工程熱力學第九章

工程熱力學第九章1第一頁，共二十七頁，編輯于2023年，星期日壓縮氣體的用途：動力機、風動工具、制冷工程、化學工業(yè)、潛水作業(yè)、醫(yī)療、休閑等。概述2第二頁，共二十七頁，編輯于2023年，星期日壓氣機分類：

工作原理活塞式—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)壓頭高低

通風機—表壓0.01MPa以下鼓風機—表壓0.1~0.3MPa壓氣機—表壓0.3MPa以上3第三頁，共二十七頁，編輯于2023年，星期日另有羅茨式壓氣機(Rootsblower)等等壓氣機不是動力機，壓氣機中進行的過程不是循環(huán)4第四頁，共二十七頁，編輯于2023年，星期日§9–1單級活塞式壓氣機工作原理和理論耗功量一.工作原理2-3：排氣，耗外功p2V2壓氣機耗功：注意：壓氣機生產(chǎn)量通常用單位時間里生產(chǎn)氣體的標準

立方米表示，不同于進氣或排氣狀態(tài)。1-2：壓縮，耗外功0-1：吸氣，氣體對外做功p1V15第五頁，共二十七頁，編輯于2023年，星期日二.理論耗功所以wC取決于初、終態(tài)及過程特征1.絕熱壓縮2.多變壓縮3.等溫壓縮（定值比熱容、理想氣體、可逆過程）6第六頁，共二十七頁，編輯于2023年，星期日討論：a）理想壓縮是

等溫壓縮b）通常為多變壓縮,1<n<k

思考題：

自行車壓力通常應(yīng)維持在0.25MPa左右，用手動

打氣筒向輪胎充氣時用濕毛巾包在打氣筒外壁，會有

什么后果？Wc如何在T-s圖上表示？為什么？7第七頁，共二十七頁，編輯于2023年，星期日§9–2余隙容積的影響一.余隙容積—clearancevolume

產(chǎn)生原因布置進、排氣結(jié)構(gòu)制造公差部件熱膨脹幾個名詞：氣缸工作容積(活塞排量)

Vh(=V1–V3)余隙容積Vc（=V3）有效吸氣容積V（=V1–V4）余隙容積比

=Vc/Vh8第八頁，共二十七頁，編輯于2023年，星期日生產(chǎn)過程：1-2質(zhì)量m1氣體壓縮：p1p22-3氣體排向儲氣罐3-4氣體膨脹p2

p14-1氣體吸入氣缸生產(chǎn)量(每周期)：9第九頁，共二十七頁，編輯于2023年，星期日二.余隙容積對生產(chǎn)量的影響容積效率—volumetricefficiency討論：σˉˉ-生產(chǎn)量mvh10第十頁，共二十七頁，編輯于2023年，星期日三.余隙容積對理論耗功的影響WC11第十一頁，共二十七頁，編輯于2023年，星期日即余隙對理論耗功無影響（實際上還是使耗功增大）。歸納：

余隙存在使1）生產(chǎn)量下降2）實際耗功增大有害容積12第十二頁，共二十七頁，編輯于2023年，星期日

§9–3多級壓縮和級間冷卻—multistagecompressionandinterveningcooling一.多級壓縮分級壓縮，級間冷卻。工程上需要高壓氣體，但壓縮過程中隨p升高T升高；

v下降。為使13第十三頁，共二十七頁，編輯于2023年，星期日二.理論耗功分析1n低壓缸ap中冷器3n高壓缸2每生產(chǎn)1kg壓縮氣體：令時14第十四頁，共二十七頁，編輯于2023年，星期日推廣：若m級，則討論：1）按選擇各級中間壓力，優(yōu)點：a）各級耗功相等（總耗功有利于曲軸平衡

b）各缸終溫相同小于不如此分配時各缸終溫中最高者，有利于潤滑油工作及使可靠性增加。c）各級散熱相同各中冷器散熱相等）15第十五頁，共二十七頁，編輯于2023年，星期日d）各缸按比例縮小e）對提高整機容積效率v有利2）若分級m，則趨于定溫壓縮

但由于體積龐大，系統(tǒng)復(fù)雜，

可靠性下降一般2-4級。3）定溫效率—isothermalefficiency4）真空泵(vacuumpump)的實質(zhì)也是壓氣機，是出口壓力為恒值—環(huán)境壓力，進氣壓力不斷降低的壓氣機。，可逆定溫壓縮功與實際壓縮功之比16第十六頁，共二十七頁，編輯于2023年，星期日壓氣機若已實現(xiàn)等溫壓縮，是否還有必要進行分級壓縮，中間冷卻，為什么？答：需要，雖然實現(xiàn)等溫壓縮后耗功最小，但若壓比過大，

v仍很小，分級后有助于提高

v，如圖。若以p1=0.1MPa，p2=2.5MPa

=0.04計算單級壓縮二級壓縮17第十七頁，共二十七頁，編輯于2023年，星期日活塞式壓氣機把0.1MPa，298k的空氣加壓到2.5MPa。試分別按單級壓縮和二級壓縮，中間冷卻，計算壓氣機容積效率及各缸終溫。已知解：單級壓縮二級壓縮，中間冷卻18第十八頁，共二十七頁，編輯于2023年，星期日19第十九頁，共二十七頁，編輯于2023年，星期日§9–4葉輪式壓氣機(turbo-compressor)的工作原理

一.簡介

葉輪式壓氣機：

轉(zhuǎn)速高；連續(xù)吸，排氣，運轉(zhuǎn)平穩(wěn)；排氣量大

沒有余隙影響；但每級壓比不高。二.葉輪式壓氣機熱力學分析由于排量大，運轉(zhuǎn)快，難冷卻，可作絕熱壓縮考慮centrifugalcompressoraxial-flowcompressor20第二十頁，共二十七頁，編輯于2023年，星期日理論耗功實際耗功實際多耗功絕熱內(nèi)效率(adiabaticinternalefficiency)理想氣體21第二十一頁，共二十七頁，編輯于2023年，星期日葉輪式壓縮機，氮氣進口參數(shù)為p1=0.0972MPa，t1=20°c，出口壓力p2=311.11kPa，進口處氮氣流量氣機絕熱效率c,s=0.80，略去進出口動能差和位能差，求：1）壓氣機定熵壓縮的耗功量;2）實際耗功量;3）由于不可逆而多耗功wt;4）若t0=20°c，求作功能力損失I。已知氮氣：壓22第二十二頁，共二十七頁，編輯于2023年，星期日解：1）23第二十三頁，共二十七頁，編輯于2023年，星期日24第二十四頁，共二十七頁，編輯于2023年，星期日*某大學實驗室需4.9MPa壓縮空氣源，據(jù)市場調(diào)查，目前市售活塞式壓氣機余容比葉輪式壓氣機絕熱效率

cs=0.85，試提出初步方案及必要的分析計算（已知T0=290K，p0=0.1MPa）。解：中間壓力及壓力比25第二十五頁，共二十七頁，編輯于2023年，星期日容積效率因為兩級