jí)最小值最佳增壓比可證明若m級(jí)省功1vpp2p1最佳增壓比的推導(dǎo)47

潤(rùn)滑油要求t<160~180℃,高壓壓氣機(jī)必須分級(jí)1vpp2p1Ts分級(jí)壓縮的其它好處48省功分級(jí)降低出口溫多級(jí)壓縮達(dá)到無(wú)窮多級(jí)(1)不可能實(shí)現(xiàn)(2)結(jié)構(gòu)復(fù)雜(成本高)所以，一般采用2~4級(jí)壓縮Tp2p1pv1分級(jí)壓縮的級(jí)數(shù)49活塞式壓氣機(jī)的定溫效率50離心式軸流式葉輪式壓氣機(jī)51葉輪式壓氣機(jī)：

轉(zhuǎn)速高；連續(xù)吸，排氣，運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)；排氣量大沒(méi)有余隙影響；但每級(jí)壓比不高。

葉輪式壓氣機(jī)熱力學(xué)分析：由于排量大，運(yùn)轉(zhuǎn)快，難冷卻，可作絕熱壓縮考慮葉輪式壓氣機(jī)特點(diǎn)52理論耗功實(shí)際耗功實(shí)際多耗功葉輪式壓氣機(jī)的消耗功53葉輪式壓氣機(jī)的絕熱效率

壓氣機(jī)的絕熱效率是指在壓縮前氣體狀態(tài)相同，壓縮后氣體壓力