工程熱力學課件04

多媒體教學課件華北電力大學能源與動力工程學院工程熱力學4-5多變過程第4章理想氣體的熱力過程壓氣機4-1定容過程4-2定壓過程4-3定溫過程4-4可逆絕熱過程4-6氣體的壓縮2定容過程定壓過程定溫過程可逆絕熱過程理想氣體的基本熱力過程基本熱力過程3研究熱力過程的目的、方法目的：以熱一律為基礎(chǔ)，理想氣體為工質(zhì)，分析可逆的基本熱力過程中能量轉(zhuǎn)換、傳遞關(guān)系，揭示過程中工質(zhì)狀態(tài)參數(shù)的變化規(guī)律及熱量和功量的計算。方法和手段：求出過程方程及計算各過程初終態(tài)參數(shù)；根據(jù)第一定律及理想氣體性質(zhì)計算過程中功和熱；畫出過程的p-v圖及T-s圖，幫助直觀分析過程中參數(shù)間關(guān)系及能量關(guān)系。4可用公式5定容過程定義：氣體比體積保持不變的過程。過程方程式：v=常數(shù)膨脹功：技術(shù)功：熱量：6定容過程p-v圖和T-s圖7定壓過程定義：氣體壓力保持不變的過程。過程方程式：p=常數(shù)膨脹功：技術(shù)功：熱量：8定壓過程p-v圖和T-s圖9定溫過程定義：氣體溫度保持不變的過程。過程方程式：T=常數(shù)膨脹功：技術(shù)功：熱量：10定溫過程p-v圖和T-s圖11定義：氣體與外界沒有熱量交換的過程。因此又稱為定熵過程過程方程式：可逆絕熱過程**12可逆絕熱過程膨脹功：技術(shù)功：熱量：13可逆絕熱過程p-v圖和T-s圖14T-s圖區(qū)分定容過程和定壓過程<15T-s圖區(qū)分定溫過程和定熵過程>164-5多變過程第4章理想氣體的熱力過程壓氣機4-1定容過程4-2定壓過程4-3定溫過程4-4可逆絕熱過程4-6氣體的壓縮17多變過程多變過程的方程式表示為下述形式：n稱為多變指數(shù)n=0，p=常數(shù)，定壓過程；n=1，pv=常數(shù)，定溫過程；n=，pv=常數(shù)，定熵過程；n=∞，v=常數(shù)，定容過程。18多變過程多變過程的過程方程式及初、終狀態(tài)參數(shù)關(guān)系式的形式與絕熱過程完全相同。多變過程中的u、h、s可按理想氣體的有關(guān)公式進行計算。19多變過程在狀態(tài)參數(shù)坐標圖上的表示n順時針方向增大。兩圖的過程線和區(qū)間一一對應(yīng)。dv>0,功量為正。ds>0,熱量為正。dT>0→du>0，dh>0。20多變過程在狀態(tài)參數(shù)坐標圖上的表示p-v圖上多變過程曲線的斜率為T-s圖上多變過程曲線的斜率為21多變過程的功量膨脹功技術(shù)功(n)22多變過程的熱量稱為多變熱容。23當n=0時，(定壓過程)當n=1時，(定溫過程)當n=時，(定熵過程)當n時，(定容過程)多變過程的熱量244-5多變過程第4章理想氣體的熱力過程壓氣機4-1定容過程4-2定壓過程4-3定溫過程4-4可逆絕熱過程4-6氣體的壓縮25壓氣機介紹26壓氣機介紹壓縮氣體的用途：

動力機、風動工具、制冷工程、化學工業(yè)、潛水作業(yè)、

醫(yī)療、休閑等。27

按工作原理分活塞式—壓頭高，流量小，間隙生產(chǎn)

葉輪式—壓頭低，流量大，連續(xù)生產(chǎn)

按壓頭高低分通風機—表壓0.01MPa以下鼓風機—表壓0.1~0.3MPa壓氣機—表壓0.3MPa以上注意：壓氣機不是動力機，壓氣機中進行的過程

不是循環(huán)壓氣機分類28單級活塞式壓氣機0-1：吸氣，傳輸推動功p1v1

1-2：壓縮，耗外功：2-3：排氣，傳輸推動功p2v2

壓氣機耗功：注意：壓氣機生產(chǎn)量通常用單位時間里生產(chǎn)氣體的標準立方米表示，不同于進氣或排氣狀態(tài)。29活塞式壓氣機原理30壓氣機壓縮過程壓縮過程存在兩個極限1）一個極限是定溫過程（n=1)2）一個極限是可逆絕熱過程（n=κ）3）實際壓縮過程是介于二者之前的多變過程（1<n<κ）31壓氣機壓縮過程2T：定溫過程；2s：絕熱過程；2n：多變過程32壓氣機的理論耗功定溫過程壓縮耗功為絕熱過程壓縮耗功為多變過程壓縮耗功為稱為增壓比33壓氣機的理論耗功理想壓縮是等溫壓縮34在p-v圖和T-s圖上表示壓縮氣消耗功在p-v圖和T-s圖上均可表示壓縮所消耗功35余隙容積產(chǎn)生原因布置進、排氣結(jié)構(gòu)制造公差部件熱膨脹36幾個名詞余隙容積:Vc（=V3）氣缸工作容積(活塞排量):

Vh(=V1–V3)余隙容積比:CV=Vc/Vh有效吸氣容積:Ves（=V1–V4）371-2質(zhì)量m1氣體壓縮：p1p2

2-3

氣體排向儲氣罐3-4

氣體膨脹p2

p14-1

氣體吸入氣缸生產(chǎn)量(每周期)：生產(chǎn)過程38容積效率討論：余隙容積對生產(chǎn)量的影響39余隙容積的影響40余隙容積對理論耗功的影響41即余隙對理論耗功無影響（實際上還是使耗功增大）。歸納：

余隙存在使1）生產(chǎn)量下降

2）實際耗功增大有害容積余隙容積對理論耗功的影響42

采用多級壓氣機時，可把壓縮過程分別在幾個氣缸中完成，可使每級氣缸的增壓比不會過高，也可便于按各級氣缸的工作壓力合理設(shè)計余隙比，因而多級壓縮的壓氣機可以得到較高的容積效率。

采用中間冷卻器，可降低壓縮過程中氣體的溫度，使壓縮終了溫度不致過高。也可以減少壓氣機所消耗的軸功（p-V圖中陰影面積)。sT13’22’多級壓氣機43有一個最佳增壓比兩級壓縮中間冷卻分析省功1vpp2p144最佳增壓比的推導省功1vpp2p145欲求w分級最小值，最佳增壓比的推導省功1vpp2p146w分級最小值最佳增壓比可證明若m級省功1vpp2p1最佳增壓比的推導47

潤滑油要求t<160~180℃,高壓壓氣機必須分級1vpp2p1Ts分級壓縮的其它好處48省功分級降低出口溫多級壓縮達到無窮多級(1)不可能實現(xiàn)(2)結(jié)構(gòu)復雜(成本高)所以，一般采用2~4級壓縮Tp2p1pv1分級壓縮的級數(shù)49活塞式壓氣機的定溫效率50離心式軸流式葉輪式壓氣機51葉輪式壓氣機：

轉(zhuǎn)速高；連續(xù)吸，排氣，運轉(zhuǎn)平穩(wěn)；排氣量大沒有余隙影響；但每級壓比不高。

葉輪式壓氣機熱力學分析：由于排量大，運轉(zhuǎn)快，難冷卻，可作絕熱壓縮考慮葉輪式壓氣機特點52理論耗功實際耗功實際多耗功葉輪式壓氣機的消耗功53葉輪式壓氣機的絕熱效率

壓氣機的絕熱效率是指在壓縮前氣體狀態(tài)相同，壓縮后氣體壓力