工程熱力學(xué)第四章-第12-13節(jié)

工程熱力學(xué)

EngineeringThermodynamics北京航空航天大學(xué)第四章理想氣體的熱力過程及氣體壓縮分析熱力過程的目的及一般方法絕熱過程多變過程的綜合分析壓氣機(jī)的理論壓縮軸功活塞式壓氣機(jī)的余隙影響多級壓縮及中間冷卻分析熱力過程的目的和任務(wù)目的：研究外部條件對熱能和機(jī)械能轉(zhuǎn)換的影響，通過有利的外部條件，達(dá)到合理安排熱力過程，提高熱能和機(jī)械能轉(zhuǎn)換效率的目的。任務(wù)：揭示狀態(tài)變化規(guī)律與能量傳遞之間的關(guān)系，從而計(jì)算熱力過程中工質(zhì)狀態(tài)參數(shù)的變化以及與外界交換的熱量與功量。利用外部條件,合理安排過程，形成最佳循環(huán)對已確定的過程，進(jìn)行熱力計(jì)算分析熱力過程的一般方法實(shí)際工質(zhì)實(shí)際過程復(fù)雜，不易分析理想工質(zhì)簡單過程簡單，易于分析簡化抽象1.簡化2.分析3.修正利用熱力學(xué)第一定律、工質(zhì)性質(zhì)及過程方程進(jìn)行分析內(nèi)容：狀態(tài)參數(shù)的變化，熱量與功量的交換實(shí)際過程不同于簡單過程，需根據(jù)實(shí)際情況對結(jié)果進(jìn)行修正?；具^程歸納分類分析熱力過程的一般步驟1.建立物理模型選定熱力系，標(biāo)明邊界，畫出示意圖，列舉有關(guān)假設(shè)2.建立數(shù)學(xué)模型

根據(jù)不同熱力系的特點(diǎn)，列出相關(guān)的方程3.求解數(shù)學(xué)模型，確定初、終態(tài)狀態(tài)參數(shù)4.計(jì)算過程中傳遞的熱量和功量。計(jì)算 計(jì)算能量方程多變過程的綜合分析PolytropicProcess多變過程：凡過程方程為的過程稱為多變過程，其中n為多變指數(shù)。n——對于某個指定的多變過程，n為常數(shù)對于不同的多變過程，n有不同的值n＝0時，p＝Const，表示定壓過程n＝1時，pv＝Const，表示定溫過程n＝k時，pvk＝Const，表示絕熱過程n＝±∞時，v＝Const，表示定容過程基本熱力過程多變指數(shù)n實(shí)際過程可用多段多變過程近似表示，其中每個多變過程的多變指數(shù)n可由該多變過程的初、終態(tài)求出。如果已知（p1,v1）（p2,v2），即可求出n。多變過程的能量轉(zhuǎn)換多變過程比熱容多變過程的p-v圖和T-s圖多變過程的過程方程：多變過程在pv圖上的斜率：多變過程在Ts圖上的斜率：定壓過程的p-v圖和T-s圖sTvpn=0n=0n=0定溫過程的p-v圖和T-s圖sTvpn=1n=1n=1n=0n=0定熵過程的p-v圖和T-s圖sTvpn=kn=kn=kn=0n=1n=1n=0n=1定容過程的p-v圖和T-s圖sTvpn=±∞n=kn=kn=0n=1n=1n=0n=±∞n=±∞過程中u，q，w的判斷方法熱力學(xué)能：以定溫線為基準(zhǔn)，定溫線上熱力學(xué)能不變，溫度升高熱力學(xué)能增加，溫度降低熱力學(xué)能減少功：以定容線為基準(zhǔn)，定容線上膨脹功為0，比體積增加膨脹功>0，比體積減小膨脹功<0熱量：以定熵線為基準(zhǔn)，定熵線為可逆絕熱過程，熱量＝0，可逆過程熵增大系統(tǒng)吸熱，熱量>0，可逆過程熵減少系統(tǒng)放熱，熱量<0。熱力學(xué)能u的變化趨勢sTvpu>0u>0焓h的變化趨勢sTvpu>0h>0h>0u>0功w的變化趨勢sTvpu>0u>0h>0h>0w>0w>0技術(shù)功wt的變化趨勢sTvpu>0u>0h>0h>0w>0w>0wt>0wt>0熱量q的變化趨勢sTvpu>0u>0h>0h>0w>0w>0wt>0wt>0q>0q>0壓氣機(jī)壓縮過程分析壓氣機(jī)的分類與工作原理壓氣機(jī)理論壓縮軸功壓氣機(jī)余隙容積的影響分析多級壓縮及中間冷卻壓氣機(jī)的應(yīng)用壓氣機(jī)：用來壓縮氣體的設(shè)備。應(yīng)用廣泛空壓機(jī)空調(diào)、冰箱壓縮機(jī)航空發(fā)動機(jī)氣動機(jī)械空冷設(shè)備通風(fēng)設(shè)備空分設(shè)備壓氣機(jī)的分類按工作原理及構(gòu)造形式活塞式轉(zhuǎn)子式螺桿式葉輪式噴射式按壓力高低通風(fēng)機(jī)（<115kPa）鼓風(fēng)機(jī)（115kPa~350kPa）壓氣機(jī)（>350kPa）容積式速度式離心式軸流式活塞式壓氣機(jī)的工作原理吸氣過程進(jìn)氣閥開啟排氣閥關(guān)閉狀態(tài)參數(shù)不變質(zhì)量增加壓縮過程進(jìn)、排氣閥均關(guān)閉狀態(tài)參數(shù)改變質(zhì)量不變排氣過程進(jìn)氣閥關(guān)閉排氣閥開啟狀態(tài)參數(shù)不變質(zhì)量減少工作過程的簡化1.余隙容積＝02.壓縮過程可逆壓氣機(jī)的實(shí)際工作過程復(fù)雜，為了方便分析，首先對壓氣機(jī)的工作過程進(jìn)行簡化處理。無勢差（進(jìn)排氣沒有阻力損失）無耗散（沒有摩擦）理論壓氣過程理論工作循環(huán)壓氣機(jī)的理論壓縮軸功開口系統(tǒng)，應(yīng)用能量方程：當(dāng)忽略動能和位能變化時，理論壓縮軸功：可能的壓氣過程能量方程：壓縮過程很快，來不及換熱。絕熱，n=k壓縮過程很慢，熱全部散走。等溫，n=1實(shí)際壓氣過程處于兩者之間。多變，1<n<kpv12Tp1Ts1p22T2n2sp12n2sp2壓縮軸功定溫過程定熵過程多變過程三種壓縮過程的參數(shù)關(guān)系pv12Tp1Ts1p22T2n2sp12n2sp2最小功最大功軸功、技術(shù)功與膨脹功忽略動位能變化多變過程：活塞式壓氣機(jī)的余隙影響余隙容積：為避免活塞與氣缸蓋、進(jìn)排氣閥等撞擊，活塞頂面與缸蓋之間必須留有一定的間隙，由此形成的氣缸最小容積。余隙容積的大小——余隙百分比余隙容積對排氣量的影響1-2：壓縮2-3：排氣（氣體不能完全排出）3-4：膨脹（殘留氣體膨脹至p1）4-1：吸氣（有效吸氣量減少）活塞排量有效吸氣容積吸氣量產(chǎn)氣量余隙容積對排氣量的影響容積效率余隙容積對排氣量的影響122’2’’2’’’3’’3’311’1’’壓比不變時，c增大，減小c和n不變時，壓比增大，減小極端情況：壓比＝p2’’’/p1時，排氣量＝0余隙容積對理論壓縮軸功的影響|功|＝面積12341＝面積12561－面積43564設(shè)12和43兩過程n相同余隙容積對理論壓縮軸功的影響余隙對單位產(chǎn)氣量耗功沒有影響多級壓縮及中間冷卻多級壓縮的必要性：(1)壓縮終了溫度過高將影響潤滑油性能，并可能造成事故，一般排氣溫度不許超過160℃～180℃。(2)壓比越大，壓縮終了溫度越高，容積效率越低。因此：為了獲得較高壓力的氣體時，通常采用多級壓縮和中間冷卻的方式。多級壓縮的工作過程多級壓縮的兩大優(yōu)點(diǎn)：降低排氣溫度，省功

省功最佳級間壓力的確定最佳的級間壓力應(yīng)使總軸功最小。Ws最小時：最佳級間壓力的確定每級的增壓比相等時，所需的軸功最小。令：可以證明，對于z級壓氣機(jī)每級壓比時，軸功最小。最佳中間壓力的其它好處1.各氣缸排氣溫度相同。2.各級消耗的軸功相同。3.每級向外散出的熱量相等。4.分級壓縮對提高容積效率有利。分級壓縮的級數(shù)