往复活塞压缩机热力性能计算介绍.ppt课件.ppt
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1、往复活塞压缩机热力性能计算介绍气体热力过程工程热力学(补充内容)气体热力参数: 压力:p 温度:T (T= t+273 K) 比体积: 内能:u 气体质量:m 焓:h 熵:s 热量:q 功:W 气体分子量: 气体常数:R (R=8314/) 气体摩尔质量:M (M=/1000) (一) 气体状态方程式21qduwwpdvquwwpdv 由:、任何气体:p、T 三者相互关联 状态方程式: ()0f pT (1)热力学第一定律:(2)理想气体)理想气体 (理想气体:不考虑分子所占体积和分子间相互作用力) 气体状态方程:气体状态方程: N气体摩尔数; R0=MR通用气体常数。(3)实际气体实际气体
2、状态方程式状态方程式: Z压缩性系数,与气体的性质、压力和温度有关。 Z 值可以查表、查图得出(如书中图1-1)。0pvRTpVmRTpVNR TpvZRTpVZmRT(二二) 理想气体热力过程及压缩功理想气体热力过程及压缩功热力学中给出了五种计算方法:热力学中给出了五种计算方法: 等温过程、等熵过程、多变过程、等温过程、等熵过程、多变过程、等容过程、等压过程 (1) 等温过程等温过程 在压缩过程中,气体温度不变,T=常数。 状态方程式: pvRTpVmRT由:、1 11 1221 1221212222111;pvp vpvp vp vpvpVpVp VmRTmRTpVTppVTp常数或 等温
3、过程功等温过程功Wi 膨胀过程功: 21iWpdv221 11121 11112ln( )ln( )iiidvWpdvp vvpWp vJpVWmRTJVpd012pkpv 常数(2) 绝热过程(等熵过程) 气体与外界无热量交换,气体与外界无热量交换,q=0 。 绝热过程方程式:绝热过程方程式: p120120sT1 11 1221 11111212211211;kkkkkkkkkp vpvp vp vpvpVmRT pVmRTpTVTpVpVTVTp导出式:导出式: 绝热过程功绝热过程功 Wi 对于理想气体,可逆的过程对于理想气体,可逆的过程 绝热膨胀过程功:绝热膨胀过程功:21121111
4、121211( )111111kkikiipWpdvpvJkpvWmRTkvWmR TTJkwip12 (3)多变过程 非等温、非绝热下的相对较实际的压缩过程。 多变过程方程式:多变过程方程式: 多变膨胀过程功:多变膨胀过程功: 1 122(nnnnpVpVpVp Vn常数多变指数)11212122121211nnnnpVTVTppVTVTp1221 111111nnipWpdvpVJnp 2.2.1 理论压缩循环 理论压缩的假设:理论压缩的假设: 气缸内气体全部排出。气缸内气体全部排出。 进气、排气过程中,压力温度都不变。进气、排气过程中,压力温度都不变。 压缩过程指数一定,压缩过程指数一定
5、,k , m 值不变。值不变。 气缸无泄漏。气缸无泄漏。 满足上面四条的为:理论压缩循环满足上面四条的为:理论压缩循环理论压缩循环经过三个压缩过程:理论压缩循环经过三个压缩过程: 进气过程:4-1线, 吸气压力不变 p1 , 最大进气量V1 。 压缩过程:1-2 线, 压力升高,容积减少,最高压力 p2 排气过程:2-3 线, 排气压力不变 p2 ,缸内气体排出。 VP412P23P1吸气压缩排气 为一个循环,或一个冲程。 曲轴旋转一周,活塞一个往复, 完成一个理论压缩循环。 (一)理论进气量(一)理论进气量 气缸直径 D,冲程长度(活塞行程)S S=2r ( 曲柄半径) 活塞行程容积:Vh
6、, 进气容积:V1 一个理论循环的进气量: V1= Vh = ApS Ap 活塞面积, 单作用气缸单作用气缸: 双作用气缸双作用气缸:2m3214pmVA SD S冲322124mVDdSdm冲活塞杆直径,SD 单作用级差气缸单作用级差气缸: 每分钟理论进气量每分钟理论进气量 每分钟活塞冲程次数 n (冲/分)= 曲轴的转速 n (r/min)min24min43221321msdDnVmsDnsAnVp双作用:单作用:冲3214msDV (二)理论压缩循环功二)理论压缩循环功 气体压缩,体积减少,温度升高,热量散发。致使这个热力过程的能量计算较复杂,热力学中压缩过程五种: 等温过程、等熵过程
7、、多变过程等温过程、等熵过程、多变过程、等容过程、等压过程、等容过程、等压过程理想气体状态方程式理想气体状态方程式: pvRTpVmRTkgm33mkg功Wi式中: R=8314/; 气体分子量;气体比容 T绝对温度, T= t+273 K V气体容积 m气体质量 依据热力学第一定律依据热力学第一定律:循环过程功循环过程功Wi 进气过程功:p1V1 Wi 排气过程功:- p2V2 压缩过程功:12340Wikpv功Wi21wpdvwpdv循环压缩功:21pdV140pvvp04321kvp0432p1v1吸气过程功压缩过程功21pdVW1kp2v2排气过程功循环过程功循环过程功Wi 压缩为正功
8、:2121 1221pipWpVp VpdVVdp 21pipWVdpJ12340pvWivvdp(1) 等温过程等温过程 在压缩过程中,气体温度不变,在压缩过程中,气体温度不变,T=常数。常数。 状态方程式:状态方程式: 等温下等温下:循环过程功循环过程功Wi pV 常数pvRTpVmRT由:、wi21pipWVdpJ1 12212pVpVp VmRTmRT11pVVp12340pvWivvdp11pVVp 取外力作功为正 22111 121 11112lnlnppippiipVWVdpdpppWpVJpVWmRTV32121,mVVpppa进气体积、排出体积,进、排气压力,(2) 绝热过程
9、绝热过程 压缩过程中,气体与外界无热量交换,q=0 。 绝热过程方程式:绝热过程方程式: k绝热指数,只随温度变化。 111212211211kkkkpTVTpVpVTVTp等容比热等压比热;vpvpCCCCkpvRTpVmRT由:、kpV 常 数1122111;kkkpVp Vp VpVmRTp VmRT12340Wikpv 单原子气体:k=1.66 1.67 双原子气体:k=1.40 1.41 多原子气体:k= 1.10 1.30 理论循环绝热压缩过程功理论循环绝热压缩过程功 Wi21121 1111kkpippkWVdppVJkp1111kkkppVp VVVp211ikWmR TTJk
10、功Wi(3)多变过程)多变过程 非等温、非绝热下的相对较实际的压缩过程。 多变压缩过程方程式多变压缩过程方程式:11212122121211nnnnpVTVTppVTVTpnnpV 常数1122(nnnpVp Vp Vn 多变指数) 理论循环多变压缩过程功理论循环多变压缩过程功 往复活塞式压缩机常采用水冷和风冷。 一般: 1nk 高压气缸级:nk211211112111111nnpipnnipnWVdpp VJnppnWmRTJnp功Wi三种压缩过程比较:三种压缩过程比较: 等温压缩过程用功最少,采用强制冷却,保持气缸温度不变。 绝热压缩过程用功最多。 多变压缩过程用功在两者之间,较符合实际。
11、 气体压缩机采用水冷或风冷目的减少温度的变化k12340Wipvm1等温线多变线绝热线p1p2 2.2.2 级的实际压缩循环级的实际压缩循环 气缸内实际压缩循环的示功图: 实测 abcd 图面积为实际压缩循环功。主要特点:主要特点: 气缸内有余隙容积气缸内有余隙容积 V0 存在存在 V0 内的剩余气体在压缩时被压缩,吸气时它先膨胀。使循环过程出现一个膨胀过程,膨胀线 cd 。 四个过程为一个循环:吸气吸气压缩压缩排气排气膨胀膨胀 缸内余隙有: 活塞与气缸端部间隙。23 mm 活塞与气缸环形间隙。0.51mm 进、排气门阀通道,测压表管道。 活塞帽凹槽 等。 Wibc34p2p1vp0p2ad1
12、2p1(2)进气阀、排气阀弹簧压力,阀片振动 进气时,气流需要克服阀片弹簧阻力 进气压力 pp2 同样,阀片颤振,出现压力线波动。 p 为克服气门阀片压紧弹簧所需的压力。 压缩过程与膨胀过程存在不稳定的热交换,使压缩曲线与膨胀压缩过程与膨胀过程存在不稳定的热交换,使压缩曲线与膨胀 曲线不是稳定的曲线不是稳定的 n 值。(多变指数值。(多变指数n是变化的)是变化的) 压缩线压缩线 ab 开始段:气体吸热开始段:气体吸热 nk 中间段:不传热中间段:不传热 n=k 结束段:气体放热结束段:气体放热 nk 中间段:不传热中间段:不传热 m=k 结束段:气体吸热结束段:气体吸热 mk mn 气缸内存在
13、气体泄漏,使压缩线与膨胀线变的平坦。气缸内存在气体泄漏,使压缩线与膨胀线变的平坦。 外泄漏:活塞环、活塞杆填料函、第一级进气阀。外泄漏:活塞环、活塞杆填料函、第一级进气阀。 内泄漏:排气阀、后面各级进气阀。内泄漏:排气阀、后面各级进气阀。2.2.3 级的进气量与排气量级的进气量与排气量(一)实际进气量(一)实际进气量 VSO 活塞行程容积: Vh = VS 余 隙 容 积: Vo 余隙膨胀容积:V1 按多变膨胀过程分析: 1112011040310102nnnnppVVVVpVpVVpVp即:Vh=VsVsVsV0V1Wi1abcd34p1pv02p1p2p1p2p2svsnSssssVVpp
14、VVVVVVVV111112011若膨胀到4点开始吸气。(n膨胀指数)实际进气容积实际进气容积:v 容积系数, 表征行程容积有效利用率。Vh=VsVsVsV0V1Wi1abcd34p1pv02p1p2p1p2p2 v 对进气量影响最大, 和最关键。 考虑1点与 a点的差异: 名义压力比。相对余隙容积。式中:120111201111ppVVppVVVVsnnsssvasassaasmRTVpmRTVpVTpaVTp1 1 111点参数:点参数:Vh=VsVsVsV0V1Wi1abcd34p1pv02p1p2p1p2p2 比值得:实际吸气量: 式中:saavsaasVTTppVTTppV1111
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