第9章压气机一、教案设计教学目标：使学生熟悉压气机热力过程，活塞式压气机工作原理，耗功量计算；余隙容积对压气机性能的影响；多级压缩与级间冷却；叶轮式压气机的工作原理。知识点：活塞式压气机工作原理，耗功量计算；余隙容积对压气机性能的影响；多级压缩与级间冷却；叶轮式压气机的工作原理。重点：压气机耗功量的计算方法，提高压气机效率的方法和途径。难点：多级压缩过程中各级增压比的确定，提高压气机效率的方法和途径。教学方式：讲授+多媒体演示+课堂讨论师生互动设计：提问+启发+讨论③问：余隙容积的存在使压气机产气量下降，对实际耗功有没有影响？。?！问：活塞式压气机为什么应采用隔热措施？?问：为什么若实施定温压缩产生高压气体，可不必分级压缩、中间冷却？问：为什么活塞式压气机适用于高压比、小流量：叶轮式压气机适用于小压比、大流量？学时分配：2学时二、 基本知识第一节气体的压缩及压气机的耗功一、气体压缩1压气机：用来压缩气体的设备2.。压气机的分类1）压气机按其产生压缩气体的压力范围，习惯上常分为：①通风机（pg0.3Mpa）。2）按压缩原理和结构分压气机分为活塞式、叶轮式（离心式和轴流式）及引射式
第 9 章 压气机 一、教案设计 教学目标:使学生熟悉压气机热力过程，活塞式压气机工作原理，耗功量计算； 余隙容积对压气机性能的影响；多级压缩与级间冷却；叶轮式压气机的工作原理。 知 识 点：活塞式压气机工作原理，耗功量计算；余隙容积对压气机性能的影响； 多级压缩与级间冷却；叶轮式压气机的工作原理。 重 点：压气机耗功量的计算方法，提高压气机效率的方法和途径。 难 点：多级压缩过程中各级增压比的确定，提高压气机效率的方法和途径。 教学方式：讲授+多媒体演示+课堂讨论 师生互动设计：提问+启发+讨论 问：余隙容积的存在使压气机产气量下降，对实际耗功有没有影响？。 问：活塞式压气机为什么应采用隔热措施？ 问：为什么若实施定温压缩产生高压气体，可不必分级压缩、中间冷却？ 问：为什么活塞式压气机适用于高压比、小流量；叶轮式压气机适用于小压 比、大流量？ 学时分配：2 学时 二、基本知识 第一节 气体的压缩及压气机的耗功 一、气体压缩 1 压气机: 用来压缩气体的设备 2.。压气机的分类 1）压气机按其产生压缩气体的压力范围,习惯上常分为： ① 通风机（pg0.3Mpa）。 2）按压缩原理和结构分压气机分为: 活塞式、叶轮式（离心式和轴流式）及引射式
二、压气机的理论耗功1.热力学分析的任务1）计算终态压力时外界消耗的功；2）探讨省功的途径。2.压气机的理论耗功（可逆压缩过程）q- Ah+_+ghzw.开口系稳定流动能量方程2i-i-0gz=0,对于压气机，因2所以W, =-W, =-W, =-g +AhWe = -W, =Ah=h,- h绝热压缩时有W=-W, =-W, =Ah=-定炳压缩时有1vo三、压气机的实际耗功（压气机的效率）1.压气机的实际耗功w., =h.-h2.压气机的绝热效率Wes_h-h-nesh.-h,Wes对于理想气体n=a_I-1T2 - TWe第二节单机活塞式压气机一、单机活塞式压气机工作过程
第二节 单机活塞式压气机 一、单机活塞式压气机工作过程 三、压气机的实际耗功（压气机的效率） 2 1 ' 2' 1 cs cs cs w h h w h h − = = − 2 1 ' 2' 1 cs cs cs w T T w T T − = = − 1.压气机的实际耗功 对于理想气体 1 2s p1 p2 s T 2 2.压气机的绝热效率 w h h cs' 2' 1 = − 压气机的实际耗功
吸气过程、压缩过程、排气过程。理想化为可逆过程、无阻力损失进气阀气缸活塞空气滤清器TTTTT排气阀散热片1.定温压缩轴功的计算W,=w, =-jvdp -Pry, in D2Pi按稳态稳流能量方程，压气机所消耗的功，一部分用于增加气体的恰，一部分转化为热能向外放出对理想气体定温压缩表示消耗的轴功全部转化成热能向外放出Wt=QT2.定压缩轴功的计算，kRT=kww, =-Jvdp =k-D.按稳态稳流能量方程，绝热压缩消耗的轴功全部用于增加气体的恰，使气体温度升高，该式也适用于不可逆过程3.多变压缩轴功的计算nRW,Jvdp:mn-按稳态稳流能量方程，多变压缩消耗的轴功部分用于增加气体的恰，部分对外放热，该式同样适用于不可逆过程
吸气过程、压缩过程、排气过程。理想化为可逆过程、无阻力损失. 1．定温压缩轴功的计算 wst = = − 2 1 wt vdp 1 2 1 1 ln p p − p v 按稳态稳流能量方程，压气机所消耗的功，一部分用于增加气体的焓，一部分 转化为热能向外放出. 对理想气体定温压缩,表示消耗的轴功全部转化成热能向外放出. wst =QT 2．定熵压缩轴功的计算, = − 2 1 wt vdp s k k kw p p k kRT = − − = −1 1 1 2 1 1 按稳态稳流能量方程，绝热压缩消耗的轴功全部用于增加气体的焓，使气体温度 升高，该式也适用于不可逆过程 3．多变压缩轴功的计算 = − 2 1 wt vdp s n n nw p p n nRT = − − = −1 1 1 2 1 1 按稳态稳流能量方程，多变压缩消耗的轴功部分用于增加气体的焓，部分对外 放热，该式同样适用于不可逆过程
(6)结论：1-ws/Tsm>T27可见定温过程耗功最少绝热过程耗功最多P高乐缸2.333冷却水冷却器低压缸P第三节活塞式压气机余陈影响余隙对排气量的影响余隙：为了安置进、排气阀以及避免活塞与汽缸端盖间的碰撞，在汽缸端盖与活塞行程终点间留有一定的余隙，称为余隙容积，简称余隙活塞式压气机的容积效率：活塞式压气机的有效容积和活塞排量之比，a, =1-V-VVi-V.结论：余隙使一部分汽缸容积不能被有效利用，压力比越大越不利。、余隙对理论压缩轴功的影响n.p(V-V,)V.式中：V=V.-V为实际吸入的气体体积。结论：不论压气机有无余隙，压缩每kg气体所需的理论压缩轴功都相同，所以
结论: −wst −wsn −wss T2s Tsn T2T 可见定温过程耗功最少，绝热过程耗功最多 第三节 活塞式压气机余隙影响 一、余隙对排气量的影响 余隙：为了安置进、排气阀以及避免活塞与汽缸端盖间的碰撞，在汽缸端盖与 活塞行程终点间留有一定的余隙，称为余隙容积，简称余隙 活塞式压气机的容积效率：活塞式压气机的有效容积和活塞排量之比， 1 3 4 3 1 V V V V v − − = − 结论：余隙使一部分汽缸容积不能被有效利用，压力比越大越不利。 一、余隙对理论压缩轴功的影响 − − − = − n n n s p p p V V n n w 1 1 2 1 2 1 ( ) 1 1 式中： V =V1 −V4 为实际吸入的气体体积。 结论：不论压气机有无余隙，压缩每 kg 气体所需的理论压缩轴功都相同，所以
应减少余隙容积。1）如果气体压缩机在汽缸中采取各种冷却方法后，已能按定温过程进行压缩，这时是否还要采用分级压缩，为什么。第四节多级压缩及中间冷却中间冷却器冷却水PiP3高压缸低压缸k-lYT-P2由T,(P)即：压力比越大，其压缩终了温度越高，较高的压缩气体常采用中间冷却设备，称多级压气机最佳增压比：使多级压缩中间冷却压气机耗功最小时，各级的增压比称为最佳增压比。压气机的效率：在相同的初态及增压比条件下，可逆压缩过程中压气机所消耗的功与实际不可逆压缩过程中压气机所消耗的功之比，称为压气机的效率。特点：1.减小功的消耗,由p-v图可知2.降低气体的排气温度，减少气体比容3.每一级压缩比降低压气机容积效率增高中间压力的确定：原则：消耗功最小。以两级压缩为例,得到：Pz/p,=P/p2结论：两级压力比相等，耗功最小。推广为乙级压缩β, = β, =...= . / pi推理：
应减少余隙容积。 1) 如果气体压缩机在汽缸中采取各种冷却方法后，已能按定温过程进行压缩， 这时是否还要采用分级压缩，为什么。 第四节 多级压缩及中间冷却 由 k k p p T T 1 1 2 1 2 − = 即：压力比越大，其压缩终了温度越高，较高的压缩气体常采用中间冷却设备， 称多级压气机. 最佳增压比：使多级压缩中间冷却压气机耗功最小时，各级的增压比称为最佳 增压比。 压气机的效率：在相同的初态及增压比条件下，可逆压缩过程中压气机所消 耗的功与实际不可逆压缩过程中压气机所消耗的功之比，称为压气机的效率。 特点: 1．减小功的消耗,由 p-v 图可知 2．降低气体的排气温度,减少气体比容 3．每一级压缩比降低,压气机容积效率增高 中间压力的确定: 原则：消耗功最小。 以两级压缩为例,得到： 2 1 3 2 p / p = p / p 结论:两级压力比相等，耗功最小。 推广为 Z 级压缩 z 1 2 pz 1 p1 . / = = = + 推理:
1.每级进口、出口温度相等2.各级压气机消耗功相等3.各级气缸及各中间冷却放出和吸收热量相等三、本章总结多级压缩、级间冷却采用最佳的中间压力或各级的最佳压比，不仅可以使压气机总耗功最小，而且还可以使压气机各级压缩耗功量相同，各级气体的升温相同，各中间冷却器的的放热量相等。这些对于压气设备的设计和运行是很有利的。上述多级压缩、级间冷却的原理也适用于叶轮式压气机。四、作业与讨论作业：思考题1、2；习题9-2讨论活塞式压气机无论是单机还是多级压缩都应尽可能采用冷却措施，力求接近定温压缩。压气机的定温压缩效率是在压缩前气体的状态相同、压缩后气体的压力相同时，可逆压缩过程所消耗的功和实际过程所消耗的功之比。③叶轮式压气机一般在不冷却情况下工作，所以常采用绝热效率来衡量其工作的优劣
1．每级进口、出口温度相等. 2．各级压气机消耗功相等. 3．各级气缸及各中间冷却放出和吸收热量相等. 三、本章总结 多级压缩、级间冷却采用最佳的中间压力或各级的最佳压比，不仅可以使压 气机总耗功最小，而且还可以使压气机各级压缩耗功量相同，各级气体的升温相 同，各中间冷却器的的放热量相等。这些对于压气设备的设计和运行是很有利的。 上述多级压缩、级间冷却的原理也适用于叶轮式压气机。 四、作业与讨论 作业：思考题 1、2；习题 9-2 讨论 活塞式压气机无论是单机还是多级压缩都应尽可能采用冷却措施，力求接近 定温压缩。压气机的定温压缩效率是在压缩前气体的状态相同、压缩后气体 的压力相同时，可逆压缩过程所消耗的功和实际过程所消耗的功之比。 叶轮式压气机一般在不冷却情况下工作，所以常采用绝热效率来衡量其工作 的优劣