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1、工程热力学第九章1第1页，此课件共27页哦压缩气体的用途：动力机、风动工具、制冷工程、化学工业、潜水作业、医疗、休闲等。概述概述2第2页，此课件共27页哦压气机分类：压气机分类：工作原理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，连续生产压头高低压头高低 通风机表压0.01MPa以下鼓风机表压0.10.3MPa压气机表压0.3MPa以上3第3页，此课件共27页哦另有罗茨式压气机(Roots blower)等等压气机不是动力机，压气机中进行的过程压气机不是动力机，压气机中进行的过程 不是循环不是循环4第4页，此课件共27页哦91 单级活塞式压气机工作原理和理论耗功量单级活塞式压气
2、机工作原理和理论耗功量一一.工作原理工作原理23：排气，耗外功 p2V2压气机耗功：注意注意：压气机生产量通常用单位时间里生产气体的标准压气机生产量通常用单位时间里生产气体的标准 立方米表示，不同于进气或排气状态立方米表示，不同于进气或排气状态。12：压缩，耗外功01：吸气，气体对外做功 p1V15第5页，此课件共27页哦二二.理论耗功理论耗功所以wC取决于初、终态及 过程特征1.绝热压缩绝热压缩2.多变压缩多变压缩3.等温压缩等温压缩（定值比热容、理想气体、可逆过程）6第6页，此课件共27页哦讨论：讨论：a）理想压缩是 等温压缩等温压缩 b）通常为多变压缩,1nk 思考题：思考题：自行车压力
3、通常应维持在0.25MPa左右，用手动 打气筒向轮胎充气时用湿毛巾包在打气筒外壁，会有 什么后果？Wc如何在Ts图上表示？为什么？7第7页，此课件共27页哦92 余隙容积的影响余隙容积的影响一一.余隙容积余隙容积clearance volume 产生原因布置进、排气结构制造公差部件热膨胀几个名词：气缸工作容积气缸工作容积(活塞排量活塞排量)Vh(=V1V3)余隙容积余隙容积Vc（=V3）有效吸气容积有效吸气容积V（=V1V4）余隙容积比余隙容积比 =Vc/Vh8第8页，此课件共27页哦生产过程：12 质量m1气体压缩：p1p2 23 气体排向储气罐34气体膨胀p2 p141气体吸入气缸生产量(
4、每周期)：9第9页，此课件共27页哦二二.余隙容积对生产量的影响余隙容积对生产量的影响容积效率容积效率volumetric efficiency讨论：生产量mvh10第10页，此课件共27页哦三三.余隙容积对理论耗功的影响余隙容积对理论耗功的影响WC11第11页，此课件共27页哦即余隙对理论耗功无影响（实际上还是使耗功增大）。即余隙对理论耗功无影响（实际上还是使耗功增大）。归纳：归纳：余隙存在使余隙存在使 1）生产量下降）生产量下降 2）实际耗功增大）实际耗功增大有害容积有害容积12第12页，此课件共27页哦 93 多级压缩和级间冷却多级压缩和级间冷却 multistage compressi
5、on and intervening cooling 一一.多级压缩多级压缩分级压缩，级间冷却。工程上需要高压气体，但压缩过程中随p升高 T升高；v 下降。为使 13第13页，此课件共27页哦二二.理论耗功分析理论耗功分析1n低压缸ap中冷器3n高压缸2每生产1kg压缩气体：令时14第14页，此课件共27页哦推广：若m级，则讨论：1）按选择各级中间压力，优点：a）各级耗功相等各级耗功相等（总耗功总耗功有利于曲轴平衡 b）各缸终温相同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。c）各级散热相同各级散热相同各中冷器散热相等各中冷器散热相等）15第15页，此课件共
6、27页哦 d）各缸按比例缩小各缸按比例缩小 e）对提高整机容积效率对提高整机容积效率 v有利有利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24级。3）定温效率isothermal efficiency4）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。，可逆定温压缩功与实际压缩功之比16第16页，此课件共27页哦 压气机若已实现等温压缩，是否还有必要进行分级压缩，中间冷却，为什么？答：需要，虽然实现等温压缩 后耗功最小，但若压比过 大，v仍很小，分级后有 助于提高 v，如图。若以p1=0.1MPa，p2=2.
7、5MPa=0.04计算单级压缩二级压缩17第17页，此课件共27页哦 活塞式压气机把0.1MPa，298k的空气加压到2.5MPa。试分别按单级压缩和二级压缩，中间冷却，计算压气机容积效率及各缸终温。已知 解：单级压缩二级压缩，中间冷却18第18页，此课件共27页哦19第19页，此课件共27页哦94 叶轮式压气机叶轮式压气机(turbocompressor)的的工作原理工作原理 一一.简介简介 叶轮式压气机：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。二二.叶轮式压气机热力学分析叶轮式压气机热力学分析由于排量大，运转快，难冷却，可作绝热压缩考虑centrifugal
8、 compressoraxialflow compressor20第20页，此课件共27页哦理论耗功理论耗功实际耗功实际耗功实际多耗功绝热内效率绝热内效率(adiabatic internal efficiency)理想气体理想气体21第21页，此课件共27页哦 叶轮式压缩机，氮气进口参数为p1=0.0972MPa，t1=20c，出口压力p2=311.11kPa，进口处氮气流量气机绝热效率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）若t0=20c，求作功能力损失I。已知氮气：压22第22页，此课件共27页哦解：1）23第23页，此课件共27页哦24第24页，此课件共27页哦*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：中间压力及压力比25第25页，此课件共27页哦容积效率因为两级压气机相同，n相同，所以 vc=vh=0.861若一级压缩，则26第26页，此课件共27页哦若叶轮式压气机可以实施如此大之压比，则所以，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。作业：27第27页，此课件共27页哦