1、本篇重點對典型熱力循環(huán)（氣體壓縮循環(huán)、蒸汽動力循環(huán)、氣體動力循環(huán)、制冷循環(huán)）、氣體與蒸汽的可逆流動、熱力學基本理論在化學過程的應用等與人們生產(chǎn)生活息息相關的熱力學典型工程應用實例進行了闡述。,Gas or vapor compression cycle,第7章 氣體或蒸汽壓縮循環(huán),壓氣機：用來壓縮氣體的設備。 氣體經(jīng)壓氣機消耗機械能被壓縮，壓力升高，稱為壓縮氣體。 壓縮氣體用途：各種氣動機械的動力、顆粒物料氣力輸送、大中型內(nèi)燃機的高壓空氣啟動，冶金爐鼓風、高壓氧艙、制冷工程以及化學工業(yè)中對氣體或蒸汽的壓縮等。,壓氣機的作用及分類,工作原理及構造,活塞式(往復式),離心式,軸流式,葉輪式,壓力范

2、圍,通風機,鼓風機,壓縮機,引射式,穩(wěn)定流動 壓縮循環(huán)為開式循環(huán),7-1 活塞式氣體壓縮循環(huán),7.1.1單級活塞式氣體壓縮循環(huán),特點：流量小，增壓比( = p2p1)大,三個階段：吸氣過程，壓縮過程，排氣過程,理論壓氣過程：忽略余隙容積，可逆，無壓力損失,（1）工作原理,1.絕熱壓縮 2.定溫壓縮 3.多變壓縮,(2)氣體壓縮循環(huán)的理論耗功,過程f-1, 2-g：氣體被吸入或排出氣缸的質(zhì)量遷移過程，熱力狀態(tài)不發(fā)生變化； 1-2：閉口系統(tǒng)的壓縮熱力過程,壓縮過程耗功ws： pdv,壓縮循環(huán)技術功wt ： -vdp,特別快，來不及換熱,特別慢，熱全散走,實際壓氣過程,壓縮過程分類,三種壓氣過程理論

3、耗功的計算,Wc.n =H- Qn,Wc.s= -Wt =H- Qs=H2.s-H1=H2.s-H2.T=Qj-2T-2s-n-j,定壓,定溫,定壓,三種壓氣過程的參數(shù)關系,某單級活塞式壓氣機每小時吸入的空氣量V1 =140m3/h ，吸入空氣的狀態(tài)參數(shù)是p1=0.1MPa、t1=27，輸出空氣的壓力p2 = 0.6MPa。試按下列三種情況計算壓氣機所需要的理想功率（以kW 表示）：定溫壓縮；絕熱壓縮（設 =1.4）；多變壓縮（設n=1.2）。,解: (1)定溫壓縮,(2)絕熱壓縮,(3)多變壓縮,解 多變指數(shù) 根據(jù)p1V1n= p2V2n，可得：,空氣為p1=1bar，T1=323K，V1=

4、0.1m3，按多變過程壓縮至p2=8bar，V2=0.02m3。試求：多變指數(shù)；壓氣機消耗功；壓縮終點空氣溫度；壓縮過程中傳出的熱量。,例題7.1,壓氣機的耗功 =1.292(80.02-10.1)105/(1.292-1) =26.548kJ 壓縮終溫 根據(jù)p1V1n= p2V2n，可得：,壓縮過程傳熱量 根據(jù)題設可知空氣質(zhì)量m為： 根據(jù)能量方程，有： =0.1081.004(516.8-323)-26.548 =-5.534 kJ,7.1.2余隙容積對氣體壓縮循環(huán)的影響,為了運轉平穩(wěn)，避免活塞與進排氣閥碰撞，留有空隙，稱為余隙容積Vc,壓縮過程,排氣，狀態(tài)未變,殘留氣體膨脹,進新氣，狀態(tài)未

5、變,余隙比：,工程上一般0.030.08,1 2,2 3,3 4,4 1,余隙容積影響,活塞排量,研究VC對 排氣量和Ws的影響,新氣量 產(chǎn)氣量,有效吸氣量,VC對產(chǎn)氣量的影響,容積效率, = p2p1,增壓比,VC對產(chǎn)氣量的影響,討論：,（1）p2/p1 ， ,v ,（2） 和n ，p2/p1 v , 情況極限 v=0。,容積效率,VC對理論耗功的影響,設12和43兩過程n相同,余隙對耗功不影響，但會影響容積效率。,三臺空氣壓縮機的余隙容積比均為6%，進氣狀態(tài)均為0.1MPa，27 ，出口壓力為0.5MPa，但壓縮過程的指數(shù)分別為：n1=1.4、n2=1.25、n3=1,試求各壓氣機的容積效

6、率（假設膨脹過程的指數(shù)和壓縮過程相同）。,解：,某單級活塞式壓氣機，其增壓比為7，活塞排量為0.009m3 ，余隙比為0.06 轉速為750r/min(每分鐘轉數(shù))，壓縮過程多變指數(shù)為1.3。求（1）容積效率；（2）生產(chǎn)量（ kg/h ）；（3）理論消耗功率（kW）；（4）壓縮過程中放出的熱量。已知吸入空氣參數(shù)為p1 = 0.1MPa，t1 = 20 ，cv=0.718kJ/(kkg)。,解： 由題意Vh = 0.009m3， = 7 ， = 0.06 ， n = 1.3,（1）容積效率,（2）,生產(chǎn)量,（3）,（4）,7.1.3氣體多級壓縮及級間冷卻,減小氣體壓縮過程中多變指數(shù)n： （1）水

7、套冷卻 （2）多級壓縮及級間冷卻,低壓氣缸,等溫線,多級壓縮及級間冷卻裝置,兩級壓縮中間冷卻分析,存在最佳中間壓力使兩個氣缸中所消耗的功的總和最小,最佳增壓比的推導,省功,最佳增壓比的推導,省功,欲求wc最小值最有利中間壓力,最佳增壓比的推導,省功,ws最小值,最佳增壓比,可證明 若m級,分級壓縮的優(yōu)點1,潤滑油要求t160180,高壓壓氣機必須分級,分級壓縮優(yōu)點2,1.各級氣缸的壓縮終了最高溫度相等(T2=T3),2.各級所消耗的壓縮功相等(wc.1= wc.2),z級壓縮軸功：wc=zwc.1,3.每級向外散出的熱量相等，而且每級的中間冷卻器向外散出的熱量也相等。,4.分級壓縮對提高容積效

8、率有利，在每一級中升壓比縮小，其容積效率比不分級時大。,評價指標:,1.采取冷卻措施：壓氣機的定溫效率,2.不采取冷卻措施：絕熱壓縮效率,一臺兩級壓氣機示功圖如圖 所示，若此壓氣機吸入空氣的溫度是t1 = 17 ，壓力p1 = 0.1MPa，壓氣機將空氣壓縮到p3 = 2.5MPa。壓氣機的生產(chǎn)量為500m3/h （標準狀態(tài)下），兩個氣缸中的壓縮過程均按多變指數(shù)n=1.25 進行。以壓氣機所需要的功量最小作為條件，試求： （1） 空氣在低壓氣缸中被壓縮后所達到的壓力p2； （2） 壓氣機中氣體被壓縮后的最高溫度t2 和t3； （3） 設壓氣機轉速為250rpm，每個氣缸在每個進氣沖程中吸 入的

9、空氣體積V1 和V2; （4） 每級壓氣機中每小時所消耗的功W1 和W2，以及壓氣所 消耗的總功W； （5） 空氣在中間冷卻器及兩級氣缸中放出的熱量（ kJ/ h）。,（1）,（2）壓氣機中空氣被壓縮后最高溫度,（3）每小時吸氣量,每轉一圈吸入空氣體積,（4）壓氣機耗功,（5）,例題7.2實驗室需要壓力p2=6.0MPa的壓縮空氣，應采用一級壓縮還是兩級壓縮？若采用兩級壓縮，最佳中間壓力p應為多少？設大氣壓力p1=0.1MPa，大氣溫度T1=293K，n=1.25采用中冷器將壓縮空氣冷卻到初溫，求壓縮終了空氣的溫度T2。,解采用一級壓縮還是二級壓縮，決定于壓縮終溫是否超過了規(guī)定值。 如采用了一

10、級壓縮，則終了溫度T2為：,顯然超過了潤滑油允許溫度，所以應采用兩級壓縮中間冷卻。最佳中間壓力p為： 兩級壓縮后的終溫T2/則為：,7.2葉輪式氣體壓縮循環(huán),葉輪式壓氣機簡介,活塞式壓氣機優(yōu)、缺點：,缺點：單位時間內(nèi)產(chǎn)氣量小 轉速不高，間歇性吸氣與排氣，余隙容積的影響,優(yōu)點：轉速高；連續(xù)吸，排氣，運轉平穩(wěn)；沒有余隙影響；排氣量大,缺點：每級壓比不高；摩擦損耗大,葉輪式式壓氣機特點：,優(yōu)點：壓縮比高,離心式壓縮機 Centrifugal compressor,軸流式壓縮機 axial-flow compressor,分類,理想氣體壓縮實際過程和水蒸氣的壓縮實際過程,理論耗功,實際耗功,實際多耗功

11、,7.3氣體壓縮效率,理想氣體（比熱容定值） 的絕熱內(nèi)效率,絕熱內(nèi)效率adiabaticinternalefficiency,氣壓機的定溫效率,為什么熱力過程要接近定溫壓縮？,例題7.3 葉輪式壓縮機，氮氣進口參數(shù)為p1=97.2kPa，T1=473K，出口壓力p2=311.11kPa，進口處氮氣流量qv=113.3m3/min，絕熱壓縮效率cs=0.80，略去進出口動能差和位能差。已知氮氣cp=1.038kJ/(kgK)，Rg=0.297kJ/(kgK)，k=1.4。 求： 1min內(nèi)壓氣機可逆絕熱壓縮的耗功量； 1min內(nèi)實際耗功量； 1min內(nèi)由于不可逆而多耗功wc； 若T0=290K，求1min內(nèi)做功能力損失AL。,解 根據(jù)題設，可知壓縮終溫T2可表示為：,氮氣進口比容v1為：,則氮氣進口質(zhì)量流量為,故1min內(nèi)壓氣機可逆絕熱壓縮的耗功量Wcs為：,1min內(nèi)實際耗功量Wcs/為：,1min內(nèi)由于不可逆而多耗功wc：,wc=Wcs/-Wcs=18.973-15.178=3.795 kJ,若T0=290K，求1min內(nèi)做功能力損失AL為：,按絕熱壓縮效率定義，對于理想氣體，實際壓縮終溫T2/為：,故氣體絕熱壓縮過程熵變S12為：,=126.6