工程热力学-04.ppt

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工程热力学-04

第四章 理想气体的热力过程及气体压缩 本章基本知识点 熟练掌握定容、定压、定温、绝热、多变过程中状态参数p、v、T、u、h、s的计算,过程量Q、W的计算,以及上述过程在p-v 、T-s图上的表示。 目的: 研究外部条件对热能和机械能转换的影响,通过有利的外部条件,达到合理安排热力过程,提高热能和机械能转换效率的目的。 实例: 取开口系统的气体压缩 §4-1 分析热力学过程的目的及方法 研究热力学过程的步骤 热力过程中工质参数变化值的计算 理想气体的熵 理想气体的熵 热力过程中传递能量的计算 §4-2 绝热过程 理想气体 s 的过程方程 理想气体 s 的过程方程 理想气体 s 的初、终态 理想气体 s 的p-v 图和 T-s 图 理想气体 s ? u, ? h, ? s,的计算 理想气体 s w,wt ,q的计算 §4-3 多变过程的综合分析 多变过程与基本过程的关系 理想气体的基本过程 理想气体 n ? u, ? h, ? s,的计算 理想气体 n w,wt ,q的计算 理想气体基本过程的计算 理想气体基本过程的p-v,T-s图 理想气体基本过程的p-v,T-s图 理想气体基本过程的p-v,T-s图 理想气体基本过程的p-v,T-s图 理想气体基本过程的p-v,T-s图 p-v图和T-s图上的曲线簇 p-v,T-s图练习(1) p-v,T-s图练习(2) p-v,T-s图练习(3) u,h,w,wt,q在p-v,T-s图上的变化趋势 §4-4 压气机的理论压缩轴功 活塞式压气机的压气过程 单级活塞式压气机理论压气轴功的计算 2.理论压气轴功的计算 可能的压气过程 三种压气过程的参数关系 三种压气过程功的计算 §4-5 活塞式压气机的余隙影响 §4-6 多级压缩及中间冷却 多级活塞式压气机工作原理 分级压缩的级数 降低出口温 级间压力的确定 级间压力的确定 级间压力的确定 最佳级间压力的其他有利效果 最佳级间压力的其他有利效果 s T v p 压缩、升温、放热的过程,终态在哪个区域? s T v p 膨胀、降温、放热的过程,终态在哪个区域? 1 1 2 2 s T v p 膨胀、升温、吸热的过程,终态在哪个区域? 1 2 1 2 s T v p ?u0 ?u0 ?h0 ?h0 w0 w0 wt0 wt0 q0 u↑,h ↑(T ↑) w ↑(v ↑) wt ↑(p ↓) q ↑(s ↑) q0 压气机的作用 生活中:自行车打气。 工业上:锅炉鼓风、出口引风、炼钢、燃气轮机、制冷空调等等 型式结构 活塞式(往复式) 离心式 轴流式 叶轮式连续流动 压力范围 通风机 鼓风机 压气机 出口当连续流动 理论压气功(可逆过程) 指什么功 目的:研究耗功,越少越好 技术功wt B A 单级活塞式压气机工作原理 单级活塞式压气机工作原理 B A 经历三个过程: 吸气过程:p1, T1无变化,质量增加 压缩过程:p1, T1 到p2, T2 排气过程: p2, T2无变化,质量减少 理论压气过程 1)假设活塞在左死点时,活塞与气缸间无余隙存在 2)压缩过程是可逆的,气体流过进、排气阀时没有阻力损失 3)气缸中排气压力等于储气罐压力 4 3 等于热力过程1-2的压缩功和进气、排气所耗功之代数和。 如图压缩mkg气体的理论压缩轴功: 因为 故得 (1)、特别快,来不及换热。 (2)、特别慢,热全散走。 (3)、实际压气过程是 s T n 最小 重要启示 避免活塞与进排气阀碰撞,留有空隙 余隙容积 压缩过程 排气,状态未变 残留气体膨胀 进新气,状态未变 余隙对排气量的影响 余隙百分比: 余隙效率: V3一定,如果升压比增大,则有效吸气量减少,则 λv 要减小。 当升压比达到某一极限时,则新气完全不能进入气缸, λv =0。 可见,压力比越大越不利。 因此,当需要较高压力时,必须采用多级压缩。 余隙对理论压气轴功的影响 结论: 1. 无论有无余隙,压缩每kg气体所需的理论压气轴功的相等; 2. 有余隙容积时,进气量减小,气缸容积不能被完全利用; 3. 当压缩同量气体时,要用气缸较大的机器; 4. 设计制造活塞式压气机时,应该尽量减小余隙容积。 空气压缩机的排气温度一般不许超过160~180 ℃ 气体压缩终了温度过高将影响气缸润滑油的性能; 气体压缩终了温度过高还会影响压气机的容积效率; 因此,为要获得较高压力的压缩气体时,常采用具有中间冷却设备的多级压气机。 有一个最佳增压比 省功 省功 分级 降低出口温 多级压缩达到 无穷多级 (1)不可能实现 (2)结构复杂(成本高) 所以,一般采用 2 ~ 4 级压缩 T 润滑油要求t160~180℃,高压压气机必须分级 省功 欲求ws最

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