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1、工程熱力學(xué),彭 偉 Email: 手機: 18055440449,第五章 氣體的流動和壓縮,5-1 一元穩(wěn)定流動的基本方程,一元流動的定義 流動的一切參數(shù)僅沿一個方向（可以是彎曲流道的軸線）有顯著變化，而在其他兩個方向上的變化極小。 連續(xù)方程,qv體積流量：單位時間流過截面的體積,qm質(zhì)量流量：單位時間流過截面的質(zhì)量,5-1 一元穩(wěn)定流動的基本方程,能量方程,噴管、擴壓管流動：無軸功、絕熱、 無重力位能變化,上式適用于任何工質(zhì)的絕熱穩(wěn)定流動過程,5-1 一元穩(wěn)定流動的基本方程,動量方程,在流體中沿流動方向取一微元柱體，牛頓第二定律：,若不考慮粘性力（摩擦力）,5-1 一元穩(wěn)定流
2、動的基本方程,其他相關(guān)方程,狀態(tài)方程:F（p,v,T）=0,過程方程（定熵過程）：pv=常數(shù),為定熵指數(shù)，0為理想氣體定熵指數(shù),音速方程：,5-1 一元穩(wěn)定流動的基本方程,其他相關(guān)方程,馬赫數(shù)是氣體在某截面處的流速與該處音速之比,根據(jù)Ma的大小，流動可分為三類,亞音速流動 音速流動 超音速流動,5-2 噴管中氣流參數(shù)變化和噴管截面變化的關(guān)系,什么是噴管 用于增加氣體或蒸氣流速的變截面短管 噴管中的流動過程 流速很快，過程很短，近似絕熱,噴管,5-2 噴管中氣流參數(shù)變化和噴管截面變化的關(guān)系,對于噴管而言，增加氣體流速是其主要目的。 當(dāng)Ma0，必須使dA1時，要使dc0,則應(yīng)dA0 (漸擴噴管)
3、當(dāng)Ma從小于1增加到大于1，要使dc0 從dA0(縮放噴管，拉伐爾噴管),5-2 噴管中氣流參數(shù)變化和噴管截面變化的關(guān)系,音速與臨界流速 噴管內(nèi)，音速不斷減小，流速不斷增大，二者相等時的流速稱為臨界流速，此位置后噴管需從漸縮轉(zhuǎn)為漸擴才能保持流速繼續(xù)增大，此位置稱為喉部。,5-3 氣體流經(jīng)噴管的流速和流量,滯止參數(shù)（*）：氣體流速為0時的各種參數(shù) 絕熱過程流速 無摩擦絕熱過程,5-3 氣體流經(jīng)噴管的流速和流量,臨界壓力比 臨界截面上的氣體壓力pc與滯止壓力p*之比稱為臨界壓力比，用c 表示 臨界流速,5-3 氣體流經(jīng)噴管的流速和流量,流量,5-3 氣體流經(jīng)噴管的流速和流量,最大流量,5-4
4、 壓氣機的壓氣過程,壓氣機 用來壓縮氣體 最常見的是用來壓縮空氣，即空氣壓縮機 原理：消耗功，并使氣體從較低的壓力升到較高的壓力,工作原理,,壓頭高低,,鼓風(fēng)機表壓0.10.3MPa,活塞式壓頭高，流量小， 間隙生產(chǎn),葉輪式壓頭低，流量大， 連續(xù)生產(chǎn),通風(fēng)機表壓0.01MPa以下,壓氣機表壓0.3MPa以上,壓氣機分類：,（容積型）,（速度型）,,,單級活塞式壓氣機的壓氣過程,工作原理,0-1：吸氣，傳輸推動功p1v1 1-2：壓縮，耗外功,2-3：排氣， 傳輸推動功p2v2,注意：壓氣機生產(chǎn)量通常用單位時間里生產(chǎn)氣體的標(biāo)準(zhǔn)立方米表示，不同于進氣或排氣狀態(tài)。,壓氣機耗功：,表示在活塞式壓氣機的
5、理想工作過程中，當(dāng)氣缸容積變化時缸內(nèi)氣體壓力變化的曲線。圖中的0-1和2-3過程，僅是將處于一定熱力狀態(tài)的氣體吸入或排出氣缸的機械輸送過程，只有12壓縮過程才是熱力過程。,pv”圖(示功圖),壓縮過程的熱力學(xué)分析,一種為過程進行得極快,視為絕熱過程； 一種為散熱良好,視為定溫過程； 實際壓縮過程在這兩者之間,,,,,,二.理論耗功,所以wC取決于初、終態(tài)及過程特征,,,,2.等溫壓縮,3.多變壓縮,1.絕熱壓縮,,,討論：,理想壓縮是 等溫壓縮,b）通常為多變壓縮,,,a）,1
6、T1) 理想氣體,可逆不可逆 =0/(0 -1)(p2v2-p1v1) 理想氣體,可逆絕熱 = 0 /(0 -1) p1v1(p2/p1)(0 -1)/ 0 -1 同上 = 0 /(0 -1) RgT1(p2/p1)(0 -1)/ 0 -1 同上,多變過程,將上式中0換成n即可,定溫壓縮:wcT=h-q 任何工質(zhì),可逆不可逆 =-Rg(v2/v1)=RgT(p2/p1) 理想氣體可逆,,余隙容積的影響,余隙容積clearancevolume,,,V是實際進入氣缸的氣體容積,稱為氣缸的有效容積,V,當(dāng)活塞運行到上止點位置時,為使進、排氣閥開啟時不與活塞頂部撞擊,在活塞頂點與氣缸蓋
7、之間留有一定得空隙,這一空隙稱為余隙容積,幾個名詞：,余隙容積Vc（=V3）,氣缸工作容積(活塞排量)Vh(=V1V3),有效吸氣容積Ve （=V1V4） 容積效率v=Ve/Vh 余隙比 =Vc/Vh,,,,余隙容積對生產(chǎn)量的影響,討論：,Vc，VeVm生產(chǎn)量,,,余隙對理論耗功無影響（實際上還是使耗功增大）。,歸納： 余隙存在使,2）實際耗功增大,,有害容積,1）生產(chǎn)量下降,,多級活塞式壓氣機的壓氣過程,采用分級壓縮，級間冷卻：,壓縮過程中 隨 p升高， T升高； v 下降,多級壓縮和級間冷卻,,,,,,為了節(jié)省壓縮耗功和限制壓縮終溫,同時為避免因增壓比太高而影響容積效率,常采用多級壓縮和級
8、間冷卻的方法,,,,,,理論耗功分析,每生產(chǎn)1kg壓縮氣體：,1,,n,低壓缸,a,,p,中冷器,3,,n,高壓缸,2,3,時,耗功最少,,,,,,討論： 按,選擇各級中間壓力，,,,,,,d）各缸按比例縮小 e）對提高整機容積效率v有利,b）各缸終溫相同,各缸終溫中最高者，有利于潤滑油工作及使可靠性增加。,c）各級散熱相同,各中冷器散熱相等,2）若分級m，則趨于定溫壓縮 但由于體積龐大，系統(tǒng)復(fù)雜， 可靠性下降一般2-4級,3）定溫效率,4）真空泵(vacuumpump)的實質(zhì)也是壓氣機，是出口壓力為恒值環(huán)境壓力，進氣壓力不斷降低的壓氣機,,葉輪式壓氣機工作原理,一.簡介,葉輪式壓氣機：,沒有余隙影響；但每級增壓比不高。轉(zhuǎn)速高；連續(xù)吸，排氣，運轉(zhuǎn)平穩(wěn)；排氣量大,二.葉輪式壓氣機熱力學(xué)分析,由于排量大，運轉(zhuǎn)快，難冷卻，可作絕熱壓縮考慮,,葉輪式壓氣機工作原理,,,,,理論耗功,實際耗功,
工程熱力學(xué)第五章氣體的流動和壓縮
