大学物理化学授课课件压气机的压气过程(本科专业)

2020年5月1日,第八章压气机的压气过程,1,8-1压气过程的热力学分析,第八章压气机的压气过程,8-2活塞式压气机的压气过程,8-3多级压缩,8-4压气机效率,2020年5月1日,第八章压气机的压气过程,2,按照热力学的能量转换的观点，各种压气机的压气过程基本上是相同的。,设压气过程为可逆过程：,压气机以消耗功量为代价提高气体压力的设备。,压气机的能量方程：,8-1压气过程热力学分析,2020年5月1日,第八章压气机的压气过程,3,工程中的压缩过程，可抽象为绝热压缩、定温压缩和多变压缩。,多变压缩中压气机的耗功可按下式计算：,2020年5月1日,第八章压气机的压气过程,4,定温过程中压气机的耗功：,多变过程中压气机的耗功：,2020年5月1日,第八章压气机的压气过程,5,不同压缩过程的压缩终了温度,绝热压缩时被压缩工质的温度升高最大。而压缩过程冷却得越好，越接近定温过程，被压缩工质的温升就越小。压气机压缩过程工质温度过高，会引起压气机润滑油结焦、活塞环粘结等问题。,实际使用中，为了减少压气机的耗功，降低压缩终了工质的温度，应采用冷却措施，使压缩过程接近定温压缩过程。,2020年5月1日,第八章压气机的压气过程,6,工作容积：,有效进气容积：,最大容积：,余隙容积：,压气机的轴功可按压气过程各过程功的代数和来计算，即,可见，可用过程线所包围的面积表示压气机消耗的轴功。,8-2活塞式压气机的压气过程,2020年5月1日,第八章压气机的压气过程,7,将描述各过程的特征关系p1p4、v1v4、p2p3、v2v3及m1m2、m3m4代入上式，得到,设压缩过程1-2和膨胀过程3-4具有相同的过程性质，即,压气机的轴功为,m1m3m为每一循环活塞式压气机输出气体的质量，所以按压气机输出单位质量气体计算，压气机的轴功可表示为,余隙容积理论上不影响压缩单位质量气体所消耗的轴功，但实际上由于存在膨胀和压缩过程的不可逆损失，压气机耗功会增加。,2020年5月1日,第八章压气机的压气过程,8,容积效率,由于有余隙容积，有效吸气容积V1V4总是小于工作容积Vh，气缸工作容积不能充分利用。通常用容积效率V表示压气机工作容积的利用率。,改写为,将多变过程关系式代入上式，即有,余隙比V3/Vh、压力升高比p2/p1增大，都会导致容积效率降低。单级压缩时，p2/p1一般10左右，如需更高压力，应采用多级压缩。,2020年5月1日,第八章压气机的压气过程,9,8-3多级压缩,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。也可减少压气机所消耗的轴功（p-V图中阴影面积)。,2020年5月1日,第八章压气机的压气过程,10,中间压力对耗功的影响,两级压气机所消耗的轴功为,设气体在中冷器充分冷却，即T2T1，以及两级压缩过程的多变指数相同，即n1n2n，则上式可写为,上式中，p1取决进气环境，p3取决使用要求，均是不可改变的。因此(ws)c仅取决于p2，即(ws)cf(p2)，对其求极值，可得压气机消耗的功为极小值时中间压力p2的值应为,即各级压气机增压比相同时，采用中间冷却措施的压气机耗功最少。,或,2020年5月1日,第八章压气机的压气过程,11,8-4压气机效率,无冷却压缩机的压缩过程的理想过程是定熵过程。压气机的绝热效率c,s为态及终了压力与实际绝热压气过程相同的定熵压气过程的轴功与实际绝热压气过程轴功之比。即,定熵压气过程轴功,实际绝热压气过程轴功,因此有,根据c,s，便可利用定熵过程的轴功及终态参数，计算实际压气过程消耗的轴功及压气过程的终态参数。一般轴流式及离心式压气机的绝热效率为0.800.90。,2020年5月1日,第八章压气机的压气过程,12,采用冷却措施的压气机的理想压气过