《工程熱力學(xué)第九章》PPT

1、工程熱力學(xué)第九章PPT課件1 No Image 第九章第九章 壓氣機的熱力過程壓氣機的熱力過程 工程熱力學(xué)第九章PPT課件2 No Image 壓縮氣體的用途： 動力機、風(fēng)動工具、制冷工程、 化學(xué)工業(yè)、潛水 作業(yè)、 醫(yī)療、休閑等。 概述概述 工程熱力學(xué)第九章PPT課件3 No Image 壓氣機分類：壓氣機分類： 工作原理工作原理 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) 壓頭高低壓頭高低 通風(fēng)機表壓0.01MPa以下 鼓風(fēng)機表壓0.10.3MPa 壓氣機表壓0.3MPa以上 工程熱力學(xué)第九章PPT課件4 No Image 另有羅茨式壓氣機(Roots blower)

2、等等 壓氣機不是動力機，壓氣機中進(jìn)行的過程壓氣機不是動力機，壓氣機中進(jìn)行的過程 不是循環(huán)不是循環(huán) 工程熱力學(xué)第九章PPT課件5 No Image 91 單級活塞式壓氣機工作原理和理論耗功量單級活塞式壓氣機工作原理和理論耗功量 一一.工作原理工作原理 2-3：排氣，耗外功 p2V2 壓氣機耗功： 注意注意：壓氣機生產(chǎn)量通常用單位時間里生產(chǎn)氣體的標(biāo)準(zhǔn)壓氣機生產(chǎn)量通常用單位時間里生產(chǎn)氣體的標(biāo)準(zhǔn) 立方米表示，不同于進(jìn)氣或排氣狀態(tài)立方米表示，不同于進(jìn)氣或排氣狀態(tài)。 2 221 1 1 22 2 1 11 c t Wp VpVpdV pVpdVVdpW 2 1 pdV1-2：壓縮，耗外功 0-1：吸氣，氣

3、體對外做功 p1V1 工程熱力學(xué)第九章PPT課件6 No Image 二二.理論耗功理論耗功 所以wC取決于初、終態(tài)及 過程特征 1.絕熱壓縮絕熱壓縮 2.多變壓縮多變壓縮 3.等溫壓縮等溫壓縮 1 2 p p （定值比熱容、理想氣體、可逆過程） ct ww ,221 1 1 2 1 1 () 1 ()1 1 c st s k k g k wwp vp v k pk R T kp 1 2 ,1 1 ()1 1 n n c nt ng pn wwR T np 22 ,11 11 lnln c Tt Tgg vp wwR TR T vp 工程熱力學(xué)第九章PPT課件7 No Image 討論：討論：

4、a） C,C,C,snT www 理想壓縮是 等溫壓縮等溫壓縮 b）通常為多變壓縮, 1nk n C 2 2 n n n w T v 思考題：思考題： 自行車壓力通常應(yīng)維持在0.25MPa左右，用手動 打氣筒向輪胎充氣時用濕毛巾包在打氣筒外壁，會有 什么后果？ Tns TTT 222 Tns vvv 222 Wc如何在T-s 圖上表示？ 為什么？ 工程熱力學(xué)第九章PPT課件8 No Image 92 余隙容積的影響余隙容積的影響 一一.余隙容積余隙容積clearance volume 產(chǎn)生原因 布置進(jìn)、排氣結(jié)構(gòu) 制造公差 部件熱膨脹 幾個名詞： 氣缸工作容積氣缸工作容積(活塞排量活塞排量) V

5、h(=V1V3) 余隙容積余隙容積Vc（=V3） 有效吸氣容積有效吸氣容積V（=V1V4） 余隙容積比余隙容積比 =Vc/Vh 工程熱力學(xué)第九章PPT課件9 No Image 生產(chǎn)過程： 1-2 質(zhì)量m1氣體壓縮：p1p2 2-3 23 1 2 VV m V 氣體排向儲氣罐 3-4 3 1 2 V m V 氣體膨脹p2 p1 4-1 14 1 1 VV m V 氣體吸入氣缸 生產(chǎn)量(每周期)： 14 1 1 VV mm V 生產(chǎn)量 工程熱力學(xué)第九章PPT課件10 No Image 二二.余隙容積對生產(chǎn)量的影響余隙容積對生產(chǎn)量的影響 容積效率容積效率volumetric efficiency 1

6、111 11 11 3 4 31 3 31 41 nn h c h cs v V V V V VV V VV VV V V 討論： ;)確定，當(dāng) hc VVa 生產(chǎn)量 m v ;)一定當(dāng)b - 生產(chǎn)量 m v h 工程熱力學(xué)第九章PPT課件11 No Image 三三.余隙容積對理論耗功的影響余隙容積對理論耗功的影響 1 1 1 411 n n VVp n n 1 1 1 1 n n es pV n n 1 1 1 11 n n pv n n m 生產(chǎn)量 1 C C11 1 1 n n Wn wv p mn 生產(chǎn)量 1 1 1 1 1 44 1 11 n n n n Vp n n Vp n n

7、 WC 工程熱力學(xué)第九章PPT課件12 No Image 即余隙對理論耗功無影響（實際上還是使耗功增大）。即余隙對理論耗功無影響（實際上還是使耗功增大）。 歸納：歸納： 余隙存在使余隙存在使 1）生產(chǎn)量下降）生產(chǎn)量下降 2）實際耗功增大）實際耗功增大 有害容積有害容積 工程熱力學(xué)第九章PPT課件13 No Image 93 多級壓縮和級間冷卻多級壓縮和級間冷卻 multistage compression and intervening cooling 一一.多級壓縮多級壓縮 min, max, 22 vv TT 分級壓縮， 級間冷卻。 工程上需要高壓氣體， 但壓縮過程中隨p升高 T升高； v

8、 下降。為使 工程熱力學(xué)第九章PPT課件14 No Image 二二.理論耗功分析理論耗功分析 1 n 低壓缸 a p 中冷器 3 n 高壓缸 2 每生產(chǎn)1kg壓縮氣體： CC,C,lh www 11 2 Cg 1g3 1 11 11 nn nn a a ppnn wR TR T npnp 令 C 0 a w p 21 pppa 時 CC,min ww 11 2 g 1 1 2 1 nn nn a a ppn R T npp h a a l p p p p 2 1 或 工程熱力學(xué)第九章PPT課件15 No Image 推廣：若m級，則 2 12CC,min 1 m m p ww p 時 討論：

9、 1）按 1 2 p p m i 選擇各級中間壓力，優(yōu)點： a）各級耗功相等各級耗功相等 1 C,g 1 1 1 n n ii n wR T n （總耗功總耗功 CC,i wmw有利于曲軸平衡 b）各缸終溫相同各缸終溫相同 n n i TT 1 1 小于不如此分配時 各缸終溫中最高者，有利于潤滑油工作及 使可靠性增加。 c）各級散熱相同各級散熱相同 Tc n n q Vi 1 各中冷器散熱相等各中冷器散熱相等Tcq pi 中， ） 工程熱力學(xué)第九章PPT課件16 No Image d）各缸按比例縮小各缸按比例縮小 e）對提高整機容積效率對提高整機容積效率 v有利有利 2）若分級m，則趨于定溫壓

10、縮 但由于體積龐大，系統(tǒng)復(fù)雜， 可靠性下降一般2-4級。 3）定溫效率isothermal efficiency 4）真空泵(vacuum pump)的實質(zhì)也是壓氣機，是出 口壓力為恒值環(huán)境壓力，進(jìn)氣壓力不斷降低的 壓氣機。 C, C, C T T w w ， 可逆定溫壓縮功與實際壓縮功之比 工程熱力學(xué)第九章PPT課件17 壓氣機若已實現(xiàn)等溫壓縮，是否還有必要進(jìn)行分級 壓縮，中間冷卻，為什么？ 答：需要，雖然實現(xiàn)等溫壓縮 后耗功最小，但若壓比過 大， v仍很小，分級后有 助于提高 v，如圖。 若以p1=0.1MPa，p2=2.5MPa =0.04計算 單級壓縮 04. 012504. 01 1

11、1 1 1 1 n v 二級壓縮 5 1 2 p p hl 706. 01504. 01 2 1 1 , hvlvv 工程熱力學(xué)第九章PPT課件18 活塞式壓氣機把0.1MPa，298k的空氣加壓到2.5MPa。 試分別按單級壓縮和二級壓縮，中間冷卻，計算壓氣機 容積效率及各缸終溫。已知 25. 104. 0n V V h c 解：單級壓縮 cKTT n n 3 .2943 .567 1 . 0 5 . 2 298 25. 1 125. 1 1 12 二級壓縮，中間冷卻 5 .12 2 . 0 5 . 2 2 1 . 0 2 . 0 2 . 0 1 h a la p p MPap即若 525.

12、 01 1 . 0 5 . 2 04. 0111 25. 1 1 1 n v 工程熱力學(xué)第九章PPT課件19 cKTTcKTT n n h n n la 8 .2208 .4933 .693 .342 1 12 1 1 MPap p p ahl 5 . 05 1 . 0 5 . 2 1 2 即若 cKTTT n n la 1 .1381 .411 1 12 738. 011970. 011 1 , 1 , n hhv n llv 716. 0 , hvlvv 801. 0 895. 011 , 1 , hvlvv n lhvlv 工程熱力學(xué)第九章PPT課件20 No Image 94 葉輪式壓

13、氣機葉輪式壓氣機(turbo-compressor) 的的工作原理工作原理 一一.簡介簡介 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。 二二.葉輪式壓氣機熱力學(xué)分析葉輪式壓氣機熱力學(xué)分析 由于排量大，運轉(zhuǎn)快，難冷卻，可作絕熱壓縮考慮 centrifugal compressor axial-flow compressor 工程熱力學(xué)第九章PPT課件21 No Image 理論耗功理論耗功 C,21ss whh 實際耗功實際耗功 C21 whh 實際多耗功 C22 22 ss whhmnm面積 絕熱內(nèi)效率絕熱內(nèi)效率 (adiabatic intern

14、al efficiency) C21 CS C21 ss whh whh 理想氣體理想氣體 2121 CS21 21CS ss TTTT TT TT 工程熱力學(xué)第九章PPT課件22 葉輪式壓縮機，氮氣進(jìn)口參數(shù)為p1=0.0972MPa，t1=20c， 出口壓力p2=311.11kPa，進(jìn)口處氮氣流量 min 3 .113 3 m qV 氣機絕熱效率c,s=0.80，略去進(jìn)出口動能差和位能差，求： 1）壓氣機定熵壓縮的耗功量; 2）實際耗功量; 3）由于不可逆而多耗功wt; 4）若t0=20c，求作功能力損失I。 已知氮氣： 4 . 1297. 0 038. 1 Kkg kJ R Kkg kJ

15、c g p 壓 工程熱力學(xué)第九章PPT課件23 , 21 126.6 1.038408.5293 15178252.97 min c s mp Wq ctt kJ kW , , 15178 2)18972.5316.21 min 0.8 c s c c s W kJ WkW , 3)18972.5151783794.5 min 63.24 c cc s kJ WWW kW K p p TT5 .408 2 .97 11.311 )15.27320( 4 . 1 14 . 1 1 1 2 12 解：1） 13 1 11 297 293113.3 0.895/126.6/min 972000.89

16、5 g V m RT q vm kg qkg pv 工程熱力學(xué)第九章PPT課件24 21 21 , 408.5293 4)293437.4 0.8 c s TT TTK 2 00 293 8.9832631.9 min 43.87 iso N kJ ITsTss kW 2 22 2 2 22 lnln mpgN Tp sqcR Tp 5 .408 4 .437 ln038. 16 .126 ln 2 2 T T cq pm min/983. 8KkJ 工程熱力學(xué)第九章PPT課件25 *某大學(xué)實驗室需4.9MPa壓縮空氣源，據(jù)市場調(diào)查，目 前市售活塞式壓氣機余容比 3 . 104. 0n V V

17、 h c 葉輪式 壓氣機絕熱效率 cs=0.85，試提出初步方案及必要的分析 計算 （已知T0=290K，p0=0.1MPa）。 解：中間壓力及壓力比 MPapp p p a 7 . 01 . 077 1 1 2 ct K p p T p p TTT a n n a n n a a 4 .181 4 .454 1 . 0 7 . 0 290 3 . 1 13 . 1 1 1 0 1 1 12 工程熱力學(xué)第九章PPT課件26 容積效率861. 01704. 0111 3.1 11 n V 因為兩級壓氣機相同，n相同，所以 vc= vh=0.861 0.741 VVcVh 若一級壓縮，則 ctK p p TT n n 9 .4389 .711