(往复式压缩机)作业论

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1、《往复式压缩机数学模型及应用作业》姓名：学院：专业：班级：学号：联系电话：（1）以盖侧吸气盘片阀为例，建立气阀工作过程的数学模型。解：（2个假设）①忽略气体与壁面的热交换；②气体为理想气体。对气体流动微分方程式和阀片运动规律的微分方程式联立求解，具体形式为：式中初始条件和边界条件：（初始条件）阀片即将离开阀座的瞬时为初始时间,相应的曲轴转角为初始角。其初始17条件有四个，即：初始位移、初始速度、初始加速度和气缸内气体的初始压力。阀片的初始位移y、初始速度和初始加速度均为0，即：（边界条件）气缸内气体的初始压力用力平衡公式计算。阀片即将离开阀座时：17(2)气流脉动

2、对往复式压缩机性能有何影响？消减往复式压缩机气流脉动的方法有哪些？答：气流脉动对往复式压缩机的排气量、功率消耗，对气阀工作都有影响。气体压力脉动对压缩机热力学性能的影响可归纳为四类：1.轴功率与计算的正常轴功率相等，但排气量低于计算值；2.排气量与计算值相符，轴功率比计算的轴功率大；3.排气量与轴功率均比计算的正常值大；4.排气量与轴功率均比计算的正常值小。无论属于哪一类影响，都使得压缩机的效率降低。因气体压力脉动增加的功率损失约在4～20%之间。图1为未受压力脉动影响的压缩机正常运转指示图，并作为比较各种压力脉动影响的基础。图中，a点的吸气压力和c点的排气压力与

3、名义吸气压力和排气压力重合。压缩过程线a-b线和膨胀过程线c-d线用计算确定。图2表明了第一类影响。此时，排气侧的压力脉动很大，且使点c的压力大于名义排气压力。因而在排气终了时，残留在余隙容积内的气体较正常情况下多，使膨胀过程线c-d从正常位置向右移动。吸气侧的压力脉动使吸气过程线d-a向下移动，使a点的吸气压力低于名义吸气压力。17图3表示指示功的变化。面积和表示减少的指示功。面积和为增加的指示功。且有,因而轴功率与计算的正常轴功率相符，但排气量低于计算值。图4中，功损失与正常情况下气体吸、排气过程的功损失不同。面积表示正常情况下排气过程的功损失。当排气管道上出

4、现压力脉动时，缸内气体压力沿图上实线①变化，排气腔内气体压力沿图上虚线②变化。面积表示气体流经气阀和管道时的损失，它与面积相等。指示图中排气腔内气体压力与名义排气压力之间的面积，是排气腔内压力脉动引起的损失。17(2)阐述（数学模型）的最优化设计过程。数学模型为研究压缩机工作过程提供了重要工具。利用数学模型可求得不同工况、不同结构参数条件下气体热力学参数的变化，指示功，排气量，气阀运动规律，……，并在此基础上进行压缩机的优化设计，或开展专题研究，如压力脉动研究；气阀升程研究等。最优化设计可以表述为：在满足约束条件时，使目标函数极小化。目标函数是设计者追求的最优指标

5、，它与设计参数，即自变量之间有一定关系。约束条件是自变量间的相互制约关系。在压缩机中，目标函数反映了压缩机的一种性能。由于能源对人类生活所起的重大作用，许多目标函数与压缩机能耗指标有关，要求在保证排气量的前提下耗功最小。解决上述问题的步骤如下：一、列出数学模型为了使数学模型简化，可以作以下假定：1.吸、排气腔容积无限大，故腔内的温度和压力不变，且等于名义吸、排气压力和吸、排气温度。压缩机吸、排气管道中的压力脉动将使压缩机的比功率上升，但采取一些技术措施后，能使压力脉动量降低到很低的水平，因而可采用此假定。2.空气为理想气体常温下排气压力为的空气，其压缩因子几乎等于

6、1，完全可按理想气体来处理。3.气体在吸、排气腔通道内的流动以及通过活塞与气缸间隙的泄漏均为绝热流动，并可用稳定流动公式计算。4.吸、排气阀有良好的运动规律。按上述假定，列出能量平衡式、质量平衡式、气阀运动规律方程式、流量计算式等一组公式，用龙格-库塔法求解。二、作平面图17转速给定后，压缩机的排气量和比功率q为气缸直径D和行程S的函数，即;将排气量曲面和比功率曲面投影到s-D平面内，得到一组等线和等q线，如图所示。1717二、求最佳行程和最佳气缸直径图5.3～5.5中，与的等排气量线相切的等q线，其切点表示该转速下最佳的行程和缸径。不同转速下有不同的最佳缸拚和行

7、程：在某台两级压缩机中间冷却器优化设计时，建立并确定的目标函数不但考虑了节能，而且考虑了设备投资。这样得出兵中间冷却器的最佳尺寸保证压缩机的综合经济效益最佳。应用中间冷却器后，节省的能量如图所示：17理论上，气体在中间冷却器内放出的热量越多，温度越低，节省的功越多。为此需增加传热面积或传热系数。增加传热面积可降低，但同时增加了中间冷却器的造价。增加流体速度可提高传热系数，但增加了消耗于流体流动的泵功。因此，存在眘最佳传热面积和冷、热流体的流速，以及相应的中间冷却器最佳尺寸。（4）简要阐述一种往复式压缩机领域的新技术，并评价该项技术。17《往复式压缩机冷却系统的研究

8、》Stud