热工基础第八章.doc

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1、第八章热力循环1、学习目标熟悉几种典型热工设备（或装置）的基本构成和工作原理；掌握将实际循环抽象简化为理想循环的一般方法；能够熟练分析计算各种循环；了解内燃机循环各种特性参数及其对热效率的影响，掌握提高各种循环能量利用经济性的方法和途径。2、学习建议（1）学习时间：4-6小时（2）学习方法A．仔细阅读教材第八章B．点播学习网络课程第八章C．完成习题3、学习重难点A．掌握活塞式压气机的工作原理、不同压缩过程（定温、多变、定熵）的特点；了解余隙容积、压力比对活塞式压气机容积效率的影响；了解多级压缩、级间

2、冷却的工作情况；掌握压气机的耗功计算及压气机的省功方法和途径。B．掌握活塞式内燃机的工作原理；了解实际循环抽象为理想循环的简化条件；掌握定容加热、定压加热、混合加热理想循环的p-v图和T-s图，并能对各种循环的吸热量、放热量、循环功、热效率进行分析计算；了解循环特性参数及其对热效率的影响。C．掌握蒸气压缩制冷循环的工作原理及理论循环的T-s图和lgp-h图；掌握利用制冷剂的lgp-h图计算制冷量q2、耗功量w0、制冷系数ε的方法；了解提高制冷系数ε的方法。第一节压气机循环使气体升压的设备称为压气机。

3、压气机的应用非常广泛，如锅炉通风、物料传送、增压柴油机、燃气轮机、制冷工程中制冷剂气体的压缩等，都要用到压气机，生活中使用的电风扇也是一种压气机。压气机按其产生压缩气体的压力范围，可分为通风机（<110kPa）、鼓风机（110～400kPa）和压缩机（>400kPa）；按其结构及工作原理分，主要可分为活塞式和叶轮式（叶轮式又可分为离心式和轴流式）两大类。压气机是耗功设备，研究压气机的主要目的是分析其耗功，从而寻求省功的方法和途径。虽然活塞式压气机与叶轮式的结构和工作原理不同，但其基本的热力学原理都一

4、样。本节重点以活塞式压气机为例，介绍压气机的一般工作原理及分析计算。一、单级活塞式压气机的工作原理如果忽略活塞与气缸盖之间的间隙，并假定压气机的工作过程为可逆过程，活塞式压气机的理想工作过程由以下3个过程组成：1.吸气过程当如图8.1（a）所示活塞由上止点向右移动时，进气阀A开启，排气阀B关闭，压力为p1的气体被吸入气缸。活塞到达下止点时，吸气过程结束。在图8.1（b）中为4—1过程。2.压缩过程吸气过程结束后，活塞由下止点向左移动，此时进、排气阀均关闭，缸内气体被压缩，压力升高。当达到预期状态p2

5、时，压缩过程结束。在图8.1（b）中为1—2过程。3.排气过程缸内气体被压缩到预期压力p2后，排气阀打开，活塞继续左移，缸内压力为p2的气体排出气缸。活塞到达上止点时，排气过程结束。在图8.1（b）中为2—3过程。（a）工作原理示意图（b）理想工作过程p－Ｖ图（图中原点0，横坐标Ｖ）图8.１单级活塞式压气机的工作原理示意图与理想工作过程p-V图二、压气机的耗功在上述过程中，只有压缩过程使气体的状态发生了变化，是热力过程。进气和排气过程都不是热力过程，只是气体的迁移过程，缸内气体的数量发生变化，但热力

6、状态不变。所以图8.1（b）为p-V图。吸气过程中气缸吸入压力为p1的气体，气体的质量qm和容积V不断增加，而气体的状态(p1,v１)不变，相当于气体定压膨胀，该过程中系统作正功p1V1；压缩过程中进、排气阀均关闭，气体的量不变，而气体的压力不断增加，该过程中外界对系统作压缩功（负功），压缩过程的耗功是容积功，在图8.1（b）中为1-2过程线以下的面积，即：　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（8.1）排气过程中气体的质量qm和容积V不断减少，但气体的状态(p2,v2)不变，相当于气体被定

7、压压缩，因此该过程系统作负功p2V2。压气机所消耗的功为上述三项功的代数和。由图8.1（b）知，压气机耗功为负的技术功，在图8.1（b）中为1-2过程线以左的面积，即（8.2）压缩1kg气体，压气机的耗功为（8.3）注意：压缩过程的耗功与压气机的耗功概念不同。三、活塞式压气机三种压缩过程的比较在活塞式压气机中，压气机的进、排气过程是周期性间歇的，但由于压气机转速较高，间歇时间很短，且工质流量一定，可近似认为进、排气过程连续稳定。所以，活塞式压气机可视为稳定流动系统，压气机的简化模型为：稳流、可逆。根

8、据活塞式压气机的不同工作条件，可能存在三种压缩过程：一种是没有冷却措施，而且过程进行得很快，压缩过程中由机械能转变的热能来不及向外释放，即过程可近似看作绝热过程（因过程可逆即为定熵过程）；另一种是冷却足够充分，压缩过程中机械能转变的热能可及时散掉，气体温度保持不变，即定温过程；第三种是有冷却措施，但不足以使气体温度保持不变，即在压缩过程中既有散热量，也有温升，正好介于定熵过程和定温过程之间，为多变过程，因此，该多变指数的范围为1