工程熱力學(xué)第四章-第12-13節(jié)

工程熱力學(xué)

EngineeringThermodynamics北京航空航天大學(xué)第四章理想氣體的熱力過(guò)程及氣體壓縮分析熱力過(guò)程的目的及一般方法絕熱過(guò)程多變過(guò)程的綜合分析壓氣機(jī)的理論壓縮軸功活塞式壓氣機(jī)的余隙影響多級(jí)壓縮及中間冷卻分析熱力過(guò)程的目的和任務(wù)目的：研究外部條件對(duì)熱能和機(jī)械能轉(zhuǎn)換的影響，通過(guò)有利的外部條件，達(dá)到合理安排熱力過(guò)程，提高熱能和機(jī)械能轉(zhuǎn)換效率的目的。任務(wù)：揭示狀態(tài)變化規(guī)律與能量傳遞之間的關(guān)系，從而計(jì)算熱力過(guò)程中工質(zhì)狀態(tài)參數(shù)的變化以及與外界交換的熱量與功量。利用外部條件,合理安排過(guò)程，形成最佳循環(huán)對(duì)已確定的過(guò)程，進(jìn)行熱力計(jì)算分析熱力過(guò)程的一般方法實(shí)際工質(zhì)實(shí)際過(guò)程復(fù)雜，不易分析理想工質(zhì)簡(jiǎn)單過(guò)程簡(jiǎn)單，易于分析簡(jiǎn)化抽象1.簡(jiǎn)化2.分析3.修正利用熱力學(xué)第一定律、工質(zhì)性質(zhì)及過(guò)程方程進(jìn)行分析內(nèi)容：狀態(tài)參數(shù)的變化，熱量與功量的交換實(shí)際過(guò)程不同于簡(jiǎn)單過(guò)程，需根據(jù)實(shí)際情況對(duì)結(jié)果進(jìn)行修正。基本過(guò)程歸納分類分析熱力過(guò)程的一般步驟1.建立物理模型選定熱力系，標(biāo)明邊界，畫出示意圖，列舉有關(guān)假設(shè)2.建立數(shù)學(xué)模型

根據(jù)不同熱力系的特點(diǎn)，列出相關(guān)的方程3.求解數(shù)學(xué)模型，確定初、終態(tài)狀態(tài)參數(shù)4.計(jì)算過(guò)程中傳遞的熱量和功量。計(jì)算 計(jì)算能量方程多變過(guò)程的綜合分析PolytropicProcess多變過(guò)程：凡過(guò)程方程為的過(guò)程稱為多變過(guò)程，其中n為多變指數(shù)。n——對(duì)于某個(gè)指定的多變過(guò)程，n為常數(shù)對(duì)于不同的多變過(guò)程，n有不同的值n＝0時(shí)，p＝Const，表示定壓過(guò)程n＝1時(shí)，pv＝Const，表示定溫過(guò)程n＝k時(shí)，pvk＝Const，表示絕熱過(guò)程n＝±∞時(shí)，v＝Const，表示定容過(guò)程基本熱力過(guò)程多變指數(shù)n實(shí)際過(guò)程可用多段多變過(guò)程近似表示，其中每個(gè)多變過(guò)程的多變指數(shù)n可由該多變過(guò)程的初、終態(tài)求出。如果已知（p1,v1）（p2,v2），即可求出n。多變過(guò)程的能量轉(zhuǎn)換多變過(guò)程比熱容多變過(guò)程的p-v圖和T-s圖多變過(guò)程的過(guò)程方程：多變過(guò)程在pv圖上的斜率：多變過(guò)程在Ts圖上的斜率：定壓過(guò)程的p-v圖和T-s圖sTvpn=0n=0n=0定溫過(guò)程的p-v圖和T-s圖sTvpn=1n=1n=1n=0n=0定熵過(guò)程的p-v圖和T-s圖sTvpn=kn=kn=kn=0n=1n=1n=0n=1定容過(guò)程的p-v圖和T-s圖sTvpn=±∞n=kn=kn=0n=1n=1n=0n=±∞n=±∞過(guò)程中u，q，w的判斷方法熱力學(xué)能：以定溫線為基準(zhǔn)，定溫線上熱力學(xué)能不變，溫度升高熱力學(xué)能增加，溫度降低熱力學(xué)能減少功：以定容線為基準(zhǔn)，定容線上膨脹功為0，比體積增加膨脹功>0，比體積減小膨脹功<0熱量：以定熵線為基準(zhǔn)，定熵線為可逆絕熱過(guò)程，熱量＝0，可逆過(guò)程熵增大系統(tǒng)吸熱，熱量>0，可逆過(guò)程熵減少系統(tǒng)放熱，熱量<0。熱力學(xué)能u的變化趨勢(shì)sTvpu>0u>0焓h的變化趨勢(shì)sTvpu>0h>0h>0u>0功w的變化趨勢(shì)sTvpu>0u>0h>0h>0w>0w>0技術(shù)功wt的變化趨勢(shì)sTvpu>0u>0h>0h>0w>0w>0wt>0wt>0熱量q的變化趨勢(shì)sTvpu>0u>0h>0h>0w>0w>0wt>0wt>0q>0q>0壓氣機(jī)壓縮過(guò)程分析壓氣機(jī)的分類與工作原理壓氣機(jī)理論壓縮軸功壓氣機(jī)余隙容積的影響分析多級(jí)壓縮及中間冷卻壓氣機(jī)的應(yīng)用壓氣機(jī)：用來(lái)壓縮氣體的設(shè)備。應(yīng)用廣泛空壓機(jī)空調(diào)、冰箱壓縮機(jī)航空發(fā)動(dòng)機(jī)氣動(dòng)機(jī)械空冷設(shè)備通風(fēng)設(shè)備空分設(shè)備壓氣機(jī)的分類按工作原理及構(gòu)造形式活塞式轉(zhuǎn)子式螺桿式葉輪式噴射式按壓力高低通風(fēng)機(jī)（<115kPa）鼓風(fēng)機(jī)（115kPa~350kPa）壓氣機(jī)（>350kPa）容積式速度式離心式軸流式活塞式壓氣機(jī)的工作原理吸氣過(guò)程進(jìn)氣閥開啟排氣閥關(guān)閉狀態(tài)參數(shù)不變質(zhì)量增加壓縮過(guò)程進(jìn)、排氣閥均關(guān)閉狀態(tài)參數(shù)改變質(zhì)量不變排氣過(guò)程進(jìn)氣閥關(guān)閉排氣閥開啟狀態(tài)參數(shù)不變質(zhì)量減少工作過(guò)程的簡(jiǎn)化1.余隙容積＝02.壓縮過(guò)程可逆壓氣機(jī)的實(shí)際工作過(guò)程復(fù)雜，為了方便分析，首先對(duì)壓氣機(jī)的工作過(guò)程進(jìn)行簡(jiǎn)化處理。無(wú)勢(shì)差（進(jìn)排氣沒有阻力損失）無(wú)耗散（沒有摩擦）理論壓氣過(guò)程理論工作循環(huán)壓氣機(jī)的理論壓縮軸功開口系統(tǒng)，應(yīng)用能量方程：當(dāng)忽略動(dòng)能和位能變化時(shí)，理論壓縮軸功：可能的壓氣過(guò)程能量方程：壓縮過(guò)程很快，來(lái)不及換熱。絕熱，n=k壓縮過(guò)程很慢，熱全部散走。等溫，n=1實(shí)際壓氣過(guò)程處于兩者之間。多變，1<n<kpv12Tp1Ts1p22T2n2sp12n2sp2壓縮軸功定溫過(guò)程定熵過(guò)程多變過(guò)程三種壓縮過(guò)程的參數(shù)關(guān)系pv12Tp1Ts1p22T2n2sp12n2sp2最小功最大功軸功、技術(shù)功與膨脹功忽略動(dòng)位能變化多變過(guò)程：活塞式壓氣機(jī)的余隙影響余隙容積：為避免活塞與氣缸蓋、進(jìn)排氣閥等撞擊，活塞頂面與缸蓋之間必須留有一定的間隙，由此形成的氣缸最小容積。余隙容積的大小——余隙百分比余隙容積對(duì)排氣量的影響1-2：壓縮2-3：排氣（氣體不能完全排出）3-4：膨脹（殘留氣體膨脹至p1）4-1：吸氣（有效吸氣量減少）活塞排量有效吸氣容積吸氣量產(chǎn)氣量余隙容積對(duì)排氣量的影響容積效率余隙容積對(duì)排氣量的影響122’2’’2’’’3’’3’311’1’’壓比不變時(shí)，c增大，減小c和n不變時(shí)，壓比增大，減小極端情況：壓比＝p2’’’/p1時(shí)，排氣量＝0余隙容積對(duì)理論壓縮軸功的影響|功|＝面積12341＝面積12561－面積43564設(shè)12和43兩過(guò)程n相同余隙容積對(duì)理論壓縮軸功的影響余隙對(duì)單位產(chǎn)氣量耗功沒有影響多級(jí)壓縮及中間冷卻多級(jí)壓縮的必要性：(1)壓縮終了溫度過(guò)高將影響潤(rùn)滑油性能，并可能造成事故，一般排氣溫度不許超過(guò)160℃～180℃。(2)壓比越大，壓縮終了溫度越高，容積效率越低。因此：為了獲得較高壓力的氣體時(shí)，通常采用多級(jí)壓縮和中間冷卻的方式。多級(jí)壓縮的工作過(guò)程多級(jí)壓縮的兩大優(yōu)點(diǎn)：降低排氣溫度，省功

省功最佳級(jí)間壓力的確定最佳的級(jí)間壓力應(yīng)使總軸功最小。Ws最小時(shí)：最佳級(jí)間壓力的確定每級(jí)的增壓比相等時(shí)，所需的軸功最小。令：可以證明，對(duì)于z級(jí)壓氣機(jī)每級(jí)壓比時(shí)，軸功最小。最佳中間壓力的其它好處1.各氣缸排氣溫度相同。2.各級(jí)消耗的軸功相同。3.每級(jí)向外散出的熱量相等。4.分級(jí)壓縮對(duì)提高容積效率有利。分級(jí)壓縮的級(jí)數(shù)