工程传热学-第八章压气机的压气过程

第八章压气机(gascompressor)的压气过程8-1压气机的压气过程压气机从结构上可分为两大类，一种是直接对气体做功，使其v减小，p增高，如活塞式（pistontype）、转子式（rotortype）压气机就属于此类，另一种是先使气体流速提高再利用扩压管进行扩压，达到使气体压力提高的目的，离心式（centrifugaltype）、轴流式（axialflow）压气机即属于这一类型的压气机。按能量转变的观点看，各种压气机的压气过程都基本上相同，在稳定工况时，都可按稳态稳流进行分析。q＝△h＋wsws＝-∫vdp为图中过程线左侧面积轴功计算1．定熵压缩(过程1-2s)2．定温压缩(过程1-2T)211,sln)(wppTRqgTckkppTRkkTTTRkkTTchhwggpscs112112121021,1111)()(kkppTT112123．多变压缩(过程1-2n)21121,111)(nnppTRnnvdpwgncs)(112012TTcnknTTcqvnnnppTT112128-2活塞式压气机的压气过程1．进气过程4-12．压缩过程1-23．排气过程2-34．膨胀过程3-4有效容积（activevolume）：工作容积（strokevolume）：余隙容积（clearancevolume）：V341VVVe31VVVh41323241vvvvpppp4321mmmm压气功计算214341123214433221)()()(VVppdVVVppdV4321mmmm34221132122111)()()(vpvppdvmvpvppdvmWcs设单级活塞压气机中压缩过程与膨胀过程的多变指数n相同。3421pdvpdv21221131))(()(vpvppdvmmWcs212121212121211122)()()(vdpvdppdvpdvpvdpdvvpvppdvwcs余隙容积对压气功的影响设单级活塞压气机中压缩过程与膨胀过程的多变指数n相同：nnnnppVpnnppVpnnWcs14344112111111)(3241pppp14111)(TmRVpVVpgennppTmRnnWgcs112111)(nnppTRnnwgcs112111)(结论：将相同数量的气体压缩到同一压力，压气机消耗的功量与无余隙时相同。或者说压气机压气功量在有无余隙时都相同。nnppTRnnwgcs112111)(余隙容积对排气量的影响容积效率（volumetricefficiency）：113434341VVVVVVVVVVVVVhhhhhevnnppppVV11124334111312nhppVVv结论：当多变指数n一定时，容积效率取决于余隙比和增压比（Thevolumetricefficiencydependsontheclearanceratioandcompressionratio）。所以应尽量减小余隙比，同时单级压缩增压比不宜过高，一般不超过10-12，同时，从压缩终了温度考虑增压比也不宜过高。nnppTT112128-3多级压缩(multistagecompression)理论上级数越多，越趋于近于定温压缩，耗功越少，但级数太多，机构复杂，造价高，阻力大，故一般不超过四级。目的：获取高增压比的高压气体时，增压比不会过高，压气机有较高的容积效率；出口温度降低；耗功减少。21211123'222121111111)(nnnnppTRnnppTRnnwggcs当n1=n2=n,T1=T2’312pppnnppTRnnwgcs1121112)(2312pppp8-4压气机效率实际压气机的压气过程中总是存在摩擦、扰动等一些不可逆因素。因此实际压气机的压气过程要比理想的可逆压气过程消耗更多的功。通常用压气机效率来说明实际压气机中不可逆因素的影响。如果压气机不采用冷却措施，可以认为压气过程是绝热过程，定义压气机的绝热效率为：一般，轴流式及离心式压气机的绝热效率在0.80—0.90之间。21212121,,)()(TTTThhhhwwsscsscsscTs12s2如果压气机采用冷却措施，则可以假想理想的压气过程是可逆定温过程，并定义压气机的定温效率为：只要知道压气机定温效率便可利用可逆定温过程的轴功计算实际采用冷却措施的压气机所消耗的轴功。csTcsTcww)()(,,功率计算功率：质量流量：swmN111121nnppTRmnnNgVAcvAcmffTRmVpTRpTRpvggg例8-2有一台活塞式空气压缩机，其余隙比为0.05，进气压力0.1MPa、温度25℃，压缩后压力为0.6MPa。设压缩过程的多变指数为1.25，试求压气机的容积效率。又若压缩终了压力提高到1.6MPa，问此时容积效率为多少？解：当p2=0.6Mpa时：ηv=0.84当p2=1.6Mpa时：ηv=0.59111312nhppVVv例8-3上例中为把0.1MPa、25℃的空气压缩到1.6MPa，现采用一个有中间冷却器的两级压气机。设压缩过程多变指数为1.25，余隙比为0.05，试求容积效率及压气机消耗的轴功。Papp666312104.0106.1101.0p898.0)14(05.011125.111213nhppVVv两级：单级：kgkJppTRnnwnngcs/2661.04.012902871.0125.125.12112)(25.1125.11121kgkJppTRnnwnngcs/5.3081.06.112902871.0125.125.111)(25.1125.11131例8-4有一台轴流式压气机，把空气从0.1MPa压缩到0.8MPa。设压缩过程为（不可逆）的绝热过程，压气机的绝热效率为0.8。空气的初始温度为17℃，试求压缩终了的温度。Ts12s221212121,,)()(TTTThhhhwwsscsscsscKTTTTscs5848.0290525290,1212KppTTkk5251.08.02904.114.111212作业8-18-48-58-28-38-68-7