热力学第08章 压气机的热力过程

第八章压气机的热力过程概述：压气机：生产压缩气体的设备压缩气体的用途：内燃机：大型柴油机启动；二冲程机扫气；增压涡轮机：装置的一部分热能：锅炉供风制冷：装置的一部分汽车：车闸，公汽开、关门其它：气锤、气钻、风镐、通风、空调等压气机分类：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，

连续生产压气机—表压0.3MPa以上鼓风机—表压0.1~0.3MPa通风机—表压0.01MPa以下压头高低另有罗茨式压气机(Rootsblower),等等。压气机不是动力机，压气机中进行的过程不是循环§8–1单级活塞式压气机工作原理

和理论耗功量0-1：吸气，ｍ增加，状态不变，传输推动功p1v11-2：压缩，ｍ不变，升压升温，耗功2-3：排气，ｍ减少，状态不变，传输推动功p2v2一、工作原理注意：压气机不是动力机压气机中进行的是过程

不是循环二.理论耗功压缩过程耗功：压气机耗功：增压比：1、绝热压缩2、多变压缩3、等温压缩1、讨论：等温压缩理想2、通常为多变压缩,

1<n<k§8–2余隙容积的影响余隙容积Vc（=V3）

clearance

volume

产生原因：布置进、排气结构制造公差部件热膨胀排量

Vh(=V1–V3)

余隙容积比

=Vc/Vh有效吸气容积

Ves（=V1–V4）

一、余隙容积对生产量的影响容积效率讨论：二、余隙容积对理论耗功的影响即：余隙对单位产气量的理论耗功无影响（但实际上，存在摩擦，还是使耗功增大）。归纳：

余隙存在使

1）每周期生产量下降

2）每周期理论耗功减少，但单位产气量的理论耗功不变单位产气量的理论耗功§8–3多级压缩和级间冷却单级压缩，随p和T的升高，

v下降。多级压缩、级间冷却能保证示功图中间冷却器降温极限T3=T1耗功小于单级压缩耗功理论耗功分析耗功大小与pa有关令时推广：若m级，则：讨论：1）按选择各级中间压力，优点：a）各级耗功相等有利于曲轴平衡（总耗功）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。d）各级气缸容积按增压比递减e）对提高整机容积效率

v有利c）各级气缸散热相同各中冷器散热相等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）真空泵(vacuum

pump)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。§8–4叶轮式压气工作原理axial-flowcompressorcentrifugal

compressor原理：入口初步加速、导向叶片扩压、叶片加速，再扩压，

…逐级升压特点：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。叶轮式压气机热力学分析实际多耗功流量大，运转快，难冷却。绝热压缩过程理论耗功实际耗功绝热内效率

压气机装置产品：80-375m3/h

径流式鼓风机另有罗茨式压气机(Roots

blower)等作业：8-2、5、8、12

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。例题1

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：

分析活塞式压气机压头高流量小，叶轮式压气机压头低流量大，考虑到大学实验室用气量可能较小，但其压力却较大，故采用活塞式压气机较合适。为了保证一定的容积效率及设备和人身安全，考虑分级（2级）压缩中间冷却。中间压力及压力比例题1容积效率因为两级压气机σ相同，n相同，所以

VL

=

VH

=0.861例题1若叶轮式压气机可以实施如此大之压比，则

从以上数据（及另外储气筒容积）等分析，采用活塞式压缩机两级压缩中间冷却设计方案较合适。若一级压缩，则例题1

叶轮式压缩机，氮气进口参数p1=0.0972MPa，t1=20℃，出口压力p2=311.11kPa，进口处氮气流量。压气机绝热效率

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）作功能力损失I。t0=20℃

。例题2已知氮气：解：（1）（2）（3）例题2（4）例题2

有一储气柜内有初温t1=100°c，压力为p1=4.90MPa的氢气。氢气经渐缩喷管流入背压pb=3.9MPa的外界，设喷管的出口截面积A2=20mm2，试求：

1）氢气外射的速度及流量；

2）若初始条件不变，喷管不变，氢外射入大气，求外射时的流速及流量。（已知氢气Rg=4.12kJ/kg·k，cp=14.32kJ/kg·k）例题3

有一储气柜内有初温t1=100°c，压力为p1=4.90MPa的氢气。氢气经渐缩喷管流入背压pb=3.9MPa的外界，设喷管的出口截面积A2=20mm2，试求：

1）氢气外射的速度及流量；

2）若初始条件不变，喷管不变，氢外射入大气，求外射时的流速及流量。（已知氢气Rg=4.12kJ/kg·k，cp=14.32kJ/kg·k）解：1）首先确定p2例题3？=822m/s例题32）确定p2，由于pb=0.1MPa<pcr例题31kg水由t1=50℃、p1=0.1MPa经定熵增压过程到p2=15MPa。50℃时水v=0.0010121，，，并可以将它们视为定值。试确定水的终温及焓的变化量。例题4–第六章的尾巴1kg水由t1=50℃、p1=0.1MPa经定熵增压过程到p2=15MPa。50℃时水v=0.0010121，，，并可以将它们视为定值。