工程热力学课件第09章

工程热力学课件,华北电力大学（北京）动力工程系工程热物理教研室制作2005年5月,第九章 压气机的热力过程,压缩气体的用途： 动力机、风动工具、制冷工程、 化学工业、潜水作业、医疗、休闲等。,概述,罗茨式压气机,按工作原理分,活塞式压头高，流量小，间隙生产,叶轮式压头低，流量大，连续生产,按压头高低分,通风机表压0.01MPa以下,鼓风机表压0.10.3MPa,压气机表压0.3MPa以上,压气机分类：,压气机不是动力机，压气机中进行的是过程不是循环,91 单级活塞式压气机工作原理和理论耗功量,一.工作原理,0-1：吸气，传输推动功 p1v11-2：压缩，耗外功,2-3：排气，传输推动功p2v2,压气机耗功：,注意：压气机生产量通常用单位时间里生产气体的标准 立方米表示，不同于进气或排气状态。,二.理论耗功,所以wC取决于初、终态及过程特征,1.绝热压缩,2.等温压缩,3.多变压缩,讨论：a）,理想压缩是 等温压缩,b）通常为多变压缩,1nk,92 余隙容积的影响,一.余隙容积clearancevolume,产生原因,布置进、排气结构,制造公差,部件热膨胀,几个名词：,余隙容积: Vc（=V3）,气缸工作容积(活塞排量): Vh(=V1V3) -cylinderdisplacement;strokevolume; pistondisplacement; pistonsweptvolume,余隙容积比: (clearance-to-piston displacement ratio) =Vc/Vh,有效吸气容积: Ves（=V1V4）,生产过程： 1-2 质量m1 气体压缩：p1p2,2-3 气体排向储气罐,3-4 气体膨胀 p2p1,4-1 气体吸入气缸,生产量(每周期)：,二.余隙容积对生产量的影响,容积效率volumetricefficiency,讨论：,三.余隙容积对理论耗功的影响,即余隙对理论耗功无影响（实际上还是使耗功增大）。,归纳： 余隙存在使 1）生产量下降,2）实际耗功增大,有害容积,采用多级压缩时，可把压缩过程分别在几个气缸中完成，可使每级气缸的增压比不会过高，也可便于按各级气缸的工作压力合理设计余隙比，因而多级压缩的压气机可以得到较高的容积效率。,采用中间冷却器，可降低压缩过程中气体的温度，使压缩终了温度不致过高。也可以减少压气机所消耗的轴功（p-V图中阴影面积)。,93 多级压缩和级间冷却,两级压缩中间冷却分析,有一个最佳增压比,省功,最佳增压比的推导,省功,最佳增压比的推导,省功,欲求w分级最小值，,最佳增压比的推导,省功,w分级最小值，,最佳增压比,可证明若m级,分级压缩的其它好处,润滑油要求t160180,高压压气机必须分级,分级压缩的级数,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,活塞式压气机的定温效率isothermalefficiency,例：压气机若已实现等温压缩，是否还有必要进行分级压缩，中间冷却，为什么？,答：需要，虽然实现等温压缩 后耗功最小，但若压比过 大， v仍很小，分级后有 助于提高 v，如图。,若以p1=0.1MPa，p2=2.5MPa =0.04计算,单级压缩,二级压缩,例：活塞式压气机把0.1MPa，298k的空气加压到2.5MP。 试分别按单级压缩和二级压缩，中间冷却，计算压气机容积效率及各缸终温。已知,解：单级压缩,二级压缩，中间冷却,95 叶轮式压气机(turbo-compressor) 工作原理,centrifugal（离心式）compressor,axial-flow(轴流式） compressor,一.简介,叶轮式压气机：,转速高；连续吸，排气，运转平稳；排气量大没有余隙影响；但每级压比不高。,二.叶轮式压气机热力学分析,由于排量大，运转快，难冷却，可作绝热压缩考虑,理论耗功,实际耗功,实际多耗功,绝热内效率(adiabaticinternalefficiency),理想气体,气机绝热效率c,s=0.80，略去进出口动能差和位能差，求： 1）压气机定熵压缩的耗功量; 2）实际耗功量; 3）由于不可逆而多耗功wt; 4）若t0=20c，求作功能力损失I。 已知氮气：,压,例：叶轮式压缩机，氮气进口参数为p1=0.0972MPa，t1=20c， 出口压力p2=311.11kPa，进口处氮气流量,解：1）,1. 如果多级压缩的分级越多，且每两级之间均设置中间冷却措施，则压气机消耗的轴功将减少的越多，试问压气机消耗的轴功是否存在最小的极限值？ 2. 如果通过各种冷却方法而使压气机