工程熱力學(xué)與傳熱學(xué)氣體壓縮及動(dòng)力過(guò)程

1、工程熱力學(xué)與傳熱學(xué)氣體壓縮及動(dòng)力過(guò)程第1頁(yè)，共21頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)21分，星期三壓氣機(jī)是生產(chǎn)壓縮氣體的設(shè)備，它不是動(dòng)力機(jī)，而是用消耗機(jī)械能來(lái)得到壓縮氣體的一種工作機(jī)。6.1 壓氣機(jī)的壓氣過(guò)程第2頁(yè)，共21頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)21分，星期三通風(fēng)機(jī)（0.01MPa) 鼓風(fēng)機(jī)（0.010.2MPa) 壓氣機(jī)（0.2MPa)壓氣機(jī)的分類：按工作原理和構(gòu)造來(lái)分：活塞式壓氣機(jī) 葉輪式壓氣機(jī)特殊引射式壓縮器按壓縮氣體壓力范圍來(lái)分：第3頁(yè)，共21頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)21分，星期三真空泵第4頁(yè)，共21頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)21分，星期三一、單級(jí)活塞式壓氣機(jī)的壓氣

2、過(guò)程41：氣體進(jìn)入氣缸12：氣體在氣缸內(nèi)被壓縮23：氣體流出氣缸第5頁(yè)，共21頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)21分，星期三可能的壓縮過(guò)程：絕熱過(guò)程：定溫過(guò)程：實(shí)際過(guò)程：過(guò)程進(jìn)行緩慢，冷卻理想過(guò)程進(jìn)行很快，且無(wú)冷卻有冷卻但不充分二、壓氣機(jī)的理論耗功量sTn定溫壓縮耗功最少、終溫最低n = k1n k第6頁(yè)，共21頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)21分，星期三多變壓氣過(guò)程理論消耗功：可逆絕熱壓縮：可逆多變壓縮：可逆定溫壓縮：壓縮比：第7頁(yè)，共21頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)21分，星期三空氣濾清器進(jìn)氣閥氣 缸活 塞散熱片排氣閥單級(jí)活塞式壓氣機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖單級(jí)活塞式壓氣機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖第8頁(yè)，共21

3、頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)21分，星期三二、余隙容積的影響 活塞運(yùn)動(dòng)到上死點(diǎn)位置時(shí)，活塞頂面與氣缸蓋間留有一定的空隙，稱為余隙容積。余隙容積壓縮過(guò)程排氣，狀態(tài)不變殘留氣體膨脹進(jìn)新氣，狀態(tài)不變 上止點(diǎn)（上死點(diǎn)）第9頁(yè)，共21頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)21分，星期三氣缸排量余隙容積的存在使產(chǎn)氣量下降有效吸氣容積容積效率設(shè)1-2和3-4都為多變過(guò)程，且n相等，則第10頁(yè)，共21頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)21分，星期三生產(chǎn)量減少生產(chǎn)量為零增壓比余隙容積比增壓比增大， hV 越低； 增大到某值時(shí)hV 為零。第11頁(yè)，共21頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)21分，星期三設(shè)12和43兩過(guò)程

4、n 相同理想情況下，余隙容積對(duì)單位產(chǎn)氣量功耗無(wú)影響；實(shí)際情況并非如此。第12頁(yè)，共21頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)21分，星期三(一)工作原理及簡(jiǎn)圖雙級(jí)活塞式壓氣機(jī)示意圖 冷卻水三 雙級(jí)活塞式壓氣機(jī)的工作過(guò)程第13頁(yè)，共21頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)21分，星期三p30p2p114623多變過(guò)程定溫線45二)、雙級(jí)活塞式理想壓縮機(jī) p-V 圖雙級(jí)壓縮省功而且壓縮終溫較低，有利于潤(rùn)滑。單級(jí)壓縮：面積012560p1p4：雙級(jí)壓縮：面積0123460pV雙級(jí)活塞式壓氣機(jī)p-V圖第14頁(yè)，共21頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)21分，星期三三)、雙級(jí)活塞式壓氣機(jī)的耗功及最佳增壓比壓縮1kg

5、氣體所消耗的功 在p1和p4 間合理選擇p2，可使壓氣機(jī)消耗的功最少。對(duì)上式求一階導(dǎo)數(shù)并令其等于零，結(jié)果解得即第15頁(yè)，共21頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)21分，星期三耗功最小，則兩級(jí)增壓比應(yīng)相同，這個(gè)增壓比稱為最佳增壓比。壓氣機(jī)消耗的功是每個(gè)氣缸消耗功的兩倍第16頁(yè)，共21頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)21分，星期三采用最佳增壓比，且有效冷卻，則各級(jí)耗功相同，每一級(jí)均為m級(jí)壓縮，最佳增壓比為第17頁(yè)，共21頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)21分，星期三 雙級(jí)壓縮中間冷卻T-s圖 p2p3T2p11T1sT3322qLqH采用最佳增壓比進(jìn)行雙級(jí)壓縮的優(yōu)點(diǎn)：1、省功2、各缸負(fù)荷均勻3、終溫

6、相同，各缸散熱量相等第18頁(yè)，共21頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)21分，星期三采用多級(jí)壓縮，級(jí)間冷卻，當(dāng)級(jí)數(shù)趨向無(wú)窮多時(shí)壓縮過(guò)程趨向等溫壓縮，此時(shí)消耗的壓縮功應(yīng)最小？ 純粹從熱力學(xué)理論來(lái)看是這樣，但實(shí)踐中多級(jí)壓氣機(jī)用于生產(chǎn)高壓的壓縮氣體時(shí)，級(jí)數(shù)不能過(guò)多，級(jí)數(shù)過(guò)多會(huì)使機(jī)構(gòu)復(fù)雜，造價(jià)增高，運(yùn)行可靠性下降，活塞式壓氣機(jī)一般常用的為兩級(jí)或三級(jí)，最多不超過(guò)六級(jí)。第19頁(yè)，共21頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)21分，星期三四 葉輪式壓氣機(jī) 優(yōu)點(diǎn)：流量大、氣體能無(wú)間歇地連續(xù)流進(jìn)流出 徑流式（即離心式） 軸流式 機(jī)械能增加動(dòng)能壓力增加葉片擴(kuò)壓管第20頁(yè)，共21頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)21分，星期三任意工質(zhì)、任意絕熱過(guò)程壓縮每千克氣體