第三章氣體的熱力過程及氣體的壓縮課件

第三章氣體的熱力過程及氣體的壓縮氣體的熱力過程

活塞式壓氣機的壓縮過程活塞式壓氣機的余隙及其影響多級壓縮及中間冷卻第三章氣體的熱力過程及氣體的壓縮氣體的熱力過程1第一節(jié)氣體的基本熱力過程目的：揭示過程中工質狀態(tài)參數(shù)的變化規(guī)律，以及該過程中熱能與機械能之間的轉換情況，進而找出影響它們轉換的主要因素。方法：討論理想氣體的可逆過程1.過程方程p=f(v),一般寫成的形式。2.利用狀態(tài)方程和過程方程推出初、終狀態(tài)參數(shù)之間的關系式。3.在p-v圖和T-s圖上表示出該過程曲線。4.該過程熱力學能、焓、熵的變化以及功和熱量。第一節(jié)氣體的基本熱力過程目的：揭示過程中工質狀態(tài)參數(shù)的變化2第一節(jié)氣體的基本熱力過程一、定容過程1．過程方程2.．初、終狀態(tài)參數(shù)關系3．p-v圖及T-s圖pv122‘Ts212’曲線斜率第一節(jié)氣體的基本熱力過程一、定容過程pv122‘Ts213第一節(jié)氣體的基本熱力過程根據(jù)熵的定義,積分得4、能量轉換定容過程因容積不變，所以無功量交換，工質與外界交換的熱量等于其內能的變化量，即第一節(jié)氣體的基本熱力過程根據(jù)熵的定義4第一節(jié)氣體的基本熱力過程二、定壓過程1過程方程2初、終狀態(tài)參數(shù)關系3p-v圖及T-s圖pv122‘Ts212‘曲線斜率第一節(jié)氣體的基本熱力過程二、定壓過程pv122‘Ts2125第一節(jié)氣體的基本熱力過程4、熵的變化量5功量與熱量

第一節(jié)氣體的基本熱力過程4、熵的變化量6三、定溫過程1．過程方程2．初、終狀態(tài)參數(shù)關系3．p-v圖及T-s圖pv122‘6543122‘34Ts曲線斜率三、定溫過程1．過程方程2．初、終狀態(tài)參數(shù)關系3．p-v圖7第一節(jié)氣體的基本熱力過程4定溫過程中熵的變化量由積分得5定溫過程中的功量和熱量第一節(jié)氣體的基本熱力過程4定溫過程中熵的變化量8第一節(jié)氣體的基本熱力過程四、絕熱過程

1、狀態(tài)參數(shù)的變化規(guī)律由于絕熱過程中δq＝0，而且又是理想氣體的可逆過程，所以，第一定律解析式δq＝du＋pdv可改寫為第一節(jié)氣體的基本熱力過程四、絕熱過程9第一節(jié)氣體的基本熱力過程將代入上市后，得令代入上式后，得，積分后得于是有K為絕熱指數(shù)，其數(shù)值隨氣體的種類和溫度而變。對于空氣和燃氣，第一節(jié)氣體的基本熱力過程將代10第一節(jié)氣體的基本熱力過程2．初、終狀態(tài)參數(shù)關系第一節(jié)氣體的基本熱力過程2．初、終狀態(tài)參數(shù)關系11第一節(jié)氣體的基本熱力過程3絕熱過程中的熵和功在絕熱過程中，系統(tǒng)與外界無熱量交換，所以，熵的變化量等于零。由第一定律解析式知，絕熱過程中，系統(tǒng)與外界交換的功量為，即把代入中，得于是得第一節(jié)氣體的基本熱力過程3絕熱過程中的熵和功12第二節(jié)氣體的多變熱力過程一、狀態(tài)參數(shù)的變化規(guī)律

n=±∞時，v=常數(shù)，為定容過程

n=0時，p=常數(shù)，為定壓過程

n=1時，pv=常數(shù)，為定溫過程；

n=k時，，為絕熱過程二、初、終狀態(tài)參數(shù)間的關系：稱為多變指數(shù)第二節(jié)氣體的多變熱力過程一、狀態(tài)參數(shù)的變化規(guī)律稱為多變13第三章氣體的熱力過程及氣體的壓縮課件14第二節(jié)氣體的多變熱力過程三、多變過程中的熵對于理想氣體和可逆過程，在多變過程中，熱力學第一定律可表述為

積分得熵是溫度和壓力的函數(shù)，對于理想混合氣體，各組元氣體的熵si是溫度T與組元氣體分壓力pi

的函數(shù),若混合氣體在微元熱力過程中成分保持不變，把式第二節(jié)氣體的多變熱力過程三、多變過程中的熵15第二節(jié)氣體的多變熱力過程代入上式后則可得到各組成氣體的熵的變化量計算式1kg混合氣體的熵變化則為

注有下標i的參數(shù)符號均為第i種組元的參數(shù)，未注下標的為混合氣體的參數(shù)。第二節(jié)氣體的多變熱力過程代入上式后則可得到各組成氣體的熵16第二節(jié)氣體的多變熱力過程四、多變過程中的功量和熱量功量：熱量：令稱為多變過程比熱容，于是得第二節(jié)氣體的多變熱力過程四、多變過程中的功量和熱量17第二節(jié)氣體的多變熱力過程把及代入得五、在p-v圖、T-s圖上繪制過程線

1定容過程線（n＝±∞)

定容過程線在p-v圖上為垂線（圖(a)中的線）；定容過程線在T-s圖上為一向上方彎曲的對數(shù)曲線（圖(b）中的線）。圖中的0-1線表示定容加熱過程；線表示定容放熱過程。第二節(jié)氣體的多變熱力過程把及18第三章氣體的熱力過程及氣體的壓縮課件19第二節(jié)氣體的多變熱力過程由于定容過程功量為零，所以，定容過程線是功量出、入的界線。凡是在定容線右側的過程均為膨脹過程，功為正（w＞0）；凡是在定容線左側的過程均為壓縮過程，功為負（w＜0）。2定壓過程線（n＝0)

定壓過程線在p-v圖上為一水平線(圖(a)中的線)；在T-s圖上仍為一向上彎曲的對數(shù)曲線(圖(b)中的線)。由于，在同一溫度變化條件下，定壓過程的熵變要比定容過程大，所以，在T-s圖上定壓過程線比定容過程線平坦些。圖中0-2線表示定壓加熱過程，0-2’線表示定壓放熱過程。第二節(jié)氣體的多變熱力過程由于定容過程功量為零，所以，定容20第二節(jié)氣體的多變熱力過程3定溫過程線（n＝1）根據(jù)定溫過程方程式pv＝常數(shù)，定溫過程線在p-v圖上為一等邊雙曲線(圖(a)中的3-3’線)；在T-s圖上為一水平線(圖(b)中的3-3’線)。圖中0-3線表示定溫加熱過程，0-3’線表示定溫放熱過程。

4絕熱過程線（n=k）根據(jù)絕熱過程方程式。絕熱過程在p-v圖上為一高次雙曲線，它比定溫線陡一些(圖(a)中的4-4’線)；絕熱過程線中的熵變?yōu)榱?，所以，絕熱過程線在T-s圖上為一垂線(圖(b)中的4-4’線)。圖中0-4線表示絕熱膨脹過程，0-4’線表示絕熱壓縮過程。第二節(jié)氣體的多變熱力過程3定溫過程線（n＝1）21第二節(jié)氣體的多變熱力過程5多變過程線多變過程的多變指數(shù)可在0到±∞范圍內變化，但多變指數(shù)為某一確定的值時，過程的特性也就確定了。而實際過程往往十分復雜，各種耗散效應、放熱、散熱特性都要影響多變指數(shù)。為了解析實際過程，如果n的變化范圍不大，則可用一個不變的平均的近似值來代替；如果n的變化范圍很大，則可將實際過程分為多段，近似地認為各段的n值不變。這樣就可在多變過程曲線圖上，得到對應相應n值的過程線。第二節(jié)氣體的多變熱力過程5多變過程線22第二節(jié)氣體的多變熱力過程在p-v圖上，多變過程線的斜率隨多變指數(shù)n的增大而增加，而在T-s圖上，從n=0的過程線開始，n的代數(shù)值沿順時針方向增大。工程上許多實際過程的多變指數(shù)常在1和k之間，其過程線在定溫線和絕熱線之間。第二節(jié)氣體的多變熱力過程在p-v圖上，多變過程線的斜23第三節(jié)活塞式壓氣機的壓縮過程一、單級活塞式壓氣機的工作原理

結構簡圖空氣進口排入空氣瓶中第三節(jié)活塞式壓氣機的壓縮過程一、單級活塞式壓氣機的工作原理24第三節(jié)活塞式壓氣機的壓縮過程工作過程1、吸氣過程4-12、壓縮過程1-23、排氣過程2-34、余隙容積內壓縮空氣的膨脹過程3-4圖中2-3和4-1不是狀態(tài)變化，而是表示氣缸內氣體質量的變化。第三節(jié)活塞式壓氣機的壓縮過程工作過程圖中2-3和4-1不是25第三節(jié)活塞式壓氣機的壓縮過程二、活塞式壓氣機的壓縮過程分析三種壓縮過程1-2s絕熱過程1-2T定溫過程1-2n多變過程第三節(jié)活塞式壓氣機的壓縮過程二、活塞式壓氣機的壓縮過程26第三節(jié)活塞式壓氣機的壓縮過程壓縮過程所耗的軸功對于理想氣體可逆壓縮過程，1kg工質所需的功可表示為：絕熱過程多變過程第三節(jié)活塞式壓氣機的壓縮過程壓縮過程所耗的軸功27第三節(jié)活塞式壓氣機的壓縮過程定溫過程對壓縮機而言，示功圖p-V圖所包圍的面積表示壓縮機的耗功，從p-V圖可以看出定溫壓縮耗功最少，而絕熱壓縮所消耗的機械功最大。因此對壓縮機應加強冷卻，不僅減少耗功，而且保證潤滑條件。第三節(jié)活塞式壓氣機的壓縮過程定溫過程28第四節(jié)活塞式壓氣機的余隙及其影響活塞式壓氣機為了安裝進、排氣閥門，也為了運轉平穩(wěn)，避免活塞與氣缸端蓋發(fā)生撞擊，當活塞處于上死點時，活塞端面與氣缸端蓋之間必須留有一定間隙，這一間隙稱為余隙，它所具有的容積、稱為余隙容積。余隙容積在數(shù)量上用余隙百分比c表示。第四節(jié)活塞式壓氣機的余隙及其影響活塞式壓氣機為了安裝進、29第四節(jié)活塞式壓氣機的余隙及其影響一、余隙對排氣量的影響有效吸氣體積：V1-V4氣缸工作體積：V1-V3容積效率：有效吸氣體積與氣缸工作體積之比。第四節(jié)活塞式壓氣機的余隙及其影響一、余隙對排氣量的影響30第四節(jié)活塞式壓氣機的余隙及其影響第四節(jié)活塞式壓氣機的余隙及其影響31第四節(jié)活塞式壓氣機的余隙及其影響稱為壓縮機的增壓比相同的余隙容積，增壓比對容積效率的影響1）V吸，λv，當增加到某一數(shù)值時，V吸=0，λv=0。2）當，p2

，壓縮終溫t2

，為保證潤滑，要求t2<160C，

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。3）對于壓力較高的情況，一般采用雙級壓縮和中間冷卻。第四節(jié)活塞式壓氣機的余隙及其影響稱為壓縮機的增壓比相同的32第四節(jié)活塞式壓氣機的余隙及其影響二、余隙對壓氣機耗功的影響有余隙時的理論壓縮軸功為無論壓氣機是否存在余隙容積，壓縮1kg氣體達到相同的增壓比時所耗的軸功相同，即余隙的存在對壓縮等量氣體所耗的理論軸功并無影響。第四節(jié)活塞式壓氣機的余隙及其影響二、余隙對壓氣機耗功的影33第五節(jié)多級壓縮及中間冷卻多級壓縮及中間冷卻的意義：降低氣缸的工作溫度，有利于潤滑油的工作。一、兩級壓氣機工作過程第五節(jié)多級壓縮及中間冷卻多級壓縮及中間冷卻的意義：34第五節(jié)多級壓縮及中間冷卻多級壓縮中間冷卻的優(yōu)點：

1、降低了排氣溫度

2、節(jié)省