理想气体的热力过程及气体压缩课件

1、第 四 章 理想气体的热力过程及气体压缩,1,理想气体的热力过程及气体压缩,第一节 分析热力过程的目的和方法,一、分析热力过程的目的和任务,工程上实施热力过程的主要目的： 完成一定的能量转换； 使工质达到一定的热力状态； 具体地说，就是力求通过有利的外部条件，合理安排热力过程，达到提高热能和机械能转换效率的目的。,研究热力过程的基本任务： 根据过程进行的条件，揭示状态变化规律与能量传递之间的关系，从而计算热力过程中工质状态参数的变化及传递的能量、热量和功量。,3,理想气体的热力过程及气体压缩,二、热力过程中工质参数变化值的计算 1.初、终状态基本参数（p、 v、T）的计算，依据：,（1）pv

2、=RT 及,（2）过程方程式 p=f(v),2.过程中理想气体内能、焓和熵变化值的计算：,焓变化,内能变化,将 q =du+pdv=cVdT+ pdv 代入上式，得,由pv =RT 并取cV为定值得,由pv =RT 并取cp为定值得,利用式 cp-cV=R整理后可得,三、热力过程中能量传递的计算,8,理想气体的热力过程及气体压缩,四、分析热力过程的一般步骤 1) 确定过程方程-该过程中参数变化关系,根据已知参数及过程方程求未知参数 用T - s 与 p - v 图表示,4) 求,5) 计算w , wt , q,第二节 绝热过程,绝热,可逆,说明: 不能说绝热过程就是等熵过程, 必须是可逆绝热过

3、程才是等熵过程。,一、绝热过程的过程方程式,当,理想气体,二、过程初、终状态之间的关系,12,理想气体的热力过程及气体压缩,三、过程在p-v,T-s图上的表示,s,T,v,p,四、绝热过程的能量转换,内能变化,焓变化,熵变化,状态参数的变化与过程无关,膨胀功 w,技术功 wt,热量 q,第三节 多变过程的综合分析,一、多变过程方程及多变比热容,过程方程,n是常量，称为多变指数， 每一过程有一 n 值,n = k,s,（表示定熵过程）,多变指数,p=常数，表示定压过程,pv =常数，表示定温过程,pvk =常数，表示定熵过程,v =常数，表示定容过程,多变过程的功量及多变比热,多变过程比热容,当

4、1nk时，cn为负值,二、多变过程分析,1.多变过程在p-v,T-s图上的分析,p-v图,多变过程在p-v图上的斜率公式为：,在p-v图上，通过同一状态的定熵线的斜率的绝对值总是大于定温线的，所以定熵线比定温线陡。,T-s图,多变过程在T-s图上的斜率公式为：,在T-s图上，通过同一状态的定容线的斜率的绝对值总是大于定压线的，所以定容线比定压线陡。,多变过程在p-v,T-s图上的表示,s,T,v,p,2.过程中q,w和u正负值的判断,u在p-v,T-s图上的变化趋势,s,T,v,p,u,T,=,u0,u0,23,理想气体的热力过程及气体压缩,h在p-v,T-s图上的变化趋势,s,T,v,p,h

5、,T,=,u0,u0,h0,h0,24,理想气体的热力过程及气体压缩,w在p-v,T-s图上的变化趋势,s,T,v,p,u0,u0,h0,h0,w0,w0,25,理想气体的热力过程及气体压缩,wt在p-v,T-s图上的变化趋势,s,T,v,p,u0,u0,h0,h0,w0,w0,wt0,wt0,26,理想气体的热力过程及气体压缩,q在p-v,T-s图上的变化趋势,s,T,v,p,u0,u0,h0,h0,w0,w0,wt0,wt0,q0,T,q0,27,理想气体的热力过程及气体压缩,u,h,w,wt,q在p-v,T-s图上的变化趋势,s,T,v,p,u0,u0,h0,h0,w0,w0,wt0,w

6、t0,q0,u,h(T) w(v) wt(p) q(s),q0,28,理想气体的热力过程及气体压缩,p-v,T-s图练习（1）,s,T,v,p,压缩、升温、放热的过程，终态在哪个区域？,29,理想气体的热力过程及气体压缩,p-v,T-s图练习（2）,s,T,v,p,膨胀、降温、放热的过程，终态在哪个区域？,30,理想气体的热力过程及气体压缩,p-v,T-s图练习（3）,s,T,v,p,膨胀降压、升温、吸热的过程，终态在哪个区域？,31,理想气体的热力过程及气体压缩,在 p-v 图上确定T 增大及 s 增大方向 在 T-s 图上确定 p 增大及 v 增大方向,利用特殊过程的特性，如,利用过程的能

7、量关系，如,p-v,T-s图练习,看【例41】 【例42】 【例43】 【表41】,第四节 压气机的理论压缩轴功,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,压力范围,通风机 p115kPa,鼓风机 115p350kPa,压气机 p350kPa,回转容积式,引射式,一、单级活塞式压气机工作原理,余隙容积： 活塞的左死点位置与气缸头之间的间隙。,单级活塞式压气机的工作过程分三个阶段： 吸气过程：当活塞自左死点向右移动时，进气阀开启，排气阀关闭，初态为p1、T1的气体被吸入气缸。活塞到达右死点时进

8、气阀关闭，吸气过程完毕。气缸自缸外被吸入缸内的整个吸气过程中p1、T1没有变化，但质量不断增加。,压缩过程：进、排气阀均关闭，活塞在外力的推动下自右死点向左运动，缸内气体被压缩升压。在压缩过程中质量不变，压力及温度p1、T1由变为p2、T2 。 排气过程：活塞左行到某一位置时，气体压力升高到预定压力p2，排气阀被顶开，活塞继续左行，把压缩气体排至储气罐或输气管道，直至左死点，排气完毕。排气过程中气体的热力状态p2、T2没有变化。 理论压气过程： 不考虑余隙容积的影响；压缩过程可逆；不考虑进、排气阀阻力损失；排气压力与外界压力相等； 升压比（或压力比） 压缩过程中，气体终压p2与初压p1的比值。

9、,二、单级活塞式压气机理论压气轴功的计算,0-1：吸气，传输推动功p1V1 1-2：压缩，耗外功,2-3：排气，传输推动功p2V2,压气机耗功：,WC=Wt=Ws=,压气机所耗轴功取决于压缩过程的初、终状态和压缩过程的性质。 对压缩过程1-2存在两种极端情况，一是定熵，二是定温。 实际压气机都采用冷却措施，压缩过程为介于定温与定熵之间的多变过程。,三种压气过程的参数关系,38,理想气体的热力过程及气体压缩,三种压气过程功的计算,最小,重要启示,39,理想气体的热力过程及气体压缩,对 pVn= 常数求导 得到 -Vdp = npdV,轴功等于多变指数n乘以膨胀功,【例4-4】,40,理想气体的热

10、力过程及气体压缩,第五节 活塞式压气机的余隙影响,活塞排量,研究V3对耗功和排气量的影响,有效吸气容积,余隙百分比c：,一、余隙对排气量的影响,定义容积效率,余隙比c,工程上一般0.030.08,2,3,4,2,4,如左图，当余隙容积V3一定时， 升压比越大，有效吸气量越小， 容积效率越小。,极限情况V=0,压力比越大越不利，当需要获得较高压力时，必须采用多级压缩,二、余隙对理论压气轴功的影响,设12和43两过程n相同,余隙对理论压气轴功的影响,余隙对单位产气量耗功不影响,p1V=mRT1,余隙对理论压气轴功的影响,余隙对单位质量耗功无影响，但是，有余隙时，进气量减小，气缸容积不能充分利用，当

11、压缩同量气体时，需采用气缸较大的压气机。 这一有害影响随压力比的增大而增大。 应尽量减小余隙容积。,第六节 多级压缩及中间冷却,气体压缩终了温度过高将影响气缸润滑油的性能，并可能造成运行事故。,各种气体的压气机对压缩终了温度都有限定的数值。 空压机的排气温度一般不允许超过160180。,47,理想气体的热力过程及气体压缩,一、多级活塞式压气机的工作过程,降低了排气温度,节省了功的消耗,48,理想气体的热力过程及气体压缩,二、级间压力的确定,设T2=T1，则p1V1=p2V2，代入上式整理得,49,理想气体的热力过程及气体压缩,二、级间压力的确定,由上式可见，Ws随p2而变化,要求Ws为最小时的p2值，可求极值点。,令dWs/dp2=0,可得,50,理想气体的热力过程及气体压缩,二、级间压力的确定,依此类推，对z级压缩,51,理想气体的热力过程及气体压缩,b）各级耗功相等，利于曲轴平衡,总耗功,a）各级气缸终温相同,c）各级散热相同，而且每级的中间冷却器向外放出的热量也相等,d）对提高整机容积效率v有利,三、