工程熱力學(xué)：第八章 壓氣機的熱力過程

1、第八章第八章 壓氣機的熱力過程壓氣機的熱力過程從熱力學(xué)觀點出發(fā)，盡管活塞式和葉輪從熱力學(xué)觀點出發(fā)，盡管活塞式和葉輪式式的結(jié)構(gòu)和工作原理都不同，但壓縮過程中的結(jié)構(gòu)和工作原理都不同，但壓縮過程中氣體的狀態(tài)變化本質(zhì)上是一致的。氣體的狀態(tài)變化本質(zhì)上是一致的。本章主要內(nèi)容：本章主要內(nèi)容：以活塞式壓氣機為重點，分析壓縮以活塞式壓氣機為重點，分析壓縮氣體生產(chǎn)過程的熱力學(xué)特性氣體生產(chǎn)過程的熱力學(xué)特性壓氣機壓氣機是生產(chǎn)壓縮氣體的設(shè)備，它不是動力機，而是用消耗機械能來得到壓縮氣體的一種工作機。什么是壓氣機：什么是壓氣機：壓氣機分類：壓氣機分類： 工作原理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

2、， 連續(xù)生產(chǎn)壓頭高低壓頭高低 通風(fēng)機表壓0.01MPa以下鼓風(fēng)機表壓0.10.3MPa壓氣機表壓0.3MPa以上另有羅茨式壓氣機另有羅茨式壓氣機(Roots blower)等等等等壓氣機不是動力機，壓氣機中進(jìn)行的過程壓氣機不是動力機，壓氣機中進(jìn)行的過程不是循環(huán)不是循環(huán)一、工作原理一、工作原理f1：氣體引入氣缸氣體引入氣缸12：氣體在氣缸內(nèi)進(jìn)行壓縮：氣體在氣缸內(nèi)進(jìn)行壓縮2g：氣體流出氣缸，輸向氣體流出氣缸，輸向儲氣筒儲氣筒不是熱力過程，只是氣體的移動過程，氣體狀不是熱力過程，只是氣體的移動過程，氣體狀態(tài)不發(fā)生變化，缸內(nèi)氣體的數(shù)量發(fā)生變化態(tài)不發(fā)生變化，缸內(nèi)氣體的數(shù)量發(fā)生變化 f-1和和2-g過程過

3、程n熱力過程，氣體的參數(shù)發(fā)熱力過程，氣體的參數(shù)發(fā)生變化。生變化。n有兩種極限情況：有兩種極限情況：絕熱過程絕熱過程12s定溫過程定溫過程12Tn實際壓縮實際壓縮12n 12過程過程二、壓氣機的理論耗功量二、壓氣機的理論耗功量壓縮氣體的生產(chǎn)過程包括氣體的流入、壓縮壓縮氣體的生產(chǎn)過程包括氣體的流入、壓縮和輸出，所以壓氣機耗功應(yīng)等于壓縮過程耗功與和輸出，所以壓氣機耗功應(yīng)等于壓縮過程耗功與進(jìn)、排氣過程推動功的代數(shù)和：進(jìn)、排氣過程推動功的代數(shù)和：tCwvpvpww)(112212 壓氣機耗功壓氣機耗功可見壓氣機耗功以技術(shù)功計。可見壓氣機耗功以技術(shù)功計。二、壓氣機的理論耗功量二、壓氣機的理論耗功量（1）可

4、逆絕熱壓縮）可逆絕熱壓縮,121111C st skkgwwpkR Tkp 三種壓縮過程耗功量三種壓縮過程耗功量二、壓氣機的理論耗功量二、壓氣機的理論耗功量（2）可逆多變壓縮）可逆多變壓縮,121111C nt nnngwwpnR Tnp 三種壓縮過程耗功量三種壓縮過程耗功量二、壓氣機的理論耗功量二、壓氣機的理論耗功量（3）可逆定溫壓縮）可逆定溫壓縮,221111lnlnC Tt TggwwvpR TR Tvp 三種壓縮過程耗功量三種壓縮過程耗功量二、壓氣機的理論耗功量二、壓氣機的理論耗功量TCnCsCwww, 三種壓縮過程耗功量三種壓縮過程耗功量TnsTTT, 2, 2, 2一、余一、余隙隙

5、容積容積當(dāng)活塞運動到上死當(dāng)活塞運動到上死點位置時，活塞頂面與點位置時，活塞頂面與氣缸蓋間留有一定的空氣缸蓋間留有一定的空隙，為隙，為余隙容積余隙容積VcVh為為氣缸排量：氣缸排量：31VVVh因為因為34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。二、余二、余隙隙容積的影響容積的影響 生產(chǎn)量：生產(chǎn)量：有效吸氣容積：有效吸氣容積：41VVV容積效率：容積效率：141343431313133441333()()11(1)1(1)VhVVVVVVVVVVVVVVVVVVVVVVV 余隙余隙容積百分比容積百分比Vc/V

6、h和多變指數(shù)和多變指數(shù)n一定時，增壓比一定時，增壓比 越越大，則容積效率越低，且當(dāng)大，則容積效率越低，且當(dāng) 增加到一定值時容積效率為增加到一定值時容積效率為零。零。 增壓比增壓比 一定時余隙容積百分比越大，容積效率越低。一定時余隙容積百分比越大，容積效率越低。二、余二、余隙隙容積的影響容積的影響111cnVhVV 313chVVVVV余隙容積：余隙容積：11432341()()nnVPPVPP二、余二、余隙隙容積的影響容積的影響 理論耗功量：理論耗功量：可見有余隙容積后，如果增壓相同，理論上所可見有余隙容積后，如果增壓相同，理論上所消耗的功與無余隙容積時相同。但容積效率降低，消耗的功與無余隙容

7、積時相同。但容積效率降低，需要壓縮同樣數(shù)量的氣體，需要更大的壓氣機。需要壓縮同樣數(shù)量的氣體，需要更大的壓氣機。1214341111CgfgfnngWAAnmR Tn8 83 3多級壓縮和級間冷卻多級壓縮和級間冷卻 省功（減少壓縮過程的多變指數(shù)）省功（減少壓縮過程的多變指數(shù)） 避免單級壓縮因增壓比太高而影響容避免單級壓縮因增壓比太高而影響容積效率積效率1n低壓缸低壓缸ap中冷器中冷器3n高壓缸高壓缸2每每生產(chǎn)生產(chǎn)1 kg壓縮氣體：壓縮氣體：C0awp21pppaCC,minwwhaalpppp21或令令CC,C,lhwww112Cg 1g311111nnnnaappnnwR TR Tnpnp11

8、2g 1121nnnnaappnR Tnpp推廣推廣：若：若m級，則級，則212CC,min1mmpwwp時討論討論： 1）按）按12ppmi選擇各級中間壓力，優(yōu)點：選擇各級中間壓力，優(yōu)點： a. 各級耗功相等各級耗功相等1C,g 111nniinwR Tn（總耗功（總耗功CC,iwmw有利于曲軸平衡有利于曲軸平衡 b. 各各缸終溫缸終溫相同相同nniTT11小于不如此分配時小于不如此分配時 各各缸缸終溫中最高者，有利于潤滑油工作及使可靠終溫中最高者，有利于潤滑油工作及使可靠性增加。性增加。 c. 各級散熱相同各級散熱相同TcnnqVi1各各中冷器散熱相等中冷器散熱相等Tcqpi中，） d.

9、各缸按比例縮小各缸按比例縮小 e. 對提高整機容積效率對提高整機容積效率 v 有利有利2）若分級）若分級m，則趨于定溫壓縮但由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，于體積龐大，系統(tǒng)復(fù)雜，可靠性下降，一般一般2- -4級。級。3）定溫效率）定溫效率(isothermal efficiency)C,C,CTTww8 84 4葉輪式壓氣機的工作原理葉輪式壓氣機的工作原理與活塞式壓氣機相比，葉輪式壓氣機結(jié)構(gòu)緊與活塞式壓氣機相比，葉輪式壓氣機結(jié)構(gòu)緊湊，輸氣量大，輸氣均勻且運轉(zhuǎn)平穩(wěn)，效率湊，輸氣量大，輸氣均勻且運轉(zhuǎn)平穩(wěn)，效率高。缺點是增壓比小。高。缺點是增壓比小。葉輪式壓氣機分為離心式與軸流式兩種型式。葉輪式壓氣機分為離心式與軸流式兩種型式。一、葉輪式壓氣機工作原理軸流式離心式二、葉輪式壓氣