工程热力学第8讲-第4章-2典型过程装备中的热力过程

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1、工程热力学第九讲山东大学机械工程学院过程装备与控制工程研究所过程装备与控制工程专业本讲内容4-2典型过程装备中的热力过程4.6压气机中的热力过程活塞式压气机中的热力过程叶轮式压气机中的热力过程4.7膨胀机中的热力过程4.8锅炉中的热力过程4.9汽轮机中的热力过程学习要求熟练计算压气机的功（单级活塞式压气机的理论耗功、余隙容积对压气机理论耗功的影响、多级压缩节间冷却耗功计算等）和绝热效率。了解压气机和膨胀机的工作原理。掌握压气机的余隙容积、分级压缩和中间冷却的必要性。熟悉节流膨胀和定熵膨胀的关系。了解锅炉和汽轮机的结构和工作原理。掌握锅

2、炉和汽轮机的相关蒸汽热力过程计算。4.6压气机中的热力过程压气机是生产压缩气体的设备，它不是动力机，而是用消耗机械能来得到压缩气体的一种工作机。压缩气体的用途：动力机、风动工具、制冷工程、化学工业、潜水作业、医疗、休闲等。百万吨级大乙烯要求高可靠性、高寿命的大型离心压气机——单机45,000KW。压气机分类：按工作原理和构造：容积式（活塞式或往复式）压气机、速度式（叶轮式或离心式）压气机、特殊引射式压缩器。按压缩气体压力范围：通风机（＜110kPa)、鼓风机（110~400kPa)、压气机（>400kPa)。（绝压）航空航天用WP7压

3、气机转子--工作叶片、轮盘、轴静子--静子叶片、内外环、机匣往复式压气机当压缩空气时，往往伴随水蒸气凝结。V型空气压缩机注意：压气机生产量通常用单位时间里生产气体的标准立方米表示，不同于进气或排气状态。4.6.1单级活塞式压缩机的结构结构简图主要部件：1、活塞2、气缸3、滤清器4、吸、排气阀5、散热肋片空气进口排入空气瓶中单级活塞式压缩机的工作原理工作原理：f-1：吸气，传输推动功p1v11-2：压缩，耗外功2-g：排气，传输推动功p2v2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。压气机理论耗功：压缩气体的生产过程

4、包括气体的流入、压缩和输出，所以压气机耗功应等于压缩过程耗功与进、排气过程推动功的代数和。压气功的耗量可认为等于技术功。wC取决于初、终态及过程特征。单级活塞式压缩机的理论耗功可能的压气过程特别快，来不及换热。绝热过程特别慢，热全散走。定温过程实际压气过程是多变过程单级活塞式压缩机的理论耗功三种压气过程的理论耗功：1.绝热压缩2.等温压缩3.多变压缩增压比单级活塞式压缩机的理论耗功讨论：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

5、仅减少耗功，而且保证润滑条件。通常为多变压缩,1

6、2活塞排量Vh=V1–V3余隙容积Vc=V3有效吸气容积Ve=V1–V4余隙容积比α=Vc/Vh容积效率ηv=Ve/Vh余隙容积使得容积效率降低，气体生产量减小。生产量(每周期)容积效率容积效率:讨论：余隙比增大，容积效率降低；增压比提高，容积效率也降低。最大增压比最大增压比依靠单级压缩往往难以达到工程所要求的高压对于压力较高的情况，一般采用双级压缩和中间冷却。VsVcVpV吸p2pb34212’4’3’P2’3”(2”)P2”余隙容积对理论耗功的影响有余隙容积和无余隙容积时，压缩1kg气体所消耗的功是相同的余隙容积的影响小结余隙容积

7、的存在，是避免活塞与进排气阀碰撞必须的。余隙容积的存在，使容积效率降低，每周期吸气量变小。余隙容积的存在，对压缩定量气体的理论耗功没有影响。余隙容积的存在，使得单级增压具有最大值。多级压缩和级间冷却多级压缩和级间冷却是指气体依次在几个气缸中连续压缩，同时为了避免过高的温度和减少气体的比容以降低下一级所消耗的功，在前一级压缩后，将气体引入中间冷却器进行定压冷却至初始温度，然后进行下一级继续压缩，直到所需要的压力为止。作用：降低排气温度，节省功耗，增大容积效率。冷却水双级活塞式理想压缩机p-V图p30p2p113’4252’多变过程定温线

8、3’3双级压缩省功而且压缩终温较低，有利于润滑。单级压缩：面积012340p1p3：双级压缩：面积0122’3’40pV1n低压缸2p中冷器2’n高压缸3’润滑油要求t<160~180℃,高压压气机必须分级。两级压缩设