第三章节气体的热力过程及气体的压缩幻灯片.ppt

第三章 气体的热力过程及气体的压缩,第三章 气体的热力过程及气体的压缩,气体的热力过程 活塞式压气机的压缩过程 活塞式压气机的余隙及其影响 多级压缩及中间冷却,第一节 气体的基本热力过程,目的：揭示过程中工质状态参数的变化规律，以及该过程中热能与机械能之间的转换情况，进而找出影响它们转换的主要因素 方法：讨论理想气体的可逆过程 1. 过程方程 p=f(v) ,一般写成 的形式 2.利用状态方程和过程方程推出初、终状态参数之间的关系式 3. 在p-v图和T-s图上表示出该过程曲线 4. 该过程热力学能、焓、熵的变化以及功和热量第一节 气体的基本热力过程,一、 定容过程 1．过程方程 2. ．初、终状态参数关系 3．p-v图及T-s图,,,,曲线斜率,第一节 气体的基本热力过程,根据熵的定义 ,积分得 4、能量转换 定容过程因容积不变，所以无功量交换 ， 工质与外界交换的热量等于其内能的变化量，即,第一节 气体的基本热力过程,二、定压过程 1过程方程 2 初、终状态参数关系 3 p-v图及T-s图,,,曲线斜率,第一节 气体的基本热力过程,4、熵的变化量 5功量与热量,三、 定温过程,第一节 气体的基本热力过程,4 定温过程中熵的变化量 由 积分得 5 定温过程中的功量和热量,第一节 气体的基本热力过程,四、 绝热过程 1、状态参数的变化规律 由于绝热过程中δq＝0，而且又是理想气体的可逆过程，所以，第一定律解析式δq＝du＋pdv 可改写为,第一节 气体的基本热力过程,将 代入上市后，得 令 代入上式后，得 ，积分后得 于是有 K为绝热指数，其数值随气体的种类和温度而变。

对于空气和燃气，,第一节 气体的基本热力过程,,第一节 气体的基本热力过程,3 绝热过程中的熵和功 在绝热过程中，系统与外界无热量交换，所以，熵的变化量等于零 由第一定律解析式知，绝热过程中，系统与外界交换的功量为 ，即 把 代入 中，得 于是得,第二节 气体的多变热力过程,一、状态参数的变化规律 n=±∞时，v=常数，为定容过程 n=0时，p=常数，为定压过程 n=1时，pv=常数，为定温过程； n=k时， ，为绝热过程 二、 初、终状态参数间的关系：,称为多变指数,,第二节 气体的多变热力过程,三、多变过程中的熵 对于理想气体和可逆过程，在多变过程中，热力学第一定律可表述为 积分得 熵是温度和压力的函数，对于理想混合气体，各组元气体的熵si是温度T与组元气体分压力pi 的函数,若混合气体在微元热力过程中成分保持不变，把式,第二节 气体的多变热力过程,代入上式后则可得到各组成气体的熵的变化量计算式 1 kg 混合气体的熵变化则为 注有下标i的参数符号均为第 i 种组元的参数，未注下标的为混合气体的参数第二节 气体的多变热力过程,四、多变过程中的功量和热量 功量： 热量： 令 称为多变过程比热容，于是得,第二节 气体的多变热力过程,把 及 代入 得 五、在 p-v图、T-s图上绘制过程线 1定容过程线（n＝±∞) 定容过程线在p - v 图上为垂线（图(a)中的 线）；定容过程线在 T-s图上为一向上方弯曲的对数曲线（图( b）中的 线）。

图中的0-1 线表示定容加热过程； 线表示定容放热过程第二节 气体的多变热力过程,由于定容过程功量为零，所以，定容过程线是功量出、入的界线凡是在定容线右侧的过程均为膨胀过程，功为正（w ＞0）；凡是在定容线左侧的过程均为压缩过程，功为负（w ＜0） 2 定压过程线（n＝0 ) 定压过程线在 p-v 图上为一水平线(图 (a)中的 线)；在 T-s图上仍为一向上弯曲的对数曲线(图( b)中的 线)由于，在同一温度变化条件下，定压过程的熵变要比定容过程大，所以，在 T-s图上定压过程线比定容过程线平坦些图中0-2 线表示定压加热过程，0-2’线表示定压放热过程第二节 气体的多变热力过程,3 定温过程线（n＝1） 根据定温过程方程式 pv＝常数，定温过程线在 p-v 图上为一等边双曲线(图( a)中的 3-3’ 线)；在T-s图上为一水平线(图 (b)中的 3-3’线)图中0-3 线表示定温加热过程，0-3’线表示定温放热过程 4 绝热过程线（n =k） 根据绝热过程方程式绝热过程在p-v 图上为一高次双曲线，它比定温线陡一些(图( a)中的 4-4’线)；绝热过程线中的熵变为零，所以，绝热过程线在 T-s图上为一垂线(图( b)中的 4-4’线)。

图中0-4线表示绝热膨胀过程， 0-4’线表示绝热压缩过程第二节 气体的多变热力过程,5多变过程线 多变过程的多变指数可在0到±∞范围内变化，但多变指数为某一确定的值时，过程的特性也就确定了而实际过程往往十分复杂，各种耗散效应、放热、散热特性都要影响多变指数 为了解析实际过程，如果n 的变化范围不大，则可用一个不变的平均的近似值来代替；如果 n 的变化范围很大，则可将实际过程分为多段，近似地认为各段的n值不变这样就可在多变过程曲线图上，得到对应相应 n 值的过程线第二节 气体的多变热力过程,在 p-v 图上，多变过程线的斜率随多变指数 n 的增大而增加，而在T-s图上，从n =0的过程线开始，n 的代数值沿顺时针方向增大 工程上许多实际过程的多变指数常在1和k之间，其过程线在定温线和绝热线之间第三节 活塞式压气机的压缩过程,一、单级活塞式压气机的工作原理 结构简图,第三节 活塞式压气机的压缩过程,工作过程 1、吸气过程4-1 2、压缩过程1-2 3、排气过程2-3 4、余隙容积内压缩空气的膨胀过程3-4,图中2-3和4-1不是状态变化，而是表示气缸内气体质量的变化第三节 活塞式压气机的压缩过程,二 、 活塞式压气机的压缩过程分析 三种压缩过程,1-2s 绝热过程,1-2T 定温过程,1-2n 多变过程,第三节 活塞式压气机的压缩过程,压缩过程所耗的轴功 对于理想气体可逆压缩过程，1kg工质所需的功可表示为： 绝热过程 多变过程,第三节 活塞式压气机的压缩过程,定温过程 对压缩机而言，示功图 p-V 图所包围的面积表示压缩机的耗功，从 p-V图可以看出定温压缩耗功最少，而绝热压缩所消耗的机械功最大。

因此对压缩机应加强冷却，不仅减少耗功，而且保证润滑条件第四节 活塞式压气机的余隙及其影响,活塞式压气机为了安装进、排气阀门，也为了运转平稳，避免活塞与气缸端盖发生撞击，当活塞处于上死点时，活塞端面与气缸端盖之间必须留有一定间隙，这一间隙称为余隙，它所具有的容积、称为余隙容积 余隙容积在数量上用余隙百分比c表示第四节 活塞式压气机的余隙及其影响,一、余隙对排气量的影响 有效吸气体积：V1-V4 气缸工作体积： V1-V3 容积效率：有效吸气体积与气缸工作体积之比第四节 活塞式压气机的余隙及其影响,第四节 活塞式压气机的余隙及其影响,称为压缩机的增压比,相同的余隙容积，增压比对容积效率的影响,1）  V吸， λv ，当增加到某一数值时， V吸= 0 ， λv = 02）当  ，p2  ，压缩终温t2 ，为保证润滑，要求 t2 160C，   7 3）对于压力较高的情况，一般采用双级压缩和中间冷却第四节 活塞式压气机的余隙及其影响,二、余隙对压气机耗功的影响 有余隙时的理论压缩轴功为 无论压气机是否存在余隙容积，压缩 1kg 气体达到相同的增压比时所耗的轴功相同，即余隙的存在对压缩等量气体所耗的理论轴功并无影响。

第五节 多级压缩及中间冷却,多级压缩及中间冷却的意义： 降低气缸的工作温度，有利于润滑油的工作 一、两级压气机工作过程,第五节 多级压缩及中间冷却,多级压缩中间冷却的优点： 1、降低了排气温度 2、节省了功的消耗 二、级间压力的确定 多级压缩中间冷却的轴功：,第五节 多级压缩及中间冷却,当 时，轴功量最小，此时 对于多及压缩,第五节 多级压缩及中间冷却,多级压缩中间冷却的特点： 1、各级气缸的排气温度相等 2、各级压缩的轴功相等 3、每级向外的散热量相等 4、分级压缩对提高容积效率有利,。