第四章热力学第一定律及其应用.pptVIP

课时：6 要求：1、掌握不同过程的能量平衡方程及其应用； 2、了解气体压缩过程的有关计算。 内容： 4.1 闭系非流动过程的能量平衡 4.2 开系流动过程的能量平衡 4.3 稳流过程的能量平衡 4.4 气体压缩过程 能量分类 4.1 闭系非流动过程的能量平衡 4.2 开系流动过程的能量平衡 4.2 开系流动过程的能量平衡 4.2 开系流动过程的能量平衡 4.2 开系流动过程的能量平衡 4.3 稳流过程的能量平衡 4.4 气体压缩过程 常见压缩装置：压缩机、鼓风机、送风机等。 压缩机： 往复式压缩机式 叶轮式：常见离心式压缩机。 均需要外界输入功，要用气轮机、内燃机或其他原动机带动它们工作 冲程 活塞 排气活门 进气活门 往复式压缩机式工作原理 离心式压缩机工作原理：靠高速旋转的叶轮对 气体做功，使其动能和压力能增加，气体的压力和 流速得到提高。然后大部分气体动能通过一个扩压 器降低流速，动能转变为压力能，压力进一步提高， 在蜗壳处形成高压，最后引出压缩机外，完成吸气 一压缩排气过程。 离心式压缩机式工作原理 理想压缩过程：即可逆压缩过程， 指压缩过程不存在任何摩擦损耗，输 入的功都用于气体压缩，没有功耗散 为热，往复式压缩机，排气时汽缸中 的气体完全排除，不留余隙容积。 理想过程： 1、理想气体等温压缩过程： 则： 即压缩过程消耗的功全部转化为热： 曲线1→2a 4.4.1压缩过程热力学分析 P V 1 2c 3 4 2b 2a 6 5 P1 P2 压缩过程P-V图 P V 1 2c 3 4 2b 2a 6 5 P1 P2 2、理想气体绝热压缩过程： 则： 3、实际气体压缩过程，既不是等温，也不是绝热，称为多 变压缩过程。 多变指数 一般：1＜m＜K：有水夹套的往复式压缩机。 m＞K：离心式压缩机。 三种情况比较： 其中： ＜ ＜ TT＜Tm＜TK 4.4.1压缩过程热力学分析 曲线1→2c 曲线1→2b 4.4.2单级压缩机可逆轴功的计算 1、等温过程 由能量平衡方程： 对理想气体： 2、绝热过程 对理想气体： 4.4.2单级压缩机可逆轴功的计算 4.4.2单级压缩机可逆轴功的计算 对理想气体： K与气体性质有关： 单原子气体：K=1.667 双原子气体：K=1.40 三原子气体：K=1.333 混合气体： 4.4.2单级压缩机可逆轴功的计算 3、多变过程 对理想气体： 4、真实气体压缩功的计算 （1）压缩因子变化不大，则Zm可视为常数（压缩过程中） 等温过程： 4.4.2单级压缩机可逆轴功的计算 绝热过程： 多变过程： （2）易液化的气体，压缩因子变化很大，可采用热力学 图表计算 绝热过程： 多变过程： 4.4.3多级压缩功的计算 1、多级压缩的必要性： （1）压缩到很高的压力，由于实际的压缩过程接近于绝 热，出口压力受到压缩后温度的限制，终温必须低于压缩 机润滑油的闪点； （2）过高的温度会造成气体分解或聚合； （3）温度过高还会造成管道、汽缸、活门腐蚀和损坏。 F E D C B G H I P1 A P2 P2/ V P 4.4.3多级压缩功的计算 2、多级压缩比的确定 结论是：各级压缩比相等——总功耗最小。 以两级压缩为例推导： 理想气体由P1压缩至P3，中间压力为P2，计算可逆多变 压缩功： 值要最小，则它对压力P2的一阶偏导数为零。即： 4.4.3多级压缩功的计算 理想气体： 求导得： 由于： 同理，对于多级压缩存在类似关系 压缩比 实际压缩过程有水冷却器和油水分离器，存在压力降，使压缩比比理论值约大1.1~1.5倍 4.4.3多级压缩功的计算 3、多级压缩可逆轴功的计算 4.4.4气体压缩的实际功耗 实际压缩过程不能视为可逆过程： 实际压缩过程存在摩擦，使一部分功耗散为热：流体 流动阻力、可能的涡流、湍流、气体泄露、传动机械和 轴承之间的摩擦、活塞与汽缸摩擦等原因，使实际功比 可逆功大。 计算办法： 4.4.5 叶轮式压缩机（离心式和轴流式） 往复式压缩机的缺点：转速不高，间歇吸气和排气 以及有余隙容积的影响造成其排量不大。但是压缩比较大。 叶轮式压缩机转速比活塞高几十倍，能连续不断地吸气排气，没有余隙容积，因此机体不大排量较大。缺点是每级压缩比较小，要得到较高压力，需要很多级。此外气体流速大，各部分的摩擦损失大，机械效率低。 要求气量较大压缩比不太大时选用叶轮式压缩机，反之气量较小压缩比要求较高时采用往复式压缩机。 4.4 气体压缩过程 例4-6 设空