工程热力学第四章理想气体的热力过程及气体压缩.ppt

第四章 理想气体的热力过程及气体压缩,,第一节 分析热力过程的目的及方法,目的： 主要研究外部条件对热能和机械能转换的影响 任务： 揭示状态变化规律与能量传递之间的关系，从而计算热力过程中工质状态参数的变化及传递的能量、热量和功量,二、热力过程中工质参数变化值的计算,1.初、终状态基本参数（p、v、T）的计算： 理想气体状态方程 过程方程式,,2、过程中内能、焓和熵的变化计算： 内能变化 焓变化,,理想气体熵变化计算：,三、热力过程中传递能量的计算,闭口系统能量方程： 开口系统稳态稳流能量方程： 可逆过程：,四、分析热力过程的一般步骤：,1) 依据热力过程特性建立过程方程式，,4) 计算过程中传递的热量和功量,3) 将过程线表示在T - s 与 p - v 图上,2) 确定初、终状态的基本状态参数,第二节 绝热过程,定义： 系统与外界没有热量交换情况下所进行的状态变化过程，即 绝热过程是实际过程的一种近似,一、绝热过程的过程方程式,二、过程初、终状态参数间的关系,关系式说明系统气体可逆绝热膨胀时，p、T均降低，绝热压缩时，p、T均升高,三、过程在p-v图及T－s图上表示,其中1－2为绝热膨胀过程，1－2’为绝热压缩过程 可逆绝热过程称为定熵过程,,,,,,四、绝热过程中的能量转换,内能和焓变化： 热量：,,膨胀功： 定熵过程的膨胀功,,绝热过程膨胀功：,,技术功 稳态稳流 定比热理想气体 定比热理想气体定熵过程,绝热过程的技术功等于膨胀功的k倍,第三节 多变过程的综合分析,一、多变过程方程及多变比热 定义：凡过程方程为 的过程称为多变过程。

几个特殊过程： n=0，p=const. 定压过程 n=1，pv=const. 定温过程 n=，pv=const. 定熵过程 n=，v=const. 定容过程,,多变指数,,多变过程比热,多变过程分析：,1.多变过程在p-v图和T－s图上的分析,,在p-v图上的斜率,,在T－s图上的斜率,2.过程中q、w和Δu正负值的判断,Δu ：始于某状态的过程，判断其内能 变化，可以定温线为基准 w：功量的判断以定容线为基准 q：热量的判断以定熵线为基准,,比热c为负值的物理意义： 当气体膨胀作功时，对外作的功大于加入的热量，故气体的内能减小而温度降低；压缩时，外界对气体作的功大于气体向外界放出的热量，故其内能增加而温度升高第四节 压气机的理论压缩轴功,定义：用来压缩气体的设备 分类： 1）按原理及构造形式： 活塞式、叶轮式、引射式压缩器等 2）按压缩气体压力高低： 通风机（115kPa） 鼓风机(115~350kpa) 压气机（350kPa以上）,一、单级活塞式压气机工作原理,余隙容积：在活塞的左死点位置与气缸头之间必须留有的间隙： 工作阶段： 吸气过程 压缩过程 排气过程,,理论压气过程： 没有余隙存在 整个压缩过程可逆 进、排气阀无阻力损失 气缸中排气压力 等于储气罐压力 升压比β： 气体终压力与初压之比,二、单级活塞式 压气机理论压气轴功的计算,压气机所耗的轴功等于热力过程1-2的压缩功（膨胀功的负值）和进气、排气所耗流动功之代数和,,按热力学第一定律稳定流动能量方程，略去压气机进出口气体的动能和位能的变化： 对可逆过程：,,理论压缩轴功的可能情况： 1）定熵过程 n＝k 2）定温过程 n=1 3）多变过程 1nk,三种压缩过程轴功,定温压缩轴功,,定熵压缩轴功,,多变压缩轴功,,当初态及终压给定时 开口系统稳态稳流可逆过程轴功 闭口系统可逆过程膨胀功,第五节 活塞式压气机的余隙影响,作用：避免活塞与进排气阀碰撞 余隙百分比：余隙容积得相对大小,一、余隙对排气量的影响,容积效率 ： 意义：反映了活塞排气量的 有效利用程度 余隙容积一定时，有效吸气量减少则容积效率 减少,二、余隙对理论压气轴功的影响,无论有无余隙，压缩每kg气体所需的理论压气轴功相同 在设计制造活塞式压气机时，应该尽量减少余隙容积,第六节 多级压缩及中间冷却,气体压缩终了温度决定与气缸润滑油的性能 气体压缩终了温度影响气机的容积效率,一、多级活塞式压气机的工作过程,采用多级压缩和中间冷却得优点： 降低了排气温度 节省功的消耗,分级压缩中间冷却实体照片,二、级间压力的确定,最有利的级间压力应使所需的总轴功最小 当两级升压比相等时，两级压缩所需的总轴功最小,,,有利效果,1.各级气缸的排气温度相等,,2.各级所消耗的轴功相等,,3.每级向外散出的热量相等，而且每级的中间冷却器向外放出的热量也相等 4.分级压缩对提高容积效率有利，在每一级中升压比减小，其容积效率比不分级时大,,压气机的定温效率：当压缩前气体的状态相同、压缩后气体的压力相同时，可逆定温压缩过程所消耗的功和实际压缩过程所消耗的功之比 绝热压缩效率——针对不采取冷却措施的压气机,。