工程热力学第九章

工程热力学第九章1第一页，共二十七页，编辑于2023年，星期日压缩气体的用途：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2第二页，共二十七页，编辑于2023年，星期日压气机分类：

工作原理活塞式—压头高，流量小，

间隙生产叶轮式—压头低，流量大，

连续生产压头高低

通风机—表压0.01MPa以下鼓风机—表压0.1~0.3MPa压气机—表压0.3MPa以上3第三页，共二十七页，编辑于2023年，星期日另有罗茨式压气机(Rootsblower)等等压气机不是动力机，压气机中进行的过程不是循环4第四页，共二十七页，编辑于2023年，星期日§9–1单级活塞式压气机工作原理和理论耗功量一.工作原理2-3：排气，耗外功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。1-2：压缩，耗外功0-1：吸气，气体对外做功p1V15第五页，共二十七页，编辑于2023年，星期日二.理论耗功所以wC取决于初、终态及过程特征1.绝热压缩2.多变压缩3.等温压缩（定值比热容、理想气体、可逆过程）6第六页，共二十七页，编辑于2023年，星期日讨论：a）理想压缩是

等温压缩b）通常为多变压缩,1<n<k

思考题：

自行车压力通常应维持在0.25MPa左右，用手动

打气筒向轮胎充气时用湿毛巾包在打气筒外壁，会有

什么后果？Wc如何在T-s图上表示？为什么？7第七页，共二十七页，编辑于2023年，星期日§9–2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：气缸工作容积(活塞排量)

Vh(=V1–V3)余隙容积Vc（=V3）有效吸气容积V（=V1–V4）余隙容积比

=Vc/Vh8第八页，共二十七页，编辑于2023年，星期日生产过程：1-2质量m1气体压缩：p1p22-3气体排向储气罐3-4气体膨胀p2

p14-1气体吸入气缸生产量(每周期)：9第九页，共二十七页，编辑于2023年，星期日二.余隙容积对生产量的影响容积效率—volumetricefficiency讨论：σ¯¯­生产量mvh10第十页，共二十七页，编辑于2023年，星期日三.余隙容积对理论耗功的影响WC11第十一页，共二十七页，编辑于2023年，星期日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12第十二页，共二十七页，编辑于2023年，星期日

§9–3多级压缩和级间冷却—multistagecompressionandinterveningcooling一.多级压缩分级压缩，级间冷却。工程上需要高压气体，但压缩过程中随p升高T升高；

v下降。为使13第十三页，共二十七页，编辑于2023年，星期日二.理论耗功分析1n低压缸ap中冷器3n高压缸2每生产1kg压缩气体：令时14第十四页，共二十七页，编辑于2023年，星期日推广：若m级，则讨论：1）按选择各级中间压力，优点：a）各级耗功相等（总耗功有利于曲轴平衡

b）各缸终温相同小于不如此分配时各缸终温中最高者，有利于润滑油工作及使可靠性增加。c）各级散热相同各中冷器散热相等）15第十五页，共二十七页，编辑于2023年，星期日d）各缸按比例缩小e）对提高整机容积效率v有利2）若分级m，则趋于定温压缩

但由于体积庞大，系统复杂，

可靠性下降一般2-4级。3）定温效率—isothermalefficiency4）真空泵(vacuumpump)的实质也是压气机，是出口压力为恒值—环境压力，进气压力不断降低的压气机。，可逆定温压缩功与实际压缩功之比16第十六页，共二十七页，编辑于2023年，星期日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17第十七页，共二十七页，编辑于2023年，星期日活塞式压气机把0.1MPa，298k的空气加压到2.5MPa。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18第十八页，共二十七页，编辑于2023年，星期日19第十九页，共二十七页，编辑于2023年，星期日§9–4叶轮式压气机(turbo-compressor)的工作原理

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centrifugalcompressoraxial-flowcompressor20第二十页，共二十七页，编辑于2023年，星期日理论耗功实际耗功实际多耗功绝热内效率(adiabaticinternalefficiency)理想气体21第二十一页，共二十七页，编辑于2023年，星期日叶轮式压缩机，氮气进口参数为p1=0.0972MPa，t1=20°c，出口压力p2=311.11kPa，进口处氮气流量气机绝热效率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=20°c，求作功能力损失I。已知氮气：压22第二十二页，共二十七页，编辑于2023年，星期日解：1）23第二十三页，共二十七页，编辑于2023年，星期日24第二十四页，共二十七页，编辑于2023年，星期日*某大学实验室需4.9MPa压缩空气源，据市场调查，目前市售活塞式压气机余容比叶轮式压气机绝热效率

cs=0.85，试提出初步方案及必要的分析计算（已知T0=290K，p0=0.1MPa）。解：中间压力及压力比25第二十五页，共二十七页，编辑于2023年，星期日容积效率因为两级