工程熱力學(xué)第九章

工程熱力學(xué)第九章1第1頁，課件共27頁，創(chuàng)作于2023年2月壓縮氣體的用途：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。概述2第2頁，課件共27頁，創(chuàng)作于2023年2月壓氣機(jī)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(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3第3頁，課件共27頁，創(chuàng)作于2023年2月另有羅茨式壓氣機(jī)(Rootsblower)等等壓氣機(jī)不是動(dòng)力機(jī)，壓氣機(jī)中進(jìn)行的過程不是循環(huán)4第4頁，課件共27頁，創(chuàng)作于2023年2月§9–1單級(jí)活塞式壓氣機(jī)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(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)。1-2：壓縮，耗外功0-1：吸氣，氣體對(duì)外做功p1V15第5頁，課件共27頁，創(chuàng)作于2023年2月二.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6頁，課件共27頁，創(chuàng)作于2023年2月討論：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(dòng)

打氣筒向輪胎充氣時(shí)用濕毛巾包在打氣筒外壁，會(huì)有

什么后果？Wc如何在T-s圖上表示？為什么？7第7頁，課件共27頁，創(chuàng)作于2023年2月§9–2余隙容積的影響一.余隙容積—clearancevolume

產(chǎn)生原因布置進(jìn)、排氣結(jié)構(gòu)制造公差部件熱膨脹幾個(gè)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8頁，課件共27頁，創(chuàng)作于2023年2月生產(chǎn)過程：1-2質(zhì)量m1氣體壓縮：p1p22-3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)：9第9頁，課件共27頁，創(chuàng)作于2023年2月二.余隙容積對(duì)生產(chǎn)量的影響容積效率—volumetricefficiency討論：σˉˉ-生產(chǎn)量mvh10第10頁，課件共27頁，創(chuàng)作于2023年2月三.余隙容積對(duì)理論耗功的影響WC11第11頁，課件共27頁，創(chuàng)作于2023年2月即余隙對(duì)理論耗功無影響（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12第12頁，課件共27頁，創(chuàng)作于2023年2月

§9–3多級(jí)壓縮和級(jí)間冷卻—multistagecompressionandinterveningcooling一.多級(jí)壓縮分級(jí)壓縮，級(jí)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13頁，課件共27頁，創(chuàng)作于2023年2月二.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(shí)14第14頁，課件共27頁，創(chuàng)作于2023年2月推廣：若m級(jí)，則討論：1）按選擇各級(jí)中間壓力，優(yōu)點(diǎn)：a）各級(jí)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(shí)各缸終溫中最高者，有利于潤(rùn)滑油工作及使可靠性增加。c）各級(jí)散熱相同各中冷器散熱相等）15第15頁，課件共27頁，創(chuàng)作于2023年2月d）各缸按比例縮小e）對(duì)提高整機(jī)容積效率v有利2）若分級(jí)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(jí)。3）定溫效率—isothermalefficiency4）真空泵(vacuumpump)的實(shí)質(zhì)也是壓氣機(jī)，是出口壓力為恒值—環(huán)境壓力，進(jìn)氣壓力不斷降低的壓氣機(jī)。，可逆定溫壓縮功與實(shí)際壓縮功之比16第16頁，課件共27頁，創(chuàng)作于2023年2月壓氣機(jī)若已實(shí)現(xiàn)等溫壓縮，是否還有必要進(jìn)行分級(jí)壓縮，中間冷卻，為什么？答：需要，雖然實(shí)現(xiàn)等溫壓縮后耗功最小，但若壓比過大，

v仍很小，分級(jí)后有助于提高

v，如圖。若以p1=0.1MPa，p2=2.5MPa

=0.04計(jì)算單級(jí)壓縮二級(jí)壓縮17第17頁，課件共27頁，創(chuàng)作于2023年2月活塞式壓氣機(jī)把0.1MPa，298k的空氣加壓到2.5MPa。試分別按單級(jí)壓縮和二級(jí)壓縮，中間冷卻，計(jì)算壓氣機(jī)容積效率及各缸終溫。已知解：?jiǎn)渭?jí)壓縮二級(jí)壓縮，中間冷卻18第18頁，課件共27頁，創(chuàng)作于2023年2月19第19頁，課件共27頁，創(chuàng)作于2023年2月§9–4葉輪式壓氣機(jī)(turbo-compressor)的工作原理

一.簡(jiǎn)介

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

沒有余隙影響；但每級(jí)壓比不高。二.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centrifugalcompressoraxial-flowcompressor20第20頁，課件共27頁，創(chuàng)作于2023年2月理論耗功實(shí)際耗功實(shí)際多耗功絕熱內(nèi)效率(adiabaticinternalefficiency)理想氣體21第21頁，課件共27頁，創(chuàng)作于2023年2月葉輪式壓縮機(jī)，氮?dú)膺M(jìn)口參數(shù)為p1=0.0972MPa，t1=20°c，出口壓力p2=311.11kPa，進(jìn)口處氮?dú)饬髁繗鈾C(jī)絕熱效率c,s=0.80，略去進(jìn)出口動(dòng)能差和位能差，求：1）壓氣機(jī)定熵壓縮的耗功量;2）實(shí)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?dú)猓簤?2第22頁，課件共27頁，創(chuàng)作于2023年2月解：1）23第23頁，課件共27頁，創(chuàng)作于2023年2月24第24頁，課件共27頁，創(chuàng)作于2023年2月*某大學(xué)實(shí)驗(yàn)室需4.9MPa壓縮空氣源，據(jù)市場(chǎng)調(diào)查，目前市售活塞式壓氣機(jī)余容比葉輪式壓氣機(jī)絕熱效率

cs=0.85，試提出初步方案及必要的分析計(jì)算（已知T0=290K，p0=0.1MPa）。解：中間壓力及壓力比25第25頁，課件共27頁，創(chuàng)作于2023年2月容積效率因?yàn)?/p>