工程热力学10-气体的压缩.ppt

第十章 气体的压缩 10-1 活塞式压气机的压气过程 压气机（或压缩机）是消耗机械功而产生高压气体（流体）的设备通称 按结构和工作原理 叶轮机（离心式和轴流式）活塞式 它们又有单级和多级之分 按提供压缩气体的压力范围划分 通风机、鼓风机、压缩机 从热力学角度上分析，原理相同，能量转换途径相同 外界输入机械能使工质流动，由此将机械能转换为工质的动能 快速流动的工质进入扩压管后又使动能转换为压力能 4→1 ，进气过程，消耗进气功 p1V1 1→2 ，压气过程，消耗压缩功 2→3，排气过程，消耗排气功 p2V2 压缩耗功 Wc= 进气功+压气功+排气功= 1. 单级活塞式压气机的压气过程 压缩耗功 Wc = 进气功 + 压气功 - 排气功 = 比功 习惯上取压气机消耗功为正 使气体从相同的初态压缩到相同的终压，定温压缩时压气机消耗的功最少，绝热压缩时压气机消耗的功最多，多变压缩时压气机消耗的功居中 2. 单级活塞式压气机压气耗功分析 压缩气体可分为定温、多变和定熵三种方式进行 多变压气过程理论上消耗的功 增压比 定比热理想气体 3. 活塞式压气机余隙容积的影响 上节所分析的单级活塞式压气机的工作过程，认为压缩后的气体在排气过程中全部排出气缸 实际上，为了安装进气阀门和排气阀门并避免活塞与气缸顶端碰撞，在活塞的上止点和气缸顶端之间必须留有一定的空隙，即所谓余隙容积Vc 这样，气缸中实际吸进气体的容积，即所谓有效容积（Ve）将小于活塞排量 (Vh) 有效容积与活塞排量之比称为容积效率 如果?、n不变， 如果 、n不变， 当余隙比和多变指数一定时，要想通过一级压缩就达到较高的增压比，将会显著降低容积效率 4. 带有中间冷却器的多级活塞式压气机的压气过程 多级活塞式压气机将气体在几个气缸中连续压缩，使之达到较高压力 同时，为了少消耗功，并避免压缩终了时气体温度过高，将前一级气缸排出的压缩气体引入中间冷却器中加以冷却，然后再进入下一级气缸继续进行压缩 在理论分析时，作如下假定： 定比热容理想气体，两级气缸中的压缩过程具有相同的多变指数n，且不存在摩擦 第二级气缸的进气压力等于第一级气缸的排气压力（即不考虑气体流经管道、阀门和中间冷却器时的压力损失）： p3=p2 两个气缸的进气温度相同（即认为进入第二级气缸的气体在中间冷却器中得到了充分的冷却）：T3 = T1 压缩耗功计算（两级压缩耗功） 在第一级进气压力p1（最低压力）和第二级排气压力p4（最高压力）之间，合理选择 p2，可使压气机消耗的功最少 为使wC, n最小，令 如果第一级和第二级气缸采用相同的增压比 ，那么压气机消耗的功将是最少的 这时两个气缸消耗的功相等，压气机消耗的功是每个气缸消耗功的两倍 由于有中间冷却器，压气机少消耗的功如图中面积23452所示 推广言之，对m级的多级压气机，各级增压比 压气机消耗的功为每一级气缸消耗功的m倍 5. 活塞式压气机的效率 绝热效率 多变效率 定温效率 10-2 叶轮式压气机的压气过程 叶轮式压气机主要有离心式压气机和轴流式压气机两种型式 其共同特点是工作连续（气体不断流进压气机，在压气机中不断压缩，压缩完毕的气体又不断流出压气机），而且压缩过程都很接近于绝热（大量气体很快流过压气机，平均每千克气体在短暂的压缩过程中散发的热量极少，可以忽略不计） 所以，叶轮式压气机中的压气过程都是绝热压缩流动过程，在作热力学分析时并没有什么不同 耗功计算（绝热 q = 0） 如果被压缩的是定比热容理想气体 如果压缩过程是可逆的(定熵压缩) 定比热容理想气体的定熵压缩过程 叶轮式压气机的效率一般采用绝热效率 如果认为叶轮式压气机中实际进行的不可逆绝热压缩过程接近一多变过程, n g 0 ,实际压缩功：