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第十一章 压气机的热力过程

压气机的作用
生活中：自行车打气。
工业上：锅炉鼓风、出口引风、
炼钢、燃气轮机、制冷空调等等

型式
结构
压
力
范
围

活塞式(往复式) 出口当连续流动
离心式 ，涡旋
连续流动
轴流式，螺杆
通风机
鼓风机
压缩机

p  0.01MPa
0.01MPa  p  0.3MPa
p  0.3MPa

活塞式压气机的结构
流量小，升压幅度可以很大。
普遍使用在汽车，电冰箱, 化工。
储
气
罐

单级活塞式压气机的工作原理及压
缩过程分析
目的：研究耗功，越少越好
指什么功

技术功wt

理论压气功(可逆过程)

§11-1

活塞式压气机的压气过程
p

2

1

V2

V1

v

可能的压气过程
nk

(1)、特别快，来不及换热。 s
(2)、特别慢，热全散走。
T
(3)、实际压气过程是
p 2
T
p2

2n

1 n  k

n

2s

2s

T
2T

p1

n 1

p2
p1

2n

1

1

v

s

三种压气过程功的理论耗功
wtn 
wts 

n
n 1
k
k 1

p 2
T
p2

RT1[1  (
RT1[1  (

2n

p2

n 1

)

n

wtT  RT1 ln

]

p1
p2

)

k

最小 重要启示

]

2s

T
2T

p1

p2

k 1

p1

2s

p1

p2
p1

2n

1

1

v

s

三种压气过程的参数关系
wtT  wtn  wts

qT  qn  qs  0

v2T  v2n  v2s

T1  T2T  T2n  T2s

p 2
T
p2

2n

2s

T

2s

2T

p1

p2
p1

2n

1

1

v

s

§11-2活塞式压气机余隙容积的影响
p
避免活塞与进排气
阀碰撞，留有空隙
余隙容积 VC
1

2 压缩过程

2

3 排气，状态未变

3

4 残留气体膨胀

4

1 进新气，状态未变

2

3

4

1

V

p

Vh  V1  V3 活塞排量

VC

2

3

V  V1  V4 有效吸气容积
p1V  mRT1

新气量
产气量
研究VC对耗功和
产气量的影响

4
V3

1
V
V1

V

余隙容积VC对理论压气功的影响
功＝面积12341

p VC

＝面积12561－面积43564

5

2

3

设12和43两过程n相同
n 1


n


n
p
Wt 
p1V1 1   2  


n 1
p
 1




 p23 
n

p14V4 1  



n 1
 p14 


n 1
n






6

4
V3

1
V
V1

p2  p3
p1V1  m1RT1
p1  p4

V

余隙容积VC对理论压气功的影响
p VC

 p2 
n

Wt 
p1 (V1  V4 ) 1  


n 1
 p1 


n 1
n






n 1


n
 p2  
n


p1V 1  
 

n 1
 p1 


n 1


n
 p2  
Wt
n

wt 

RT1 1  
 

m
n 1
 p1 



2

3

4
V3

1
V
V1

V

余隙对单位产气
p1V  mRT1
量耗功不影响

余隙容积VC对产气量的影响
定义容积效率
V 

V



Vh

V1  V4 V3  V3

p VC

V1  V3

 V4

 1
 1
 1

V1  V3
V1  V3  V3

V4  V3

令

c

2

3

V3

4

1
V

VC

余隙比

Vh

工程上一般＝0.03~0.08

V3

1
1




n
n
 p3 
 p2 




V  1  c 

1

1

c

1
 p 

 p 

 4
 1





V1

V

余隙容积VC对产气量的影响
1


n
 p2 
V


V 
 1 c 

1



Vh
 p1 



讨论：
（1）

p2

c

Vh

p

p1

2

p2

（2） c 和n一定， p1 V
极限 V  0

3

V

一定，c

VC

VC

V3

4

1
V
V1

V

§11-3分级压缩中间冷却
储气罐

高压缸

低压缸

冷却水

进气口

储气罐

高压缸

p
p2

5

4

省功
2

3

低压缸

冷却水

p1

1

v
进气口

有一个最佳增压比

p2
p1

最佳增压比的推导
w分级  wt(n)  wt(n)
I




n
n 1
n
n 1

II

RT1[1  (

p2

RT3 [1  (

p4

p

n-1

)

n

]

p4

]

p2

5

4

p1
n-1

)

n

2
3

p3
p1

w分级 

n
n 1

省功

RT1[2  (

p2
p1

1

n-1

)

n

(

p4
p2

v

n-1

)

n

]

欲求w分级最小值，
w分级
p2

p2
p1

p
0 p 
2



p4

省功

p1 p4

p4

p2

p2

p1

最佳增压比

2
3

p终p
p4p
np1 p4

  ( 2) n  ( 4 )
w分级 
RT1[2
p1 n p
p1p1
p初p2
11
p2

5

4

n-1

可证明
1
若m级

n-1
n


] m

v

p终

p初

分级压缩的其它好处
T

T4  T5

p4
p2

5

4

p

3

5

p1

2

6

p4

6 4

1

2

p2
3

p1

s

1

v

润滑油要求t<160~180℃,高压压气机必须分级

w n ,1 

wn,2 

n
n 1
n
n 1

RT 1 [1  (

RT 3 [1  (

p2

n 1

)

n

T 2  T1 (

]

p1
p4

n 1

)

n

T 4  T1 (

]

p3

 T1  T3

 w n ,1  w n , 2

p2
p1



p4
p3

T2  T4

p2

n 1

)

n

p1
p4
p3

n 1

)

n

分级压缩的级数
分级

省功
降低出口温

多级压缩达到
无穷多级

p
p4

6

5

T

(1)不可能实现

p1

(2)结构复杂(成本高)

所以，一般采用 2 ~ 4 级压缩

1

v


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第十一章 压气机的热力过程

压气机的作用
生活中：自行车打气。
工业上：锅炉鼓风、出口引风、
炼钢、燃气轮机、制冷空调等等

型式
结构
压
力
范
围

活塞式(往复式) 出口当连续流动
离心式 ，涡旋
连续流动
轴流式，螺杆
通风机
鼓风机
压缩机

p  0.01MPa
0.01MPa  p  0.3MPa
p  0.3MPa

活塞式压气机的结构
流量小，升压幅度可以很大。
普遍使用在汽车，电冰箱, 化工。
储
气
罐

单级活塞式压气机的工作原理及压
缩过程分析
目的：研究耗功，越少越好
指什么功

技术功wt

理论压气功(可逆过程)

§11-1

活塞式压气机的压气过程
p

2

1

V2

V1

v

可能的压气过程
nk

(1)、特别快，来不及换热。 s
(2)、特别慢，热全散走。
T
(3)、实际压气过程是
p 2
T
p2

2n

1 n  k

n

2s

2s

T
2T

p1

n 1

p2
p1

2n

1

1

v

s

三种压气过程功的理论耗功
wtn 
wts 

n
n 1
k
k 1

p 2
T
p2

RT1[1  (
RT1[1  (

2n

p2

n 1

)

n

wtT  RT1 ln

]

p1
p2

)

k

最小 重要启示

]

2s

T
2T

p1

p2

k 1

p1

2s

p1

p2
p1

2n

1

1

v

s

三种压气过程的参数关系
wtT  wtn  wts

qT  qn  qs  0

v2T  v2n  v2s

T1  T2T  T2n  T2s

p 2
T
p2

2n

2s

T

2s

2T

p1

p2
p1

2n

1

1

v

s

§11-2活塞式压气机余隙容积的影响
p
避免活塞与进排气
阀碰撞，留有空隙
余隙容积 VC
1

2 压缩过程

2

3 排气，状态未变

3

4 残留气体膨胀

4

1 进新气，状态未变

2

3

4

1

V

p

Vh  V1  V3 活塞排量

VC

2

3

V  V1  V4 有效吸气容积
p1V  mRT1

新气量
产气量
研究VC对耗功和
产气量的影响

4
V3

1
V
V1

V

余隙容积VC对理论压气功的影响
功＝面积12341

p VC

＝面积12561－面积43564

5

2

3

设12和43两过程n相同
n 1


n


n
p
Wt 
p1V1 1   2  


n 1
p
 1




 p23 
n

p14V4 1  



n 1
 p14 


n 1
n






6

4
V3

1
V
V1

p2  p3
p1V1  m1RT1
p1  p4

V

余隙容积VC对理论压气功的影响
p VC

 p2 
n

Wt 
p1 (V1  V4 ) 1  


n 1
 p1 


n 1
n






n 1


n
 p2  
n


p1V 1  
 

n 1
 p1 


n 1


n
 p2  
Wt
n

wt 

RT1 1  
 

m
n 1
 p1 



2

3

4
V3

1
V
V1

V

余隙对单位产气
p1V  mRT1
量耗功不影响

余隙容积VC对产气量的影响
定义容积效率
V 

V



Vh

V1  V4 V3  V3

p VC

V1  V3

 V4

 1
 1
 1

V1  V3
V1  V3  V3

V4  V3

令

c

2

3

V3

4

1
V

VC

余隙比

Vh

工程上一般＝0.03~0.08

V3

1
1




n
n
 p3 
 p2 




V  1  c 

1

1

c

1
 p 

 p 

 4
 1





V1

V

余隙容积VC对产气量的影响
1


n
 p2 
V


V 
 1 c 

1



Vh
 p1 



讨论：
（1）

p2

c

Vh

p

p1

2

p2

（2） c 和n一定， p1 V
极限 V  0

3

V

一定，c

VC

VC

V3

4

1
V
V1

V

§11-3分级压缩中间冷却
储气罐

高压缸

低压缸

冷却水

进气口

储气罐

高压缸

p
p2

5

4

省功
2

3

低压缸

冷却水

p1

1

v
进气口

有一个最佳增压比

p2
p1

最佳增压比的推导
w分级  wt(n)  wt(n)
I




n
n 1
n
n 1

II

RT1[1  (

p2

RT3 [1  (

p4

p

n-1

)

n

]

p4

]

p2

5

4

p1
n-1

)

n

2
3

p3
p1

w分级 

n
n 1

省功

RT1[2  (

p2
p1

1

n-1

)

n

(

p4
p2

v

n-1

)

n

]

欲求w分级最小值，
w分级
p2

p2
p1

p
0 p 
2



p4

省功

p1 p4

p4

p2

p2

p1

最佳增压比

2
3

p终p
p4p
np1 p4

  ( 2) n  ( 4 )
w分级 
RT1[2
p1 n p
p1p1
p初p2
11
p2

5

4

n-1

可证明
1
若m级

n-1
n


] m

v

p终

p初

分级压缩的其它好处
T

T4  T5

p4
p2

5

4

p

3

5

p1

2

6

p4

6 4

1

2

p2
3

p1

s

1

v

润滑油要求t<160~180℃,高压压气机必须分级

w n ,1 

wn,2 

n
n 1
n
n 1

RT 1 [1  (

RT 3 [1  (

p2

n 1

)

n

T 2  T1 (

]

p1
p4

n 1

)

n

T 4  T1 (

]

p3

 T1  T3

 w n ,1  w n , 2

p2
p1



p4
p3

T2  T4

p2

n 1

)

n

p1
p4
p3

n 1

)

n

分级压缩的级数
分级

省功
降低出口温

多级压缩达到
无穷多级

p
p4

6

5

T

(1)不可能实现

p1

(2)结构复杂(成本高)

所以，一般采用 2 ~ 4 级压缩

1

v


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第十一章 压气机的热力过程

压气机的作用
生活中：自行车打气。
工业上：锅炉鼓风、出口引风、
炼钢、燃气轮机、制冷空调等等

型式
结构
压
力
范
围

活塞式(往复式) 出口当连续流动
离心式 ，涡旋
连续流动
轴流式，螺杆
通风机
鼓风机
压缩机

p  0.01MPa
0.01MPa  p  0.3MPa
p  0.3MPa

活塞式压气机的结构
流量小，升压幅度可以很大。
普遍使用在汽车，电冰箱, 化工。
储
气
罐

单级活塞式压气机的工作原理及压
缩过程分析
目的：研究耗功，越少越好
指什么功

技术功wt

理论压气功(可逆过程)

§11-1

活塞式压气机的压气过程
p

2

1

V2

V1

v

可能的压气过程
nk

(1)、特别快，来不及换热。 s
(2)、特别慢，热全散走。
T
(3)、实际压气过程是
p 2
T
p2

2n

1 n  k

n

2s

2s

T
2T

p1

n 1

p2
p1

2n

1

1

v

s

三种压气过程功的理论耗功
wtn 
wts 

n
n 1
k
k 1

p 2
T
p2

RT1[1  (
RT1[1  (

2n

p2

n 1

)

n

wtT  RT1 ln

]

p1
p2

)

k

最小 重要启示

]

2s

T
2T

p1

p2

k 1

p1

2s

p1

p2
p1

2n

1

1

v

s

三种压气过程的参数关系
wtT  wtn  wts

qT  qn  qs  0

v2T  v2n  v2s

T1  T2T  T2n  T2s

p 2
T
p2

2n

2s

T

2s

2T

p1

p2
p1

2n

1

1

v

s

§11-2活塞式压气机余隙容积的影响
p
避免活塞与进排气
阀碰撞，留有空隙
余隙容积 VC
1

2 压缩过程

2

3 排气，状态未变

3

4 残留气体膨胀

4

1 进新气，状态未变

2

3

4

1

V

p

Vh  V1  V3 活塞排量

VC

2

3

V  V1  V4 有效吸气容积
p1V  mRT1

新气量
产气量
研究VC对耗功和
产气量的影响

4
V3

1
V
V1

V

余隙容积VC对理论压气功的影响
功＝面积12341

p VC

＝面积12561－面积43564

5

2

3

设12和43两过程n相同
n 1


n


n
p
Wt 
p1V1 1   2  


n 1
p
 1




 p23 
n

p14V4 1  



n 1
 p14 


n 1
n






6

4
V3

1
V
V1

p2  p3
p1V1  m1RT1
p1  p4

V

余隙容积VC对理论压气功的影响
p VC

 p2 
n

Wt 
p1 (V1  V4 ) 1  


n 1
 p1 


n 1
n






n 1


n
 p2  
n


p1V 1  
 

n 1
 p1 


n 1


n
 p2  
Wt
n

wt 

RT1 1  
 

m
n 1
 p1 



2

3

4
V3

1
V
V1

V

余隙对单位产气
p1V  mRT1
量耗功不影响

余隙容积VC对产气量的影响
定义容积效率
V 

V



Vh

V1  V4 V3  V3

p VC

V1  V3

 V4

 1
 1
 1

V1  V3
V1  V3  V3

V4  V3

令

c

2

3

V3

4

1
V

VC

余隙比

Vh

工程上一般＝0.03~0.08

V3

1
1




n
n
 p3 
 p2 




V  1  c 

1

1

c

1
 p 

 p 

 4
 1





V1

V

余隙容积VC对产气量的影响
1


n
 p2 
V


V 
 1 c 

1



Vh
 p1 



讨论：
（1）

p2

c

Vh

p

p1

2

p2

（2） c 和n一定， p1 V
极限 V  0

3

V

一定，c

VC

VC

V3

4

1
V
V1

V

§11-3分级压缩中间冷却
储气罐

高压缸

低压缸

冷却水

进气口

储气罐

高压缸

p
p2

5

4

省功
2

3

低压缸

冷却水

p1

1

v
进气口

有一个最佳增压比

p2
p1

最佳增压比的推导
w分级  wt(n)  wt(n)
I




n
n 1
n
n 1

II

RT1[1  (

p2

RT3 [1  (

p4

p

n-1

)

n

]

p4

]

p2

5

4

p1
n-1

)

n

2
3

p3
p1

w分级 

n
n 1

省功

RT1[2  (

p2
p1

1

n-1

)

n

(

p4
p2

v

n-1

)

n

]

欲求w分级最小值，
w分级
p2

p2
p1

p
0 p 
2



p4

省功

p1 p4

p4

p2

p2

p1

最佳增压比

2
3

p终p
p4p
np1 p4

  ( 2) n  ( 4 )
w分级 
RT1[2
p1 n p
p1p1
p初p2
11
p2

5

4

n-1

可证明
1
若m级

n-1
n


] m

v

p终

p初

分级压缩的其它好处
T

T4  T5

p4
p2

5

4

p

3

5

p1

2

6

p4

6 4

1

2

p2
3

p1

s

1

v

润滑油要求t<160~180℃,高压压气机必须分级

w n ,1 

wn,2 

n
n 1
n
n 1

RT 1 [1  (

RT 3 [1  (

p2

n 1

)

n

T 2  T1 (

]

p1
p4

n 1

)

n

T 4  T1 (

]

p3

 T1  T3

 w n ,1  w n , 2

p2
p1



p4
p3

T2  T4

p2

n 1

)

n

p1
p4
p3

n 1

)

n

分级压缩的级数
分级

省功
降低出口温

多级压缩达到
无穷多级

p
p4

6

5

T

(1)不可能实现

p1

(2)结构复杂(成本高)

所以，一般采用 2 ~ 4 级压缩

1

v


Slide 4

第十一章 压气机的热力过程

压气机的作用
生活中：自行车打气。
工业上：锅炉鼓风、出口引风、
炼钢、燃气轮机、制冷空调等等

型式
结构
压
力
范
围

活塞式(往复式) 出口当连续流动
离心式 ，涡旋
连续流动
轴流式，螺杆
通风机
鼓风机
压缩机

p  0.01MPa
0.01MPa  p  0.3MPa
p  0.3MPa

活塞式压气机的结构
流量小，升压幅度可以很大。
普遍使用在汽车，电冰箱, 化工。
储
气
罐

单级活塞式压气机的工作原理及压
缩过程分析
目的：研究耗功，越少越好
指什么功

技术功wt

理论压气功(可逆过程)

§11-1

活塞式压气机的压气过程
p

2

1

V2

V1

v

可能的压气过程
nk

(1)、特别快，来不及换热。 s
(2)、特别慢，热全散走。
T
(3)、实际压气过程是
p 2
T
p2

2n

1 n  k

n

2s

2s

T
2T

p1

n 1

p2
p1

2n

1

1

v

s

三种压气过程功的理论耗功
wtn 
wts 

n
n 1
k
k 1

p 2
T
p2

RT1[1  (
RT1[1  (

2n

p2

n 1

)

n

wtT  RT1 ln

]

p1
p2

)

k

最小 重要启示

]

2s

T
2T

p1

p2

k 1

p1

2s

p1

p2
p1

2n

1

1

v

s

三种压气过程的参数关系
wtT  wtn  wts

qT  qn  qs  0

v2T  v2n  v2s

T1  T2T  T2n  T2s

p 2
T
p2

2n

2s

T

2s

2T

p1

p2
p1

2n

1

1

v

s

§11-2活塞式压气机余隙容积的影响
p
避免活塞与进排气
阀碰撞，留有空隙
余隙容积 VC
1

2 压缩过程

2

3 排气，状态未变

3

4 残留气体膨胀

4

1 进新气，状态未变

2

3

4

1

V

p

Vh  V1  V3 活塞排量

VC

2

3

V  V1  V4 有效吸气容积
p1V  mRT1

新气量
产气量
研究VC对耗功和
产气量的影响

4
V3

1
V
V1

V

余隙容积VC对理论压气功的影响
功＝面积12341

p VC

＝面积12561－面积43564

5

2

3

设12和43两过程n相同
n 1


n


n
p
Wt 
p1V1 1   2  


n 1
p
 1




 p23 
n

p14V4 1  



n 1
 p14 


n 1
n






6

4
V3

1
V
V1

p2  p3
p1V1  m1RT1
p1  p4

V

余隙容积VC对理论压气功的影响
p VC

 p2 
n

Wt 
p1 (V1  V4 ) 1  


n 1
 p1 


n 1
n






n 1


n
 p2  
n


p1V 1  
 

n 1
 p1 


n 1


n
 p2  
Wt
n

wt 

RT1 1  
 

m
n 1
 p1 



2

3

4
V3

1
V
V1

V

余隙对单位产气
p1V  mRT1
量耗功不影响

余隙容积VC对产气量的影响
定义容积效率
V 

V



Vh

V1  V4 V3  V3

p VC

V1  V3

 V4

 1
 1
 1

V1  V3
V1  V3  V3

V4  V3

令

c

2

3

V3

4

1
V

VC

余隙比

Vh

工程上一般＝0.03~0.08

V3

1
1




n
n
 p3 
 p2 




V  1  c 

1

1

c

1
 p 

 p 

 4
 1





V1

V

余隙容积VC对产气量的影响
1


n
 p2 
V


V 
 1 c 

1



Vh
 p1 



讨论：
（1）

p2

c

Vh

p

p1

2

p2

（2） c 和n一定， p1 V
极限 V  0

3

V

一定，c

VC

VC

V3

4

1
V
V1

V

§11-3分级压缩中间冷却
储气罐

高压缸

低压缸

冷却水

进气口

储气罐

高压缸

p
p2

5

4

省功
2

3

低压缸

冷却水

p1

1

v
进气口

有一个最佳增压比

p2
p1

最佳增压比的推导
w分级  wt(n)  wt(n)
I




n
n 1
n
n 1

II

RT1[1  (

p2

RT3 [1  (

p4

p

n-1

)

n

]

p4

]

p2

5

4

p1
n-1

)

n

2
3

p3
p1

w分级 

n
n 1

省功

RT1[2  (

p2
p1

1

n-1

)

n

(

p4
p2

v

n-1

)

n

]

欲求w分级最小值，
w分级
p2

p2
p1

p
0 p 
2



p4

省功

p1 p4

p4

p2

p2

p1

最佳增压比

2
3

p终p
p4p
np1 p4

  ( 2) n  ( 4 )
w分级 
RT1[2
p1 n p
p1p1
p初p2
11
p2

5

4

n-1

可证明
1
若m级

n-1
n


] m

v

p终

p初

分级压缩的其它好处
T

T4  T5

p4
p2

5

4

p

3

5

p1

2

6

p4

6 4

1

2

p2
3

p1

s

1

v

润滑油要求t<160~180℃,高压压气机必须分级

w n ,1 

wn,2 

n
n 1
n
n 1

RT 1 [1  (

RT 3 [1  (

p2

n 1

)

n

T 2  T1 (

]

p1
p4

n 1

)

n

T 4  T1 (

]

p3

 T1  T3

 w n ,1  w n , 2

p2
p1



p4
p3

T2  T4

p2

n 1

)

n

p1
p4
p3

n 1

)

n

分级压缩的级数
分级

省功
降低出口温

多级压缩达到
无穷多级

p
p4

6

5

T

(1)不可能实现

p1

(2)结构复杂(成本高)

所以，一般采用 2 ~ 4 级压缩

1

v


Slide 5

第十一章 压气机的热力过程

压气机的作用
生活中：自行车打气。
工业上：锅炉鼓风、出口引风、
炼钢、燃气轮机、制冷空调等等

型式
结构
压
力
范
围

活塞式(往复式) 出口当连续流动
离心式 ，涡旋
连续流动
轴流式，螺杆
通风机
鼓风机
压缩机

p  0.01MPa
0.01MPa  p  0.3MPa
p  0.3MPa

活塞式压气机的结构
流量小，升压幅度可以很大。
普遍使用在汽车，电冰箱, 化工。
储
气
罐

单级活塞式压气机的工作原理及压
缩过程分析
目的：研究耗功，越少越好
指什么功

技术功wt

理论压气功(可逆过程)

§11-1

活塞式压气机的压气过程
p

2

1

V2

V1

v

可能的压气过程
nk

(1)、特别快，来不及换热。 s
(2)、特别慢，热全散走。
T
(3)、实际压气过程是
p 2
T
p2

2n

1 n  k

n

2s

2s

T
2T

p1

n 1

p2
p1

2n

1

1

v

s

三种压气过程功的理论耗功
wtn 
wts 

n
n 1
k
k 1

p 2
T
p2

RT1[1  (
RT1[1  (

2n

p2

n 1

)

n

wtT  RT1 ln

]

p1
p2

)

k

最小 重要启示

]

2s

T
2T

p1

p2

k 1

p1

2s

p1

p2
p1

2n

1

1

v

s

三种压气过程的参数关系
wtT  wtn  wts

qT  qn  qs  0

v2T  v2n  v2s

T1  T2T  T2n  T2s

p 2
T
p2

2n

2s

T

2s

2T

p1

p2
p1

2n

1

1

v

s

§11-2活塞式压气机余隙容积的影响
p
避免活塞与进排气
阀碰撞，留有空隙
余隙容积 VC
1

2 压缩过程

2

3 排气，状态未变

3

4 残留气体膨胀

4

1 进新气，状态未变

2

3

4

1

V

p

Vh  V1  V3 活塞排量

VC

2

3

V  V1  V4 有效吸气容积
p1V  mRT1

新气量
产气量
研究VC对耗功和
产气量的影响

4
V3

1
V
V1

V

余隙容积VC对理论压气功的影响
功＝面积12341

p VC

＝面积12561－面积43564

5

2

3

设12和43两过程n相同
n 1


n


n
p
Wt 
p1V1 1   2  


n 1
p
 1




 p23 
n

p14V4 1  



n 1
 p14 


n 1
n






6

4
V3

1
V
V1

p2  p3
p1V1  m1RT1
p1  p4

V

余隙容积VC对理论压气功的影响
p VC

 p2 
n

Wt 
p1 (V1  V4 ) 1  


n 1
 p1 


n 1
n






n 1


n
 p2  
n


p1V 1  
 

n 1
 p1 


n 1


n
 p2  
Wt
n

wt 

RT1 1  
 

m
n 1
 p1 



2

3

4
V3

1
V
V1

V

余隙对单位产气
p1V  mRT1
量耗功不影响

余隙容积VC对产气量的影响
定义容积效率
V 

V



Vh

V1  V4 V3  V3

p VC

V1  V3

 V4

 1
 1
 1

V1  V3
V1  V3  V3

V4  V3

令

c

2

3

V3

4

1
V

VC

余隙比

Vh

工程上一般＝0.03~0.08

V3

1
1




n
n
 p3 
 p2 




V  1  c 

1

1

c

1
 p 

 p 

 4
 1





V1

V

余隙容积VC对产气量的影响
1


n
 p2 
V


V 
 1 c 

1



Vh
 p1 



讨论：
（1）

p2

c

Vh

p

p1

2

p2

（2） c 和n一定， p1 V
极限 V  0

3

V

一定，c

VC

VC

V3

4

1
V
V1

V

§11-3分级压缩中间冷却
储气罐

高压缸

低压缸

冷却水

进气口

储气罐

高压缸

p
p2

5

4

省功
2

3

低压缸

冷却水

p1

1

v
进气口

有一个最佳增压比

p2
p1

最佳增压比的推导
w分级  wt(n)  wt(n)
I




n
n 1
n
n 1

II

RT1[1  (

p2

RT3 [1  (

p4

p

n-1

)

n

]

p4

]

p2

5

4

p1
n-1

)

n

2
3

p3
p1

w分级 

n
n 1

省功

RT1[2  (

p2
p1

1

n-1

)

n

(

p4
p2

v

n-1

)

n

]

欲求w分级最小值，
w分级
p2

p2
p1

p
0 p 
2



p4

省功

p1 p4

p4

p2

p2

p1

最佳增压比

2
3

p终p
p4p
np1 p4

  ( 2) n  ( 4 )
w分级 
RT1[2
p1 n p
p1p1
p初p2
11
p2

5

4

n-1

可证明
1
若m级

n-1
n


] m

v

p终

p初

分级压缩的其它好处
T

T4  T5

p4
p2

5

4

p

3

5

p1

2

6

p4

6 4

1

2

p2
3

p1

s

1

v

润滑油要求t<160~180℃,高压压气机必须分级

w n ,1 

wn,2 

n
n 1
n
n 1

RT 1 [1  (

RT 3 [1  (

p2

n 1

)

n

T 2  T1 (

]

p1
p4

n 1

)

n

T 4  T1 (

]

p3

 T1  T3

 w n ,1  w n , 2

p2
p1



p4
p3

T2  T4

p2

n 1

)

n

p1
p4
p3

n 1

)

n

分级压缩的级数
分级

省功
降低出口温

多级压缩达到
无穷多级

p
p4

6

5

T

(1)不可能实现

p1

(2)结构复杂(成本高)

所以，一般采用 2 ~ 4 级压缩

1

v


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第十一章 压气机的热力过程

压气机的作用
生活中：自行车打气。
工业上：锅炉鼓风、出口引风、
炼钢、燃气轮机、制冷空调等等

型式
结构
压
力
范
围

活塞式(往复式) 出口当连续流动
离心式 ，涡旋
连续流动
轴流式，螺杆
通风机
鼓风机
压缩机

p  0.01MPa
0.01MPa  p  0.3MPa
p  0.3MPa

活塞式压气机的结构
流量小，升压幅度可以很大。
普遍使用在汽车，电冰箱, 化工。
储
气
罐

单级活塞式压气机的工作原理及压
缩过程分析
目的：研究耗功，越少越好
指什么功

技术功wt

理论压气功(可逆过程)

§11-1

活塞式压气机的压气过程
p

2

1

V2

V1

v

可能的压气过程
nk

(1)、特别快，来不及换热。 s
(2)、特别慢，热全散走。
T
(3)、实际压气过程是
p 2
T
p2

2n

1 n  k

n

2s

2s

T
2T

p1

n 1

p2
p1

2n

1

1

v

s

三种压气过程功的理论耗功
wtn 
wts 

n
n 1
k
k 1

p 2
T
p2

RT1[1  (
RT1[1  (

2n

p2

n 1

)

n

wtT  RT1 ln

]

p1
p2

)

k

最小 重要启示

]

2s

T
2T

p1

p2

k 1

p1

2s

p1

p2
p1

2n

1

1

v

s

三种压气过程的参数关系
wtT  wtn  wts

qT  qn  qs  0

v2T  v2n  v2s

T1  T2T  T2n  T2s

p 2
T
p2

2n

2s

T

2s

2T

p1

p2
p1

2n

1

1

v

s

§11-2活塞式压气机余隙容积的影响
p
避免活塞与进排气
阀碰撞，留有空隙
余隙容积 VC
1

2 压缩过程

2

3 排气，状态未变

3

4 残留气体膨胀

4

1 进新气，状态未变

2

3

4

1

V

p

Vh  V1  V3 活塞排量

VC

2

3

V  V1  V4 有效吸气容积
p1V  mRT1

新气量
产气量
研究VC对耗功和
产气量的影响

4
V3

1
V
V1

V

余隙容积VC对理论压气功的影响
功＝面积12341

p VC

＝面积12561－面积43564

5

2

3

设12和43两过程n相同
n 1


n


n
p
Wt 
p1V1 1   2  


n 1
p
 1




 p23 
n

p14V4 1  



n 1
 p14 


n 1
n






6

4
V3

1
V
V1

p2  p3
p1V1  m1RT1
p1  p4

V

余隙容积VC对理论压气功的影响
p VC

 p2 
n

Wt 
p1 (V1  V4 ) 1  


n 1
 p1 


n 1
n






n 1


n
 p2  
n


p1V 1  
 

n 1
 p1 


n 1


n
 p2  
Wt
n

wt 

RT1 1  
 

m
n 1
 p1 



2

3

4
V3

1
V
V1

V

余隙对单位产气
p1V  mRT1
量耗功不影响

余隙容积VC对产气量的影响
定义容积效率
V 

V



Vh

V1  V4 V3  V3

p VC

V1  V3

 V4

 1
 1
 1

V1  V3
V1  V3  V3

V4  V3

令

c

2

3

V3

4

1
V

VC

余隙比

Vh

工程上一般＝0.03~0.08

V3

1
1




n
n
 p3 
 p2 




V  1  c 

1

1

c

1
 p 

 p 

 4
 1





V1

V

余隙容积VC对产气量的影响
1


n
 p2 
V


V 
 1 c 

1



Vh
 p1 



讨论：
（1）

p2

c

Vh

p

p1

2

p2

（2） c 和n一定， p1 V
极限 V  0

3

V

一定，c

VC

VC

V3

4

1
V
V1

V

§11-3分级压缩中间冷却
储气罐

高压缸

低压缸

冷却水

进气口

储气罐

高压缸

p
p2

5

4

省功
2

3

低压缸

冷却水

p1

1

v
进气口

有一个最佳增压比

p2
p1

最佳增压比的推导
w分级  wt(n)  wt(n)
I




n
n 1
n
n 1

II

RT1[1  (

p2

RT3 [1  (

p4

p

n-1

)

n

]

p4

]

p2

5

4

p1
n-1

)

n

2
3

p3
p1

w分级 

n
n 1

省功

RT1[2  (

p2
p1

1

n-1

)

n

(

p4
p2

v

n-1

)

n

]

欲求w分级最小值，
w分级
p2

p2
p1

p
0 p 
2



p4

省功

p1 p4

p4

p2

p2

p1

最佳增压比

2
3

p终p
p4p
np1 p4

  ( 2) n  ( 4 )
w分级 
RT1[2
p1 n p
p1p1
p初p2
11
p2

5

4

n-1

可证明
1
若m级

n-1
n


] m

v

p终

p初

分级压缩的其它好处
T

T4  T5

p4
p2

5

4

p

3

5

p1

2

6

p4

6 4

1

2

p2
3

p1

s

1

v

润滑油要求t<160~180℃,高压压气机必须分级

w n ,1 

wn,2 

n
n 1
n
n 1

RT 1 [1  (

RT 3 [1  (

p2

n 1

)

n

T 2  T1 (

]

p1
p4

n 1

)

n

T 4  T1 (

]

p3

 T1  T3

 w n ,1  w n , 2

p2
p1



p4
p3

T2  T4

p2

n 1

)

n

p1
p4
p3

n 1

)

n

分级压缩的级数
分级

省功
降低出口温

多级压缩达到
无穷多级

p
p4

6

5

T

(1)不可能实现

p1

(2)结构复杂(成本高)

所以，一般采用 2 ~ 4 级压缩

1

v


Slide 7

第十一章 压气机的热力过程

压气机的作用
生活中：自行车打气。
工业上：锅炉鼓风、出口引风、
炼钢、燃气轮机、制冷空调等等

型式
结构
压
力
范
围

活塞式(往复式) 出口当连续流动
离心式 ，涡旋
连续流动
轴流式，螺杆
通风机
鼓风机
压缩机

p  0.01MPa
0.01MPa  p  0.3MPa
p  0.3MPa

活塞式压气机的结构
流量小，升压幅度可以很大。
普遍使用在汽车，电冰箱, 化工。
储
气
罐

单级活塞式压气机的工作原理及压
缩过程分析
目的：研究耗功，越少越好
指什么功

技术功wt

理论压气功(可逆过程)

§11-1

活塞式压气机的压气过程
p

2

1

V2

V1

v

可能的压气过程
nk

(1)、特别快，来不及换热。 s
(2)、特别慢，热全散走。
T
(3)、实际压气过程是
p 2
T
p2

2n

1 n  k

n

2s

2s

T
2T

p1

n 1

p2
p1

2n

1

1

v

s

三种压气过程功的理论耗功
wtn 
wts 

n
n 1
k
k 1

p 2
T
p2

RT1[1  (
RT1[1  (

2n

p2

n 1

)

n

wtT  RT1 ln

]

p1
p2

)

k

最小 重要启示

]

2s

T
2T

p1

p2

k 1

p1

2s

p1

p2
p1

2n

1

1

v

s

三种压气过程的参数关系
wtT  wtn  wts

qT  qn  qs  0

v2T  v2n  v2s

T1  T2T  T2n  T2s

p 2
T
p2

2n

2s

T

2s

2T

p1

p2
p1

2n

1

1

v

s

§11-2活塞式压气机余隙容积的影响
p
避免活塞与进排气
阀碰撞，留有空隙
余隙容积 VC
1

2 压缩过程

2

3 排气，状态未变

3

4 残留气体膨胀

4

1 进新气，状态未变

2

3

4

1

V

p

Vh  V1  V3 活塞排量

VC

2

3

V  V1  V4 有效吸气容积
p1V  mRT1

新气量
产气量
研究VC对耗功和
产气量的影响

4
V3

1
V
V1

V

余隙容积VC对理论压气功的影响
功＝面积12341

p VC

＝面积12561－面积43564

5

2

3

设12和43两过程n相同
n 1


n


n
p
Wt 
p1V1 1   2  


n 1
p
 1




 p23 
n

p14V4 1  



n 1
 p14 


n 1
n






6

4
V3

1
V
V1

p2  p3
p1V1  m1RT1
p1  p4

V

余隙容积VC对理论压气功的影响
p VC

 p2 
n

Wt 
p1 (V1  V4 ) 1  


n 1
 p1 


n 1
n






n 1


n
 p2  
n


p1V 1  
 

n 1
 p1 


n 1


n
 p2  
Wt
n

wt 

RT1 1  
 

m
n 1
 p1 



2

3

4
V3

1
V
V1

V

余隙对单位产气
p1V  mRT1
量耗功不影响

余隙容积VC对产气量的影响
定义容积效率
V 

V



Vh

V1  V4 V3  V3

p VC

V1  V3

 V4

 1
 1
 1

V1  V3
V1  V3  V3

V4  V3

令

c

2

3

V3

4

1
V

VC

余隙比

Vh

工程上一般＝0.03~0.08

V3

1
1




n
n
 p3 
 p2 




V  1  c 

1

1

c

1
 p 

 p 

 4
 1





V1

V

余隙容积VC对产气量的影响
1


n
 p2 
V


V 
 1 c 

1



Vh
 p1 



讨论：
（1）

p2

c

Vh

p

p1

2

p2

（2） c 和n一定， p1 V
极限 V  0

3

V

一定，c

VC

VC

V3

4

1
V
V1

V

§11-3分级压缩中间冷却
储气罐

高压缸

低压缸

冷却水

进气口

储气罐

高压缸

p
p2

5

4

省功
2

3

低压缸

冷却水

p1

1

v
进气口

有一个最佳增压比

p2
p1

最佳增压比的推导
w分级  wt(n)  wt(n)
I




n
n 1
n
n 1

II

RT1[1  (

p2

RT3 [1  (

p4

p

n-1

)

n

]

p4

]

p2

5

4

p1
n-1

)

n

2
3

p3
p1

w分级 

n
n 1

省功

RT1[2  (

p2
p1

1

n-1

)

n

(

p4
p2

v

n-1

)

n

]

欲求w分级最小值，
w分级
p2

p2
p1

p
0 p 
2



p4

省功

p1 p4

p4

p2

p2

p1

最佳增压比

2
3

p终p
p4p
np1 p4

  ( 2) n  ( 4 )
w分级 
RT1[2
p1 n p
p1p1
p初p2
11
p2

5

4

n-1

可证明
1
若m级

n-1
n


] m

v

p终

p初

分级压缩的其它好处
T

T4  T5

p4
p2

5

4

p

3

5

p1

2

6

p4

6 4

1

2

p2
3

p1

s

1

v

润滑油要求t<160~180℃,高压压气机必须分级

w n ,1 

wn,2 

n
n 1
n
n 1

RT 1 [1  (

RT 3 [1  (

p2

n 1

)

n

T 2  T1 (

]

p1
p4

n 1

)

n

T 4  T1 (

]

p3

 T1  T3

 w n ,1  w n , 2

p2
p1



p4
p3

T2  T4

p2

n 1

)

n

p1
p4
p3

n 1

)

n

分级压缩的级数
分级

省功
降低出口温

多级压缩达到
无穷多级

p
p4

6

5

T

(1)不可能实现

p1

(2)结构复杂(成本高)

所以，一般采用 2 ~ 4 级压缩

1

v


Slide 8

第十一章 压气机的热力过程

压气机的作用
生活中：自行车打气。
工业上：锅炉鼓风、出口引风、
炼钢、燃气轮机、制冷空调等等

型式
结构
压
力
范
围

活塞式(往复式) 出口当连续流动
离心式 ，涡旋
连续流动
轴流式，螺杆
通风机
鼓风机
压缩机

p  0.01MPa
0.01MPa  p  0.3MPa
p  0.3MPa

活塞式压气机的结构
流量小，升压幅度可以很大。
普遍使用在汽车，电冰箱, 化工。
储
气
罐

单级活塞式压气机的工作原理及压
缩过程分析
目的：研究耗功，越少越好
指什么功

技术功wt

理论压气功(可逆过程)

§11-1

活塞式压气机的压气过程
p

2

1

V2

V1

v

可能的压气过程
nk

(1)、特别快，来不及换热。 s
(2)、特别慢，热全散走。
T
(3)、实际压气过程是
p 2
T
p2

2n

1 n  k

n

2s

2s

T
2T

p1

n 1

p2
p1

2n

1

1

v

s

三种压气过程功的理论耗功
wtn 
wts 

n
n 1
k
k 1

p 2
T
p2

RT1[1  (
RT1[1  (

2n

p2

n 1

)

n

wtT  RT1 ln

]

p1
p2

)

k

最小 重要启示

]

2s

T
2T

p1

p2

k 1

p1

2s

p1

p2
p1

2n

1

1

v

s

三种压气过程的参数关系
wtT  wtn  wts

qT  qn  qs  0

v2T  v2n  v2s

T1  T2T  T2n  T2s

p 2
T
p2

2n

2s

T

2s

2T

p1

p2
p1

2n

1

1

v

s

§11-2活塞式压气机余隙容积的影响
p
避免活塞与进排气
阀碰撞，留有空隙
余隙容积 VC
1

2 压缩过程

2

3 排气，状态未变

3

4 残留气体膨胀

4

1 进新气，状态未变

2

3

4

1

V

p

Vh  V1  V3 活塞排量

VC

2

3

V  V1  V4 有效吸气容积
p1V  mRT1

新气量
产气量
研究VC对耗功和
产气量的影响

4
V3

1
V
V1

V

余隙容积VC对理论压气功的影响
功＝面积12341

p VC

＝面积12561－面积43564

5

2

3

设12和43两过程n相同
n 1


n


n
p
Wt 
p1V1 1   2  


n 1
p
 1




 p23 
n

p14V4 1  



n 1
 p14 


n 1
n






6

4
V3

1
V
V1

p2  p3
p1V1  m1RT1
p1  p4

V

余隙容积VC对理论压气功的影响
p VC

 p2 
n

Wt 
p1 (V1  V4 ) 1  


n 1
 p1 


n 1
n






n 1


n
 p2  
n


p1V 1  
 

n 1
 p1 


n 1


n
 p2  
Wt
n

wt 

RT1 1  
 

m
n 1
 p1 



2

3

4
V3

1
V
V1

V

余隙对单位产气
p1V  mRT1
量耗功不影响

余隙容积VC对产气量的影响
定义容积效率
V 

V



Vh

V1  V4 V3  V3

p VC

V1  V3

 V4

 1
 1
 1

V1  V3
V1  V3  V3

V4  V3

令

c

2

3

V3

4

1
V

VC

余隙比

Vh

工程上一般＝0.03~0.08

V3

1
1




n
n
 p3 
 p2 




V  1  c 

1

1

c

1
 p 

 p 

 4
 1





V1

V

余隙容积VC对产气量的影响
1


n
 p2 
V


V 
 1 c 

1



Vh
 p1 



讨论：
（1）

p2

c

Vh

p

p1

2

p2

（2） c 和n一定， p1 V
极限 V  0

3

V

一定，c

VC

VC

V3

4

1
V
V1

V

§11-3分级压缩中间冷却
储气罐

高压缸

低压缸

冷却水

进气口

储气罐

高压缸

p
p2

5

4

省功
2

3

低压缸

冷却水

p1

1

v
进气口

有一个最佳增压比

p2
p1

最佳增压比的推导
w分级  wt(n)  wt(n)
I




n
n 1
n
n 1

II

RT1[1  (

p2

RT3 [1  (

p4

p

n-1

)

n

]

p4

]

p2

5

4

p1
n-1

)

n

2
3

p3
p1

w分级 

n
n 1

省功

RT1[2  (

p2
p1

1

n-1

)

n

(

p4
p2

v

n-1

)

n

]

欲求w分级最小值，
w分级
p2

p2
p1

p
0 p 
2



p4

省功

p1 p4

p4

p2

p2

p1

最佳增压比

2
3

p终p
p4p
np1 p4

  ( 2) n  ( 4 )
w分级 
RT1[2
p1 n p
p1p1
p初p2
11
p2

5

4

n-1

可证明
1
若m级

n-1
n


] m

v

p终

p初

分级压缩的其它好处
T

T4  T5

p4
p2

5

4

p

3

5

p1

2

6

p4

6 4

1

2

p2
3

p1

s

1

v

润滑油要求t<160~180℃,高压压气机必须分级

w n ,1 

wn,2 

n
n 1
n
n 1

RT 1 [1  (

RT 3 [1  (

p2

n 1

)

n

T 2  T1 (

]

p1
p4

n 1

)

n

T 4  T1 (

]

p3

 T1  T3

 w n ,1  w n , 2

p2
p1



p4
p3

T2  T4

p2

n 1

)

n

p1
p4
p3

n 1

)

n

分级压缩的级数
分级

省功
降低出口温

多级压缩达到
无穷多级

p
p4

6

5

T

(1)不可能实现

p1

(2)结构复杂(成本高)

所以，一般采用 2 ~ 4 级压缩

1

v


Slide 9

第十一章 压气机的热力过程

压气机的作用
生活中：自行车打气。
工业上：锅炉鼓风、出口引风、
炼钢、燃气轮机、制冷空调等等

型式
结构
压
力
范
围

活塞式(往复式) 出口当连续流动
离心式 ，涡旋
连续流动
轴流式，螺杆
通风机
鼓风机
压缩机

p  0.01MPa
0.01MPa  p  0.3MPa
p  0.3MPa

活塞式压气机的结构
流量小，升压幅度可以很大。
普遍使用在汽车，电冰箱, 化工。
储
气
罐

单级活塞式压气机的工作原理及压
缩过程分析
目的：研究耗功，越少越好
指什么功

技术功wt

理论压气功(可逆过程)

§11-1

活塞式压气机的压气过程
p

2

1

V2

V1

v

可能的压气过程
nk

(1)、特别快，来不及换热。 s
(2)、特别慢，热全散走。
T
(3)、实际压气过程是
p 2
T
p2

2n

1 n  k

n

2s

2s

T
2T

p1

n 1

p2
p1

2n

1

1

v

s

三种压气过程功的理论耗功
wtn 
wts 

n
n 1
k
k 1

p 2
T
p2

RT1[1  (
RT1[1  (

2n

p2

n 1

)

n

wtT  RT1 ln

]

p1
p2

)

k

最小 重要启示

]

2s

T
2T

p1

p2

k 1

p1

2s

p1

p2
p1

2n

1

1

v

s

三种压气过程的参数关系
wtT  wtn  wts

qT  qn  qs  0

v2T  v2n  v2s

T1  T2T  T2n  T2s

p 2
T
p2

2n

2s

T

2s

2T

p1

p2
p1

2n

1

1

v

s

§11-2活塞式压气机余隙容积的影响
p
避免活塞与进排气
阀碰撞，留有空隙
余隙容积 VC
1

2 压缩过程

2

3 排气，状态未变

3

4 残留气体膨胀

4

1 进新气，状态未变

2

3

4

1

V

p

Vh  V1  V3 活塞排量

VC

2

3

V  V1  V4 有效吸气容积
p1V  mRT1

新气量
产气量
研究VC对耗功和
产气量的影响

4
V3

1
V
V1

V

余隙容积VC对理论压气功的影响
功＝面积12341

p VC

＝面积12561－面积43564

5

2

3

设12和43两过程n相同
n 1


n


n
p
Wt 
p1V1 1   2  


n 1
p
 1




 p23 
n

p14V4 1  



n 1
 p14 


n 1
n






6

4
V3

1
V
V1

p2  p3
p1V1  m1RT1
p1  p4

V

余隙容积VC对理论压气功的影响
p VC

 p2 
n

Wt 
p1 (V1  V4 ) 1  


n 1
 p1 


n 1
n






n 1


n
 p2  
n


p1V 1  
 

n 1
 p1 


n 1


n
 p2  
Wt
n

wt 

RT1 1  
 

m
n 1
 p1 



2

3

4
V3

1
V
V1

V

余隙对单位产气
p1V  mRT1
量耗功不影响

余隙容积VC对产气量的影响
定义容积效率
V 

V



Vh

V1  V4 V3  V3

p VC

V1  V3

 V4

 1
 1
 1

V1  V3
V1  V3  V3

V4  V3

令

c

2

3

V3

4

1
V

VC

余隙比

Vh

工程上一般＝0.03~0.08

V3

1
1




n
n
 p3 
 p2 




V  1  c 

1

1

c

1
 p 

 p 

 4
 1





V1

V

余隙容积VC对产气量的影响
1


n
 p2 
V


V 
 1 c 

1



Vh
 p1 



讨论：
（1）

p2

c

Vh

p

p1

2

p2

（2） c 和n一定， p1 V
极限 V  0

3

V

一定，c

VC

VC

V3

4

1
V
V1

V

§11-3分级压缩中间冷却
储气罐

高压缸

低压缸

冷却水

进气口

储气罐

高压缸

p
p2

5

4

省功
2

3

低压缸

冷却水

p1

1

v
进气口

有一个最佳增压比

p2
p1

最佳增压比的推导
w分级  wt(n)  wt(n)
I




n
n 1
n
n 1

II

RT1[1  (

p2

RT3 [1  (

p4

p

n-1

)

n

]

p4

]

p2

5

4

p1
n-1

)

n

2
3

p3
p1

w分级 

n
n 1

省功

RT1[2  (

p2
p1

1

n-1

)

n

(

p4
p2

v

n-1

)

n

]

欲求w分级最小值，
w分级
p2

p2
p1

p
0 p 
2



p4

省功

p1 p4

p4

p2

p2

p1

最佳增压比

2
3

p终p
p4p
np1 p4

  ( 2) n  ( 4 )
w分级 
RT1[2
p1 n p
p1p1
p初p2
11
p2

5

4

n-1

可证明
1
若m级

n-1
n


] m

v

p终

p初

分级压缩的其它好处
T

T4  T5

p4
p2

5

4

p

3

5

p1

2

6

p4

6 4

1

2

p2
3

p1

s

1

v

润滑油要求t<160~180℃,高压压气机必须分级

w n ,1 

wn,2 

n
n 1
n
n 1

RT 1 [1  (

RT 3 [1  (

p2

n 1

)

n

T 2  T1 (

]

p1
p4

n 1

)

n

T 4  T1 (

]

p3

 T1  T3

 w n ,1  w n , 2

p2
p1



p4
p3

T2  T4

p2

n 1

)

n

p1
p4
p3

n 1

)

n

分级压缩的级数
分级

省功
降低出口温

多级压缩达到
无穷多级

p
p4

6

5

T

(1)不可能实现

p1

(2)结构复杂(成本高)

所以，一般采用 2 ~ 4 级压缩

1

v


Slide 10

第十一章 压气机的热力过程

压气机的作用
生活中：自行车打气。
工业上：锅炉鼓风、出口引风、
炼钢、燃气轮机、制冷空调等等

型式
结构
压
力
范
围

活塞式(往复式) 出口当连续流动
离心式 ，涡旋
连续流动
轴流式，螺杆
通风机
鼓风机
压缩机

p  0.01MPa
0.01MPa  p  0.3MPa
p  0.3MPa

活塞式压气机的结构
流量小，升压幅度可以很大。
普遍使用在汽车，电冰箱, 化工。
储
气
罐

单级活塞式压气机的工作原理及压
缩过程分析
目的：研究耗功，越少越好
指什么功

技术功wt

理论压气功(可逆过程)

§11-1

活塞式压气机的压气过程
p

2

1

V2

V1

v

可能的压气过程
nk

(1)、特别快，来不及换热。 s
(2)、特别慢，热全散走。
T
(3)、实际压气过程是
p 2
T
p2

2n

1 n  k

n

2s

2s

T
2T

p1

n 1

p2
p1

2n

1

1

v

s

三种压气过程功的理论耗功
wtn 
wts 

n
n 1
k
k 1

p 2
T
p2

RT1[1  (
RT1[1  (

2n

p2

n 1

)

n

wtT  RT1 ln

]

p1
p2

)

k

最小 重要启示

]

2s

T
2T

p1

p2

k 1

p1

2s

p1

p2
p1

2n

1

1

v

s

三种压气过程的参数关系
wtT  wtn  wts

qT  qn  qs  0

v2T  v2n  v2s

T1  T2T  T2n  T2s

p 2
T
p2

2n

2s

T

2s

2T

p1

p2
p1

2n

1

1

v

s

§11-2活塞式压气机余隙容积的影响
p
避免活塞与进排气
阀碰撞，留有空隙
余隙容积 VC
1

2 压缩过程

2

3 排气，状态未变

3

4 残留气体膨胀

4

1 进新气，状态未变

2

3

4

1

V

p

Vh  V1  V3 活塞排量

VC

2

3

V  V1  V4 有效吸气容积
p1V  mRT1

新气量
产气量
研究VC对耗功和
产气量的影响

4
V3

1
V
V1

V

余隙容积VC对理论压气功的影响
功＝面积12341

p VC

＝面积12561－面积43564

5

2

3

设12和43两过程n相同
n 1


n


n
p
Wt 
p1V1 1   2  


n 1
p
 1




 p23 
n

p14V4 1  



n 1
 p14 


n 1
n






6

4
V3

1
V
V1

p2  p3
p1V1  m1RT1
p1  p4

V

余隙容积VC对理论压气功的影响
p VC

 p2 
n

Wt 
p1 (V1  V4 ) 1  


n 1
 p1 


n 1
n






n 1


n
 p2  
n


p1V 1  
 

n 1
 p1 


n 1


n
 p2  
Wt
n

wt 

RT1 1  
 

m
n 1
 p1 



2

3

4
V3

1
V
V1

V

余隙对单位产气
p1V  mRT1
量耗功不影响

余隙容积VC对产气量的影响
定义容积效率
V 

V



Vh

V1  V4 V3  V3

p VC

V1  V3

 V4

 1
 1
 1

V1  V3
V1  V3  V3

V4  V3

令

c

2

3

V3

4

1
V

VC

余隙比

Vh

工程上一般＝0.03~0.08

V3

1
1




n
n
 p3 
 p2 




V  1  c 

1

1

c

1
 p 

 p 

 4
 1





V1

V

余隙容积VC对产气量的影响
1


n
 p2 
V


V 
 1 c 

1



Vh
 p1 



讨论：
（1）

p2

c

Vh

p

p1

2

p2

（2） c 和n一定， p1 V
极限 V  0

3

V

一定，c

VC

VC

V3

4

1
V
V1

V

§11-3分级压缩中间冷却
储气罐

高压缸

低压缸

冷却水

进气口

储气罐

高压缸

p
p2

5

4

省功
2

3

低压缸

冷却水

p1

1

v
进气口

有一个最佳增压比

p2
p1

最佳增压比的推导
w分级  wt(n)  wt(n)
I




n
n 1
n
n 1

II

RT1[1  (

p2

RT3 [1  (

p4

p

n-1

)

n

]

p4

]

p2

5

4

p1
n-1

)

n

2
3

p3
p1

w分级 

n
n 1

省功

RT1[2  (

p2
p1

1

n-1

)

n

(

p4
p2

v

n-1

)

n

]

欲求w分级最小值，
w分级
p2

p2
p1

p
0 p 
2



p4

省功

p1 p4

p4

p2

p2

p1

最佳增压比

2
3

p终p
p4p
np1 p4

  ( 2) n  ( 4 )
w分级 
RT1[2
p1 n p
p1p1
p初p2
11
p2

5

4

n-1

可证明
1
若m级

n-1
n


] m

v

p终

p初

分级压缩的其它好处
T

T4  T5

p4
p2

5

4

p

3

5

p1

2

6

p4

6 4

1

2

p2
3

p1

s

1

v

润滑油要求t<160~180℃,高压压气机必须分级

w n ,1 

wn,2 

n
n 1
n
n 1

RT 1 [1  (

RT 3 [1  (

p2

n 1

)

n

T 2  T1 (

]

p1
p4

n 1

)

n

T 4  T1 (

]

p3

 T1  T3

 w n ,1  w n , 2

p2
p1



p4
p3

T2  T4

p2

n 1

)

n

p1
p4
p3

n 1

)

n

分级压缩的级数
分级

省功
降低出口温

多级压缩达到
无穷多级

p
p4

6

5

T

(1)不可能实现

p1

(2)结构复杂(成本高)

所以，一般采用 2 ~ 4 级压缩

1

v


Slide 11

第十一章 压气机的热力过程

压气机的作用
生活中：自行车打气。
工业上：锅炉鼓风、出口引风、
炼钢、燃气轮机、制冷空调等等

型式
结构
压
力
范
围

活塞式(往复式) 出口当连续流动
离心式 ，涡旋
连续流动
轴流式，螺杆
通风机
鼓风机
压缩机

p  0.01MPa
0.01MPa  p  0.3MPa
p  0.3MPa

活塞式压气机的结构
流量小，升压幅度可以很大。
普遍使用在汽车，电冰箱, 化工。
储
气
罐

单级活塞式压气机的工作原理及压
缩过程分析
目的：研究耗功，越少越好
指什么功

技术功wt

理论压气功(可逆过程)

§11-1

活塞式压气机的压气过程
p

2

1

V2

V1

v

可能的压气过程
nk

(1)、特别快，来不及换热。 s
(2)、特别慢，热全散走。
T
(3)、实际压气过程是
p 2
T
p2

2n

1 n  k

n

2s

2s

T
2T

p1

n 1

p2
p1

2n

1

1

v

s

三种压气过程功的理论耗功
wtn 
wts 

n
n 1
k
k 1

p 2
T
p2

RT1[1  (
RT1[1  (

2n

p2

n 1

)

n

wtT  RT1 ln

]

p1
p2

)

k

最小 重要启示

]

2s

T
2T

p1

p2

k 1

p1

2s

p1

p2
p1

2n

1

1

v

s

三种压气过程的参数关系
wtT  wtn  wts

qT  qn  qs  0

v2T  v2n  v2s

T1  T2T  T2n  T2s

p 2
T
p2

2n

2s

T

2s

2T

p1

p2
p1

2n

1

1

v

s

§11-2活塞式压气机余隙容积的影响
p
避免活塞与进排气
阀碰撞，留有空隙
余隙容积 VC
1

2 压缩过程

2

3 排气，状态未变

3

4 残留气体膨胀

4

1 进新气，状态未变

2

3

4

1

V

p

Vh  V1  V3 活塞排量

VC

2

3

V  V1  V4 有效吸气容积
p1V  mRT1

新气量
产气量
研究VC对耗功和
产气量的影响

4
V3

1
V
V1

V

余隙容积VC对理论压气功的影响
功＝面积12341

p VC

＝面积12561－面积43564

5

2

3

设12和43两过程n相同
n 1


n


n
p
Wt 
p1V1 1   2  


n 1
p
 1




 p23 
n

p14V4 1  



n 1
 p14 


n 1
n






6

4
V3

1
V
V1

p2  p3
p1V1  m1RT1
p1  p4

V

余隙容积VC对理论压气功的影响
p VC

 p2 
n

Wt 
p1 (V1  V4 ) 1  


n 1
 p1 


n 1
n






n 1


n
 p2  
n


p1V 1  
 

n 1
 p1 


n 1


n
 p2  
Wt
n

wt 

RT1 1  
 

m
n 1
 p1 



2

3

4
V3

1
V
V1

V

余隙对单位产气
p1V  mRT1
量耗功不影响

余隙容积VC对产气量的影响
定义容积效率
V 

V



Vh

V1  V4 V3  V3

p VC

V1  V3

 V4

 1
 1
 1

V1  V3
V1  V3  V3

V4  V3

令

c

2

3

V3

4

1
V

VC

余隙比

Vh

工程上一般＝0.03~0.08

V3

1
1




n
n
 p3 
 p2 




V  1  c 

1

1

c

1
 p 

 p 

 4
 1





V1

V

余隙容积VC对产气量的影响
1


n
 p2 
V


V 
 1 c 

1



Vh
 p1 



讨论：
（1）

p2

c

Vh

p

p1

2

p2

（2） c 和n一定， p1 V
极限 V  0

3

V

一定，c

VC

VC

V3

4

1
V
V1

V

§11-3分级压缩中间冷却
储气罐

高压缸

低压缸

冷却水

进气口

储气罐

高压缸

p
p2

5

4

省功
2

3

低压缸

冷却水

p1

1

v
进气口

有一个最佳增压比

p2
p1

最佳增压比的推导
w分级  wt(n)  wt(n)
I




n
n 1
n
n 1

II

RT1[1  (

p2

RT3 [1  (

p4

p

n-1

)

n

]

p4

]

p2

5

4

p1
n-1

)

n

2
3

p3
p1

w分级 

n
n 1

省功

RT1[2  (

p2
p1

1

n-1

)

n

(

p4
p2

v

n-1

)

n

]

欲求w分级最小值，
w分级
p2

p2
p1

p
0 p 
2



p4

省功

p1 p4

p4

p2

p2

p1

最佳增压比

2
3

p终p
p4p
np1 p4

  ( 2) n  ( 4 )
w分级 
RT1[2
p1 n p
p1p1
p初p2
11
p2

5

4

n-1

可证明
1
若m级

n-1
n


] m

v

p终

p初

分级压缩的其它好处
T

T4  T5

p4
p2

5

4

p

3

5

p1

2

6

p4

6 4

1

2

p2
3

p1

s

1

v

润滑油要求t<160~180℃,高压压气机必须分级

w n ,1 

wn,2 

n
n 1
n
n 1

RT 1 [1  (

RT 3 [1  (

p2

n 1

)

n

T 2  T1 (

]

p1
p4

n 1

)

n

T 4  T1 (

]

p3

 T1  T3

 w n ,1  w n , 2

p2
p1



p4
p3

T2  T4

p2

n 1

)

n

p1
p4
p3

n 1

)

n

分级压缩的级数
分级

省功
降低出口温

多级压缩达到
无穷多级

p
p4

6

5

T

(1)不可能实现

p1

(2)结构复杂(成本高)

所以，一般采用 2 ~ 4 级压缩

1

v


Slide 12

第十一章 压气机的热力过程

压气机的作用
生活中：自行车打气。
工业上：锅炉鼓风、出口引风、
炼钢、燃气轮机、制冷空调等等

型式
结构
压
力
范
围

活塞式(往复式) 出口当连续流动
离心式 ，涡旋
连续流动
轴流式，螺杆
通风机
鼓风机
压缩机

p  0.01MPa
0.01MPa  p  0.3MPa
p  0.3MPa

活塞式压气机的结构
流量小，升压幅度可以很大。
普遍使用在汽车，电冰箱, 化工。
储
气
罐

单级活塞式压气机的工作原理及压
缩过程分析
目的：研究耗功，越少越好
指什么功

技术功wt

理论压气功(可逆过程)

§11-1

活塞式压气机的压气过程
p

2

1

V2

V1

v

可能的压气过程
nk

(1)、特别快，来不及换热。 s
(2)、特别慢，热全散走。
T
(3)、实际压气过程是
p 2
T
p2

2n

1 n  k

n

2s

2s

T
2T

p1

n 1

p2
p1

2n

1

1

v

s

三种压气过程功的理论耗功
wtn 
wts 

n
n 1
k
k 1

p 2
T
p2

RT1[1  (
RT1[1  (

2n

p2

n 1

)

n

wtT  RT1 ln

]

p1
p2

)

k

最小 重要启示

]

2s

T
2T

p1

p2

k 1

p1

2s

p1

p2
p1

2n

1

1

v

s

三种压气过程的参数关系
wtT  wtn  wts

qT  qn  qs  0

v2T  v2n  v2s

T1  T2T  T2n  T2s

p 2
T
p2

2n

2s

T

2s

2T

p1

p2
p1

2n

1

1

v

s

§11-2活塞式压气机余隙容积的影响
p
避免活塞与进排气
阀碰撞，留有空隙
余隙容积 VC
1

2 压缩过程

2

3 排气，状态未变

3

4 残留气体膨胀

4

1 进新气，状态未变

2

3

4

1

V

p

Vh  V1  V3 活塞排量

VC

2

3

V  V1  V4 有效吸气容积
p1V  mRT1

新气量
产气量
研究VC对耗功和
产气量的影响

4
V3

1
V
V1

V

余隙容积VC对理论压气功的影响
功＝面积12341

p VC

＝面积12561－面积43564

5

2

3

设12和43两过程n相同
n 1


n


n
p
Wt 
p1V1 1   2  


n 1
p
 1




 p23 
n

p14V4 1  



n 1
 p14 


n 1
n






6

4
V3

1
V
V1

p2  p3
p1V1  m1RT1
p1  p4

V

余隙容积VC对理论压气功的影响
p VC

 p2 
n

Wt 
p1 (V1  V4 ) 1  


n 1
 p1 


n 1
n






n 1


n
 p2  
n


p1V 1  
 

n 1
 p1 


n 1


n
 p2  
Wt
n

wt 

RT1 1  
 

m
n 1
 p1 



2

3

4
V3

1
V
V1

V

余隙对单位产气
p1V  mRT1
量耗功不影响

余隙容积VC对产气量的影响
定义容积效率
V 

V



Vh

V1  V4 V3  V3

p VC

V1  V3

 V4

 1
 1
 1

V1  V3
V1  V3  V3

V4  V3

令

c

2

3

V3

4

1
V

VC

余隙比

Vh

工程上一般＝0.03~0.08

V3

1
1




n
n
 p3 
 p2 




V  1  c 

1

1

c

1
 p 

 p 

 4
 1





V1

V

余隙容积VC对产气量的影响
1


n
 p2 
V


V 
 1 c 

1



Vh
 p1 



讨论：
（1）

p2

c

Vh

p

p1

2

p2

（2） c 和n一定， p1 V
极限 V  0

3

V

一定，c

VC

VC

V3

4

1
V
V1

V

§11-3分级压缩中间冷却
储气罐

高压缸

低压缸

冷却水

进气口

储气罐

高压缸

p
p2

5

4

省功
2

3

低压缸

冷却水

p1

1

v
进气口

有一个最佳增压比

p2
p1

最佳增压比的推导
w分级  wt(n)  wt(n)
I




n
n 1
n
n 1

II

RT1[1  (

p2

RT3 [1  (

p4

p

n-1

)

n

]

p4

]

p2

5

4

p1
n-1

)

n

2
3

p3
p1

w分级 

n
n 1

省功

RT1[2  (

p2
p1

1

n-1

)

n

(

p4
p2

v

n-1

)

n

]

欲求w分级最小值，
w分级
p2

p2
p1

p
0 p 
2



p4

省功

p1 p4

p4

p2

p2

p1

最佳增压比

2
3

p终p
p4p
np1 p4

  ( 2) n  ( 4 )
w分级 
RT1[2
p1 n p
p1p1
p初p2
11
p2

5

4

n-1

可证明
1
若m级

n-1
n


] m

v

p终

p初

分级压缩的其它好处
T

T4  T5

p4
p2

5

4

p

3

5

p1

2

6

p4

6 4

1

2

p2
3

p1

s

1

v

润滑油要求t<160~180℃,高压压气机必须分级

w n ,1 

wn,2 

n
n 1
n
n 1

RT 1 [1  (

RT 3 [1  (

p2

n 1

)

n

T 2  T1 (

]

p1
p4

n 1

)

n

T 4  T1 (

]

p3

 T1  T3

 w n ,1  w n , 2

p2
p1



p4
p3

T2  T4

p2

n 1

)

n

p1
p4
p3

n 1

)

n

分级压缩的级数
分级

省功
降低出口温

多级压缩达到
无穷多级

p
p4

6

5

T

(1)不可能实现

p1

(2)结构复杂(成本高)

所以，一般采用 2 ~ 4 级压缩

1

v


Slide 13

第十一章 压气机的热力过程

压气机的作用
生活中：自行车打气。
工业上：锅炉鼓风、出口引风、
炼钢、燃气轮机、制冷空调等等

型式
结构
压
力
范
围

活塞式(往复式) 出口当连续流动
离心式 ，涡旋
连续流动
轴流式，螺杆
通风机
鼓风机
压缩机

p  0.01MPa
0.01MPa  p  0.3MPa
p  0.3MPa

活塞式压气机的结构
流量小，升压幅度可以很大。
普遍使用在汽车，电冰箱, 化工。
储
气
罐

单级活塞式压气机的工作原理及压
缩过程分析
目的：研究耗功，越少越好
指什么功

技术功wt

理论压气功(可逆过程)

§11-1

活塞式压气机的压气过程
p

2

1

V2

V1

v

可能的压气过程
nk

(1)、特别快，来不及换热。 s
(2)、特别慢，热全散走。
T
(3)、实际压气过程是
p 2
T
p2

2n

1 n  k

n

2s

2s

T
2T

p1

n 1

p2
p1

2n

1

1

v

s

三种压气过程功的理论耗功
wtn 
wts 

n
n 1
k
k 1

p 2
T
p2

RT1[1  (
RT1[1  (

2n

p2

n 1

)

n

wtT  RT1 ln

]

p1
p2

)

k

最小 重要启示

]

2s

T
2T

p1

p2

k 1

p1

2s

p1

p2
p1

2n

1

1

v

s

三种压气过程的参数关系
wtT  wtn  wts

qT  qn  qs  0

v2T  v2n  v2s

T1  T2T  T2n  T2s

p 2
T
p2

2n

2s

T

2s

2T

p1

p2
p1

2n

1

1

v

s

§11-2活塞式压气机余隙容积的影响
p
避免活塞与进排气
阀碰撞，留有空隙
余隙容积 VC
1

2 压缩过程

2

3 排气，状态未变

3

4 残留气体膨胀

4

1 进新气，状态未变

2

3

4

1

V

p

Vh  V1  V3 活塞排量

VC

2

3

V  V1  V4 有效吸气容积
p1V  mRT1

新气量
产气量
研究VC对耗功和
产气量的影响

4
V3

1
V
V1

V

余隙容积VC对理论压气功的影响
功＝面积12341

p VC

＝面积12561－面积43564

5

2

3

设12和43两过程n相同
n 1


n


n
p
Wt 
p1V1 1   2  


n 1
p
 1




 p23 
n

p14V4 1  



n 1
 p14 


n 1
n






6

4
V3

1
V
V1

p2  p3
p1V1  m1RT1
p1  p4

V

余隙容积VC对理论压气功的影响
p VC

 p2 
n

Wt 
p1 (V1  V4 ) 1  


n 1
 p1 


n 1
n






n 1


n
 p2  
n


p1V 1  
 

n 1
 p1 


n 1


n
 p2  
Wt
n

wt 

RT1 1  
 

m
n 1
 p1 



2

3

4
V3

1
V
V1

V

余隙对单位产气
p1V  mRT1
量耗功不影响

余隙容积VC对产气量的影响
定义容积效率
V 

V



Vh

V1  V4 V3  V3

p VC

V1  V3

 V4

 1
 1
 1

V1  V3
V1  V3  V3

V4  V3

令

c

2

3

V3

4

1
V

VC

余隙比

Vh

工程上一般＝0.03~0.08

V3

1
1




n
n
 p3 
 p2 




V  1  c 

1

1

c

1
 p 

 p 

 4
 1





V1

V

余隙容积VC对产气量的影响
1


n
 p2 
V


V 
 1 c 

1



Vh
 p1 



讨论：
（1）

p2

c

Vh

p

p1

2

p2

（2） c 和n一定， p1 V
极限 V  0

3

V

一定，c

VC

VC

V3

4

1
V
V1

V

§11-3分级压缩中间冷却
储气罐

高压缸

低压缸

冷却水

进气口

储气罐

高压缸

p
p2

5

4

省功
2

3

低压缸

冷却水

p1

1

v
进气口

有一个最佳增压比

p2
p1

最佳增压比的推导
w分级  wt(n)  wt(n)
I




n
n 1
n
n 1

II

RT1[1  (

p2

RT3 [1  (

p4

p

n-1

)

n

]

p4

]

p2

5

4

p1
n-1

)

n

2
3

p3
p1

w分级 

n
n 1

省功

RT1[2  (

p2
p1

1

n-1

)

n

(

p4
p2

v

n-1

)

n

]

欲求w分级最小值，
w分级
p2

p2
p1

p
0 p 
2



p4

省功

p1 p4

p4

p2

p2

p1

最佳增压比

2
3

p终p
p4p
np1 p4

  ( 2) n  ( 4 )
w分级 
RT1[2
p1 n p
p1p1
p初p2
11
p2

5

4

n-1

可证明
1
若m级

n-1
n


] m

v

p终

p初

分级压缩的其它好处
T

T4  T5

p4
p2

5

4

p

3

5

p1

2

6

p4

6 4

1

2

p2
3

p1

s

1

v

润滑油要求t<160~180℃,高压压气机必须分级

w n ,1 

wn,2 

n
n 1
n
n 1

RT 1 [1  (

RT 3 [1  (

p2

n 1

)

n

T 2  T1 (

]

p1
p4

n 1

)

n

T 4  T1 (

]

p3

 T1  T3

 w n ,1  w n , 2

p2
p1



p4
p3

T2  T4

p2

n 1

)

n

p1
p4
p3

n 1

)

n

分级压缩的级数
分级

省功
降低出口温

多级压缩达到
无穷多级

p
p4

6

5

T

(1)不可能实现

p1

(2)结构复杂(成本高)

所以，一般采用 2 ~ 4 级压缩

1

v


Slide 14

第十一章 压气机的热力过程

压气机的作用
生活中：自行车打气。
工业上：锅炉鼓风、出口引风、
炼钢、燃气轮机、制冷空调等等

型式
结构
压
力
范
围

活塞式(往复式) 出口当连续流动
离心式 ，涡旋
连续流动
轴流式，螺杆
通风机
鼓风机
压缩机

p  0.01MPa
0.01MPa  p  0.3MPa
p  0.3MPa

活塞式压气机的结构
流量小，升压幅度可以很大。
普遍使用在汽车，电冰箱, 化工。
储
气
罐

单级活塞式压气机的工作原理及压
缩过程分析
目的：研究耗功，越少越好
指什么功

技术功wt

理论压气功(可逆过程)

§11-1

活塞式压气机的压气过程
p

2

1

V2

V1

v

可能的压气过程
nk

(1)、特别快，来不及换热。 s
(2)、特别慢，热全散走。
T
(3)、实际压气过程是
p 2
T
p2

2n

1 n  k

n

2s

2s

T
2T

p1

n 1

p2
p1

2n

1

1

v

s

三种压气过程功的理论耗功
wtn 
wts 

n
n 1
k
k 1

p 2
T
p2

RT1[1  (
RT1[1  (

2n

p2

n 1

)

n

wtT  RT1 ln

]

p1
p2

)

k

最小 重要启示

]

2s

T
2T

p1

p2

k 1

p1

2s

p1

p2
p1

2n

1

1

v

s

三种压气过程的参数关系
wtT  wtn  wts

qT  qn  qs  0

v2T  v2n  v2s

T1  T2T  T2n  T2s

p 2
T
p2

2n

2s

T

2s

2T

p1

p2
p1

2n

1

1

v

s

§11-2活塞式压气机余隙容积的影响
p
避免活塞与进排气
阀碰撞，留有空隙
余隙容积 VC
1

2 压缩过程

2

3 排气，状态未变

3

4 残留气体膨胀

4

1 进新气，状态未变

2

3

4

1

V

p

Vh  V1  V3 活塞排量

VC

2

3

V  V1  V4 有效吸气容积
p1V  mRT1

新气量
产气量
研究VC对耗功和
产气量的影响

4
V3

1
V
V1

V

余隙容积VC对理论压气功的影响
功＝面积12341

p VC

＝面积12561－面积43564

5

2

3

设12和43两过程n相同
n 1


n


n
p
Wt 
p1V1 1   2  


n 1
p
 1




 p23 
n

p14V4 1  



n 1
 p14 


n 1
n






6

4
V3

1
V
V1

p2  p3
p1V1  m1RT1
p1  p4

V

余隙容积VC对理论压气功的影响
p VC

 p2 
n

Wt 
p1 (V1  V4 ) 1  


n 1
 p1 


n 1
n






n 1


n
 p2  
n


p1V 1  
 

n 1
 p1 


n 1


n
 p2  
Wt
n

wt 

RT1 1  
 

m
n 1
 p1 



2

3

4
V3

1
V
V1

V

余隙对单位产气
p1V  mRT1
量耗功不影响

余隙容积VC对产气量的影响
定义容积效率
V 

V



Vh

V1  V4 V3  V3

p VC

V1  V3

 V4

 1
 1
 1

V1  V3
V1  V3  V3

V4  V3

令

c

2

3

V3

4

1
V

VC

余隙比

Vh

工程上一般＝0.03~0.08

V3

1
1




n
n
 p3 
 p2 




V  1  c 

1

1

c

1
 p 

 p 

 4
 1





V1

V

余隙容积VC对产气量的影响
1


n
 p2 
V


V 
 1 c 

1



Vh
 p1 



讨论：
（1）

p2

c

Vh

p

p1

2

p2

（2） c 和n一定， p1 V
极限 V  0

3

V

一定，c

VC

VC

V3

4

1
V
V1

V

§11-3分级压缩中间冷却
储气罐

高压缸

低压缸

冷却水

进气口

储气罐

高压缸

p
p2

5

4

省功
2

3

低压缸

冷却水

p1

1

v
进气口

有一个最佳增压比

p2
p1

最佳增压比的推导
w分级  wt(n)  wt(n)
I




n
n 1
n
n 1

II

RT1[1  (

p2

RT3 [1  (

p4

p

n-1

)

n

]

p4

]

p2

5

4

p1
n-1

)

n

2
3

p3
p1

w分级 

n
n 1

省功

RT1[2  (

p2
p1

1

n-1

)

n

(

p4
p2

v

n-1

)

n

]

欲求w分级最小值，
w分级
p2

p2
p1

p
0 p 
2



p4

省功

p1 p4

p4

p2

p2

p1

最佳增压比

2
3

p终p
p4p
np1 p4

  ( 2) n  ( 4 )
w分级 
RT1[2
p1 n p
p1p1
p初p2
11
p2

5

4

n-1

可证明
1
若m级

n-1
n


] m

v

p终

p初

分级压缩的其它好处
T

T4  T5

p4
p2

5

4

p

3

5

p1

2

6

p4

6 4

1

2

p2
3

p1

s

1

v

润滑油要求t<160~180℃,高压压气机必须分级

w n ,1 

wn,2 

n
n 1
n
n 1

RT 1 [1  (

RT 3 [1  (

p2

n 1

)

n

T 2  T1 (

]

p1
p4

n 1

)

n

T 4  T1 (

]

p3

 T1  T3

 w n ,1  w n , 2

p2
p1



p4
p3

T2  T4

p2

n 1

)

n

p1
p4
p3

n 1

)

n

分级压缩的级数
分级

省功
降低出口温

多级压缩达到
无穷多级

p
p4

6

5

T

(1)不可能实现

p1

(2)结构复杂(成本高)

所以，一般采用 2 ~ 4 级压缩

1

v


Slide 15

第十一章 压气机的热力过程

压气机的作用
生活中：自行车打气。
工业上：锅炉鼓风、出口引风、
炼钢、燃气轮机、制冷空调等等

型式
结构
压
力
范
围

活塞式(往复式) 出口当连续流动
离心式 ，涡旋
连续流动
轴流式，螺杆
通风机
鼓风机
压缩机

p  0.01MPa
0.01MPa  p  0.3MPa
p  0.3MPa

活塞式压气机的结构
流量小，升压幅度可以很大。
普遍使用在汽车，电冰箱, 化工。
储
气
罐

单级活塞式压气机的工作原理及压
缩过程分析
目的：研究耗功，越少越好
指什么功

技术功wt

理论压气功(可逆过程)

§11-1

活塞式压气机的压气过程
p

2

1

V2

V1

v

可能的压气过程
nk

(1)、特别快，来不及换热。 s
(2)、特别慢，热全散走。
T
(3)、实际压气过程是
p 2
T
p2

2n

1 n  k

n

2s

2s

T
2T

p1

n 1

p2
p1

2n

1

1

v

s

三种压气过程功的理论耗功
wtn 
wts 

n
n 1
k
k 1

p 2
T
p2

RT1[1  (
RT1[1  (

2n

p2

n 1

)

n

wtT  RT1 ln

]

p1
p2

)

k

最小 重要启示

]

2s

T
2T

p1

p2

k 1

p1

2s

p1

p2
p1

2n

1

1

v

s

三种压气过程的参数关系
wtT  wtn  wts

qT  qn  qs  0

v2T  v2n  v2s

T1  T2T  T2n  T2s

p 2
T
p2

2n

2s

T

2s

2T

p1

p2
p1

2n

1

1

v

s

§11-2活塞式压气机余隙容积的影响
p
避免活塞与进排气
阀碰撞，留有空隙
余隙容积 VC
1

2 压缩过程

2

3 排气，状态未变

3

4 残留气体膨胀

4

1 进新气，状态未变

2

3

4

1

V

p

Vh  V1  V3 活塞排量

VC

2

3

V  V1  V4 有效吸气容积
p1V  mRT1

新气量
产气量
研究VC对耗功和
产气量的影响

4
V3

1
V
V1

V

余隙容积VC对理论压气功的影响
功＝面积12341

p VC

＝面积12561－面积43564

5

2

3

设12和43两过程n相同
n 1


n


n
p
Wt 
p1V1 1   2  


n 1
p
 1




 p23 
n

p14V4 1  



n 1
 p14 


n 1
n






6

4
V3

1
V
V1

p2  p3
p1V1  m1RT1
p1  p4

V

余隙容积VC对理论压气功的影响
p VC

 p2 
n

Wt 
p1 (V1  V4 ) 1  


n 1
 p1 


n 1
n






n 1


n
 p2  
n


p1V 1  
 

n 1
 p1 


n 1


n
 p2  
Wt
n

wt 

RT1 1  
 

m
n 1
 p1 



2

3

4
V3

1
V
V1

V

余隙对单位产气
p1V  mRT1
量耗功不影响

余隙容积VC对产气量的影响
定义容积效率
V 

V



Vh

V1  V4 V3  V3

p VC

V1  V3

 V4

 1
 1
 1

V1  V3
V1  V3  V3

V4  V3

令

c

2

3

V3

4

1
V

VC

余隙比

Vh

工程上一般＝0.03~0.08

V3

1
1




n
n
 p3 
 p2 




V  1  c 

1

1

c

1
 p 

 p 

 4
 1





V1

V

余隙容积VC对产气量的影响
1


n
 p2 
V


V 
 1 c 

1



Vh
 p1 



讨论：
（1）

p2

c

Vh

p

p1

2

p2

（2） c 和n一定， p1 V
极限 V  0

3

V

一定，c

VC

VC

V3

4

1
V
V1

V

§11-3分级压缩中间冷却
储气罐

高压缸

低压缸

冷却水

进气口

储气罐

高压缸

p
p2

5

4

省功
2

3

低压缸

冷却水

p1

1

v
进气口

有一个最佳增压比

p2
p1

最佳增压比的推导
w分级  wt(n)  wt(n)
I




n
n 1
n
n 1

II

RT1[1  (

p2

RT3 [1  (

p4

p

n-1

)

n

]

p4

]

p2

5

4

p1
n-1

)

n

2
3

p3
p1

w分级 

n
n 1

省功

RT1[2  (

p2
p1

1

n-1

)

n

(

p4
p2

v

n-1

)

n

]

欲求w分级最小值，
w分级
p2

p2
p1

p
0 p 
2



p4

省功

p1 p4

p4

p2

p2

p1

最佳增压比

2
3

p终p
p4p
np1 p4

  ( 2) n  ( 4 )
w分级 
RT1[2
p1 n p
p1p1
p初p2
11
p2

5

4

n-1

可证明
1
若m级

n-1
n


] m

v

p终

p初

分级压缩的其它好处
T

T4  T5

p4
p2

5

4

p

3

5

p1

2

6

p4

6 4

1

2

p2
3

p1

s

1

v

润滑油要求t<160~180℃,高压压气机必须分级

w n ,1 

wn,2 

n
n 1
n
n 1

RT 1 [1  (

RT 3 [1  (

p2

n 1

)

n

T 2  T1 (

]

p1
p4

n 1

)

n

T 4  T1 (

]

p3

 T1  T3

 w n ,1  w n , 2

p2
p1



p4
p3

T2  T4

p2

n 1

)

n

p1
p4
p3

n 1

)

n

分级压缩的级数
分级

省功
降低出口温

多级压缩达到
无穷多级

p
p4

6

5

T

(1)不可能实现

p1

(2)结构复杂(成本高)

所以，一般采用 2 ~ 4 级压缩

1

v


Slide 16

第十一章 压气机的热力过程

压气机的作用
生活中：自行车打气。
工业上：锅炉鼓风、出口引风、
炼钢、燃气轮机、制冷空调等等

型式
结构
压
力
范
围

活塞式(往复式) 出口当连续流动
离心式 ，涡旋
连续流动
轴流式，螺杆
通风机
鼓风机
压缩机

p  0.01MPa
0.01MPa  p  0.3MPa
p  0.3MPa

活塞式压气机的结构
流量小，升压幅度可以很大。
普遍使用在汽车，电冰箱, 化工。
储
气
罐

单级活塞式压气机的工作原理及压
缩过程分析
目的：研究耗功，越少越好
指什么功

技术功wt

理论压气功(可逆过程)

§11-1

活塞式压气机的压气过程
p

2

1

V2

V1

v

可能的压气过程
nk

(1)、特别快，来不及换热。 s
(2)、特别慢，热全散走。
T
(3)、实际压气过程是
p 2
T
p2

2n

1 n  k

n

2s

2s

T
2T

p1

n 1

p2
p1

2n

1

1

v

s

三种压气过程功的理论耗功
wtn 
wts 

n
n 1
k
k 1

p 2
T
p2

RT1[1  (
RT1[1  (

2n

p2

n 1

)

n

wtT  RT1 ln

]

p1
p2

)

k

最小 重要启示

]

2s

T
2T

p1

p2

k 1

p1

2s

p1

p2
p1

2n

1

1

v

s

三种压气过程的参数关系
wtT  wtn  wts

qT  qn  qs  0

v2T  v2n  v2s

T1  T2T  T2n  T2s

p 2
T
p2

2n

2s

T

2s

2T

p1

p2
p1

2n

1

1

v

s

§11-2活塞式压气机余隙容积的影响
p
避免活塞与进排气
阀碰撞，留有空隙
余隙容积 VC
1

2 压缩过程

2

3 排气，状态未变

3

4 残留气体膨胀

4

1 进新气，状态未变

2

3

4

1

V

p

Vh  V1  V3 活塞排量

VC

2

3

V  V1  V4 有效吸气容积
p1V  mRT1

新气量
产气量
研究VC对耗功和
产气量的影响

4
V3

1
V
V1

V

余隙容积VC对理论压气功的影响
功＝面积12341

p VC

＝面积12561－面积43564

5

2

3

设12和43两过程n相同
n 1


n


n
p
Wt 
p1V1 1   2  


n 1
p
 1




 p23 
n

p14V4 1  



n 1
 p14 


n 1
n






6

4
V3

1
V
V1

p2  p3
p1V1  m1RT1
p1  p4

V

余隙容积VC对理论压气功的影响
p VC

 p2 
n

Wt 
p1 (V1  V4 ) 1  


n 1
 p1 


n 1
n






n 1


n
 p2  
n


p1V 1  
 

n 1
 p1 


n 1


n
 p2  
Wt
n

wt 

RT1 1  
 

m
n 1
 p1 



2

3

4
V3

1
V
V1

V

余隙对单位产气
p1V  mRT1
量耗功不影响

余隙容积VC对产气量的影响
定义容积效率
V 

V



Vh

V1  V4 V3  V3

p VC

V1  V3

 V4

 1
 1
 1

V1  V3
V1  V3  V3

V4  V3

令

c

2

3

V3

4

1
V

VC

余隙比

Vh

工程上一般＝0.03~0.08

V3

1
1




n
n
 p3 
 p2 




V  1  c 

1

1

c

1
 p 

 p 

 4
 1





V1

V

余隙容积VC对产气量的影响
1


n
 p2 
V


V 
 1 c 

1



Vh
 p1 



讨论：
（1）

p2

c

Vh

p

p1

2

p2

（2） c 和n一定， p1 V
极限 V  0

3

V

一定，c

VC

VC

V3

4

1
V
V1

V

§11-3分级压缩中间冷却
储气罐

高压缸

低压缸

冷却水

进气口

储气罐

高压缸

p
p2

5

4

省功
2

3

低压缸

冷却水

p1

1

v
进气口

有一个最佳增压比

p2
p1

最佳增压比的推导
w分级  wt(n)  wt(n)
I




n
n 1
n
n 1

II

RT1[1  (

p2

RT3 [1  (

p4

p

n-1

)

n

]

p4

]

p2

5

4

p1
n-1

)

n

2
3

p3
p1

w分级 

n
n 1

省功

RT1[2  (

p2
p1

1

n-1

)

n

(

p4
p2

v

n-1

)

n

]

欲求w分级最小值，
w分级
p2

p2
p1

p
0 p 
2



p4

省功

p1 p4

p4

p2

p2

p1

最佳增压比

2
3

p终p
p4p
np1 p4

  ( 2) n  ( 4 )
w分级 
RT1[2
p1 n p
p1p1
p初p2
11
p2

5

4

n-1

可证明
1
若m级

n-1
n


] m

v

p终

p初

分级压缩的其它好处
T

T4  T5

p4
p2

5

4

p

3

5

p1

2

6

p4

6 4

1

2

p2
3

p1

s

1

v

润滑油要求t<160~180℃,高压压气机必须分级

w n ,1 

wn,2 

n
n 1
n
n 1

RT 1 [1  (

RT 3 [1  (

p2

n 1

)

n

T 2  T1 (

]

p1
p4

n 1

)

n

T 4  T1 (

]

p3

 T1  T3

 w n ,1  w n , 2

p2
p1



p4
p3

T2  T4

p2

n 1

)

n

p1
p4
p3

n 1

)

n

分级压缩的级数
分级

省功
降低出口温

多级压缩达到
无穷多级

p
p4

6

5

T

(1)不可能实现

p1

(2)结构复杂(成本高)

所以，一般采用 2 ~ 4 级压缩

1

v


Slide 17

第十一章 压气机的热力过程

压气机的作用
生活中：自行车打气。
工业上：锅炉鼓风、出口引风、
炼钢、燃气轮机、制冷空调等等

型式
结构
压
力
范
围

活塞式(往复式) 出口当连续流动
离心式 ，涡旋
连续流动
轴流式，螺杆
通风机
鼓风机
压缩机

p  0.01MPa
0.01MPa  p  0.3MPa
p  0.3MPa

活塞式压气机的结构
流量小，升压幅度可以很大。
普遍使用在汽车，电冰箱, 化工。
储
气
罐

单级活塞式压气机的工作原理及压
缩过程分析
目的：研究耗功，越少越好
指什么功

技术功wt

理论压气功(可逆过程)

§11-1

活塞式压气机的压气过程
p

2

1

V2

V1

v

可能的压气过程
nk

(1)、特别快，来不及换热。 s
(2)、特别慢，热全散走。
T
(3)、实际压气过程是
p 2
T
p2

2n

1 n  k

n

2s

2s

T
2T

p1

n 1

p2
p1

2n

1

1

v

s

三种压气过程功的理论耗功
wtn 
wts 

n
n 1
k
k 1

p 2
T
p2

RT1[1  (
RT1[1  (

2n

p2

n 1

)

n

wtT  RT1 ln

]

p1
p2

)

k

最小 重要启示

]

2s

T
2T

p1

p2

k 1

p1

2s

p1

p2
p1

2n

1

1

v

s

三种压气过程的参数关系
wtT  wtn  wts

qT  qn  qs  0

v2T  v2n  v2s

T1  T2T  T2n  T2s

p 2
T
p2

2n

2s

T

2s

2T

p1

p2
p1

2n

1

1

v

s

§11-2活塞式压气机余隙容积的影响
p
避免活塞与进排气
阀碰撞，留有空隙
余隙容积 VC
1

2 压缩过程

2

3 排气，状态未变

3

4 残留气体膨胀

4

1 进新气，状态未变

2

3

4

1

V

p

Vh  V1  V3 活塞排量

VC

2

3

V  V1  V4 有效吸气容积
p1V  mRT1

新气量
产气量
研究VC对耗功和
产气量的影响

4
V3

1
V
V1

V

余隙容积VC对理论压气功的影响
功＝面积12341

p VC

＝面积12561－面积43564

5

2

3

设12和43两过程n相同
n 1


n


n
p
Wt 
p1V1 1   2  


n 1
p
 1




 p23 
n

p14V4 1  



n 1
 p14 


n 1
n






6

4
V3

1
V
V1

p2  p3
p1V1  m1RT1
p1  p4

V

余隙容积VC对理论压气功的影响
p VC

 p2 
n

Wt 
p1 (V1  V4 ) 1  


n 1
 p1 


n 1
n






n 1


n
 p2  
n


p1V 1  
 

n 1
 p1 


n 1


n
 p2  
Wt
n

wt 

RT1 1  
 

m
n 1
 p1 



2

3

4
V3

1
V
V1

V

余隙对单位产气
p1V  mRT1
量耗功不影响

余隙容积VC对产气量的影响
定义容积效率
V 

V



Vh

V1  V4 V3  V3

p VC

V1  V3

 V4

 1
 1
 1

V1  V3
V1  V3  V3

V4  V3

令

c

2

3

V3

4

1
V

VC

余隙比

Vh

工程上一般＝0.03~0.08

V3

1
1




n
n
 p3 
 p2 




V  1  c 

1

1

c

1
 p 

 p 

 4
 1





V1

V

余隙容积VC对产气量的影响
1


n
 p2 
V


V 
 1 c 

1



Vh
 p1 



讨论：
（1）

p2

c

Vh

p

p1

2

p2

（2） c 和n一定， p1 V
极限 V  0

3

V

一定，c

VC

VC

V3

4

1
V
V1

V

§11-3分级压缩中间冷却
储气罐

高压缸

低压缸

冷却水

进气口

储气罐

高压缸

p
p2

5

4

省功
2

3

低压缸

冷却水

p1

1

v
进气口

有一个最佳增压比

p2
p1

最佳增压比的推导
w分级  wt(n)  wt(n)
I




n
n 1
n
n 1

II

RT1[1  (

p2

RT3 [1  (

p4

p

n-1

)

n

]

p4

]

p2

5

4

p1
n-1

)

n

2
3

p3
p1

w分级 

n
n 1

省功

RT1[2  (

p2
p1

1

n-1

)

n

(

p4
p2

v

n-1

)

n

]

欲求w分级最小值，
w分级
p2

p2
p1

p
0 p 
2



p4

省功

p1 p4

p4

p2

p2

p1

最佳增压比

2
3

p终p
p4p
np1 p4

  ( 2) n  ( 4 )
w分级 
RT1[2
p1 n p
p1p1
p初p2
11
p2

5

4

n-1

可证明
1
若m级

n-1
n


] m

v

p终

p初

分级压缩的其它好处
T

T4  T5

p4
p2

5

4

p

3

5

p1

2

6

p4

6 4

1

2

p2
3

p1

s

1

v

润滑油要求t<160~180℃,高压压气机必须分级

w n ,1 

wn,2 

n
n 1
n
n 1

RT 1 [1  (

RT 3 [1  (

p2

n 1

)

n

T 2  T1 (

]

p1
p4

n 1

)

n

T 4  T1 (

]

p3

 T1  T3

 w n ,1  w n , 2

p2
p1



p4
p3

T2  T4

p2

n 1

)

n

p1
p4
p3

n 1

)

n

分级压缩的级数
分级

省功
降低出口温

多级压缩达到
无穷多级

p
p4

6

5

T

(1)不可能实现

p1

(2)结构复杂(成本高)

所以，一般采用 2 ~ 4 级压缩

1

v


Slide 18

第十一章 压气机的热力过程

压气机的作用
生活中：自行车打气。
工业上：锅炉鼓风、出口引风、
炼钢、燃气轮机、制冷空调等等

型式
结构
压
力
范
围

活塞式(往复式) 出口当连续流动
离心式 ，涡旋
连续流动
轴流式，螺杆
通风机
鼓风机
压缩机

p  0.01MPa
0.01MPa  p  0.3MPa
p  0.3MPa

活塞式压气机的结构
流量小，升压幅度可以很大。
普遍使用在汽车，电冰箱, 化工。
储
气
罐

单级活塞式压气机的工作原理及压
缩过程分析
目的：研究耗功，越少越好
指什么功

技术功wt

理论压气功(可逆过程)

§11-1

活塞式压气机的压气过程
p

2

1

V2

V1

v

可能的压气过程
nk

(1)、特别快，来不及换热。 s
(2)、特别慢，热全散走。
T
(3)、实际压气过程是
p 2
T
p2

2n

1 n  k

n

2s

2s

T
2T

p1

n 1

p2
p1

2n

1

1

v

s

三种压气过程功的理论耗功
wtn 
wts 

n
n 1
k
k 1

p 2
T
p2

RT1[1  (
RT1[1  (

2n

p2

n 1

)

n

wtT  RT1 ln

]

p1
p2

)

k

最小 重要启示

]

2s

T
2T

p1

p2

k 1

p1

2s

p1

p2
p1

2n

1

1

v

s

三种压气过程的参数关系
wtT  wtn  wts

qT  qn  qs  0

v2T  v2n  v2s

T1  T2T  T2n  T2s

p 2
T
p2

2n

2s

T

2s

2T

p1

p2
p1

2n

1

1

v

s

§11-2活塞式压气机余隙容积的影响
p
避免活塞与进排气
阀碰撞，留有空隙
余隙容积 VC
1

2 压缩过程

2

3 排气，状态未变

3

4 残留气体膨胀

4

1 进新气，状态未变

2

3

4

1

V

p

Vh  V1  V3 活塞排量

VC

2

3

V  V1  V4 有效吸气容积
p1V  mRT1

新气量
产气量
研究VC对耗功和
产气量的影响

4
V3

1
V
V1

V

余隙容积VC对理论压气功的影响
功＝面积12341

p VC

＝面积12561－面积43564

5

2

3

设12和43两过程n相同
n 1


n


n
p
Wt 
p1V1 1   2  


n 1
p
 1




 p23 
n

p14V4 1  



n 1
 p14 


n 1
n






6

4
V3

1
V
V1

p2  p3
p1V1  m1RT1
p1  p4

V

余隙容积VC对理论压气功的影响
p VC

 p2 
n

Wt 
p1 (V1  V4 ) 1  


n 1
 p1 


n 1
n






n 1


n
 p2  
n


p1V 1  
 

n 1
 p1 


n 1


n
 p2  
Wt
n

wt 

RT1 1  
 

m
n 1
 p1 



2

3

4
V3

1
V
V1

V

余隙对单位产气
p1V  mRT1
量耗功不影响

余隙容积VC对产气量的影响
定义容积效率
V 

V



Vh

V1  V4 V3  V3

p VC

V1  V3

 V4

 1
 1
 1

V1  V3
V1  V3  V3

V4  V3

令

c

2

3

V3

4

1
V

VC

余隙比

Vh

工程上一般＝0.03~0.08

V3

1
1




n
n
 p3 
 p2 




V  1  c 

1

1

c

1
 p 

 p 

 4
 1





V1

V

余隙容积VC对产气量的影响
1


n
 p2 
V


V 
 1 c 

1



Vh
 p1 



讨论：
（1）

p2

c

Vh

p

p1

2

p2

（2） c 和n一定， p1 V
极限 V  0

3

V

一定，c

VC

VC

V3

4

1
V
V1

V

§11-3分级压缩中间冷却
储气罐

高压缸

低压缸

冷却水

进气口

储气罐

高压缸

p
p2

5

4

省功
2

3

低压缸

冷却水

p1

1

v
进气口

有一个最佳增压比

p2
p1

最佳增压比的推导
w分级  wt(n)  wt(n)
I




n
n 1
n
n 1

II

RT1[1  (

p2

RT3 [1  (

p4

p

n-1

)

n

]

p4

]

p2

5

4

p1
n-1

)

n

2
3

p3
p1

w分级 

n
n 1

省功

RT1[2  (

p2
p1

1

n-1

)

n

(

p4
p2

v

n-1

)

n

]

欲求w分级最小值，
w分级
p2

p2
p1

p
0 p 
2



p4

省功

p1 p4

p4

p2

p2

p1

最佳增压比

2
3

p终p
p4p
np1 p4

  ( 2) n  ( 4 )
w分级 
RT1[2
p1 n p
p1p1
p初p2
11
p2

5

4

n-1

可证明
1
若m级

n-1
n


] m

v

p终

p初

分级压缩的其它好处
T

T4  T5

p4
p2

5

4

p

3

5

p1

2

6

p4

6 4

1

2

p2
3

p1

s

1

v

润滑油要求t<160~180℃,高压压气机必须分级

w n ,1 

wn,2 

n
n 1
n
n 1

RT 1 [1  (

RT 3 [1  (

p2

n 1

)

n

T 2  T1 (

]

p1
p4

n 1

)

n

T 4  T1 (

]

p3

 T1  T3

 w n ,1  w n , 2

p2
p1



p4
p3

T2  T4

p2

n 1

)

n

p1
p4
p3

n 1

)

n

分级压缩的级数
分级

省功
降低出口温

多级压缩达到
无穷多级

p
p4

6

5

T

(1)不可能实现

p1

(2)结构复杂(成本高)

所以，一般采用 2 ~ 4 级压缩

1

v


Slide 19

第十一章 压气机的热力过程

压气机的作用
生活中：自行车打气。
工业上：锅炉鼓风、出口引风、
炼钢、燃气轮机、制冷空调等等

型式
结构
压
力
范
围

活塞式(往复式) 出口当连续流动
离心式 ，涡旋
连续流动
轴流式，螺杆
通风机
鼓风机
压缩机

p  0.01MPa
0.01MPa  p  0.3MPa
p  0.3MPa

活塞式压气机的结构
流量小，升压幅度可以很大。
普遍使用在汽车，电冰箱, 化工。
储
气
罐

单级活塞式压气机的工作原理及压
缩过程分析
目的：研究耗功，越少越好
指什么功

技术功wt

理论压气功(可逆过程)

§11-1

活塞式压气机的压气过程
p

2

1

V2

V1

v

可能的压气过程
nk

(1)、特别快，来不及换热。 s
(2)、特别慢，热全散走。
T
(3)、实际压气过程是
p 2
T
p2

2n

1 n  k

n

2s

2s

T
2T

p1

n 1

p2
p1

2n

1

1

v

s

三种压气过程功的理论耗功
wtn 
wts 

n
n 1
k
k 1

p 2
T
p2

RT1[1  (
RT1[1  (

2n

p2

n 1

)

n

wtT  RT1 ln

]

p1
p2

)

k

最小 重要启示

]

2s

T
2T

p1

p2

k 1

p1

2s

p1

p2
p1

2n

1

1

v

s

三种压气过程的参数关系
wtT  wtn  wts

qT  qn  qs  0

v2T  v2n  v2s

T1  T2T  T2n  T2s

p 2
T
p2

2n

2s

T

2s

2T

p1

p2
p1

2n

1

1

v

s

§11-2活塞式压气机余隙容积的影响
p
避免活塞与进排气
阀碰撞，留有空隙
余隙容积 VC
1

2 压缩过程

2

3 排气，状态未变

3

4 残留气体膨胀

4

1 进新气，状态未变

2

3

4

1

V

p

Vh  V1  V3 活塞排量

VC

2

3

V  V1  V4 有效吸气容积
p1V  mRT1

新气量
产气量
研究VC对耗功和
产气量的影响

4
V3

1
V
V1

V

余隙容积VC对理论压气功的影响
功＝面积12341

p VC

＝面积12561－面积43564

5

2

3

设12和43两过程n相同
n 1


n


n
p
Wt 
p1V1 1   2  


n 1
p
 1




 p23 
n

p14V4 1  



n 1
 p14 


n 1
n






6

4
V3

1
V
V1

p2  p3
p1V1  m1RT1
p1  p4

V

余隙容积VC对理论压气功的影响
p VC

 p2 
n

Wt 
p1 (V1  V4 ) 1  


n 1
 p1 


n 1
n






n 1


n
 p2  
n


p1V 1  
 

n 1
 p1 


n 1


n
 p2  
Wt
n

wt 

RT1 1  
 

m
n 1
 p1 



2

3

4
V3

1
V
V1

V

余隙对单位产气
p1V  mRT1
量耗功不影响

余隙容积VC对产气量的影响
定义容积效率
V 

V



Vh

V1  V4 V3  V3

p VC

V1  V3

 V4

 1
 1
 1

V1  V3
V1  V3  V3

V4  V3

令

c

2

3

V3

4

1
V

VC

余隙比

Vh

工程上一般＝0.03~0.08

V3

1
1




n
n
 p3 
 p2 




V  1  c 

1

1

c

1
 p 

 p 

 4
 1





V1

V

余隙容积VC对产气量的影响
1


n
 p2 
V


V 
 1 c 

1



Vh
 p1 



讨论：
（1）

p2

c

Vh

p

p1

2

p2

（2） c 和n一定， p1 V
极限 V  0

3

V

一定，c

VC

VC

V3

4

1
V
V1

V

§11-3分级压缩中间冷却
储气罐

高压缸

低压缸

冷却水

进气口

储气罐

高压缸

p
p2

5

4

省功
2

3

低压缸

冷却水

p1

1

v
进气口

有一个最佳增压比

p2
p1

最佳增压比的推导
w分级  wt(n)  wt(n)
I




n
n 1
n
n 1

II

RT1[1  (

p2

RT3 [1  (

p4

p

n-1

)

n

]

p4

]

p2

5

4

p1
n-1

)

n

2
3

p3
p1

w分级 

n
n 1

省功

RT1[2  (

p2
p1

1

n-1

)

n

(

p4
p2

v

n-1

)

n

]

欲求w分级最小值，
w分级
p2

p2
p1

p
0 p 
2



p4

省功

p1 p4

p4

p2

p2

p1

最佳增压比

2
3

p终p
p4p
np1 p4

  ( 2) n  ( 4 )
w分级 
RT1[2
p1 n p
p1p1
p初p2
11
p2

5

4

n-1

可证明
1
若m级

n-1
n


] m

v

p终

p初

分级压缩的其它好处
T

T4  T5

p4
p2

5

4

p

3

5

p1

2

6

p4

6 4

1

2

p2
3

p1

s

1

v

润滑油要求t<160~180℃,高压压气机必须分级

w n ,1 

wn,2 

n
n 1
n
n 1

RT 1 [1  (

RT 3 [1  (

p2

n 1

)

n

T 2  T1 (

]

p1
p4

n 1

)

n

T 4  T1 (

]

p3

 T1  T3

 w n ,1  w n , 2

p2
p1



p4
p3

T2  T4

p2

n 1

)

n

p1
p4
p3

n 1

)

n

分级压缩的级数
分级

省功
降低出口温

多级压缩达到
无穷多级

p
p4

6

5

T

(1)不可能实现

p1

(2)结构复杂(成本高)

所以，一般采用 2 ~ 4 级压缩

1

v


Slide 20

第十一章 压气机的热力过程

压气机的作用
生活中：自行车打气。
工业上：锅炉鼓风、出口引风、
炼钢、燃气轮机、制冷空调等等

型式
结构
压
力
范
围

活塞式(往复式) 出口当连续流动
离心式 ，涡旋
连续流动
轴流式，螺杆
通风机
鼓风机
压缩机

p  0.01MPa
0.01MPa  p  0.3MPa
p  0.3MPa

活塞式压气机的结构
流量小，升压幅度可以很大。
普遍使用在汽车，电冰箱, 化工。
储
气
罐

单级活塞式压气机的工作原理及压
缩过程分析
目的：研究耗功，越少越好
指什么功

技术功wt

理论压气功(可逆过程)

§11-1

活塞式压气机的压气过程
p

2

1

V2

V1

v

可能的压气过程
nk

(1)、特别快，来不及换热。 s
(2)、特别慢，热全散走。
T
(3)、实际压气过程是
p 2
T
p2

2n

1 n  k

n

2s

2s

T
2T

p1

n 1

p2
p1

2n

1

1

v

s

三种压气过程功的理论耗功
wtn 
wts 

n
n 1
k
k 1

p 2
T
p2

RT1[1  (
RT1[1  (

2n

p2

n 1

)

n

wtT  RT1 ln

]

p1
p2

)

k

最小 重要启示

]

2s

T
2T

p1

p2

k 1

p1

2s

p1

p2
p1

2n

1

1

v

s

三种压气过程的参数关系
wtT  wtn  wts

qT  qn  qs  0

v2T  v2n  v2s

T1  T2T  T2n  T2s

p 2
T
p2

2n

2s

T

2s

2T

p1

p2
p1

2n

1

1

v

s

§11-2活塞式压气机余隙容积的影响
p
避免活塞与进排气
阀碰撞，留有空隙
余隙容积 VC
1

2 压缩过程

2

3 排气，状态未变

3

4 残留气体膨胀

4

1 进新气，状态未变

2

3

4

1

V

p

Vh  V1  V3 活塞排量

VC

2

3

V  V1  V4 有效吸气容积
p1V  mRT1

新气量
产气量
研究VC对耗功和
产气量的影响

4
V3

1
V
V1

V

余隙容积VC对理论压气功的影响
功＝面积12341

p VC

＝面积12561－面积43564

5

2

3

设12和43两过程n相同
n 1


n


n
p
Wt 
p1V1 1   2  


n 1
p
 1




 p23 
n

p14V4 1  



n 1
 p14 


n 1
n






6

4
V3

1
V
V1

p2  p3
p1V1  m1RT1
p1  p4

V

余隙容积VC对理论压气功的影响
p VC

 p2 
n

Wt 
p1 (V1  V4 ) 1  


n 1
 p1 


n 1
n






n 1


n
 p2  
n


p1V 1  
 

n 1
 p1 


n 1


n
 p2  
Wt
n

wt 

RT1 1  
 

m
n 1
 p1 



2

3

4
V3

1
V
V1

V

余隙对单位产气
p1V  mRT1
量耗功不影响

余隙容积VC对产气量的影响
定义容积效率
V 

V



Vh

V1  V4 V3  V3

p VC

V1  V3

 V4

 1
 1
 1

V1  V3
V1  V3  V3

V4  V3

令

c

2

3

V3

4

1
V

VC

余隙比

Vh

工程上一般＝0.03~0.08

V3

1
1




n
n
 p3 
 p2 




V  1  c 

1

1

c

1
 p 

 p 

 4
 1





V1

V

余隙容积VC对产气量的影响
1


n
 p2 
V


V 
 1 c 

1



Vh
 p1 



讨论：
（1）

p2

c

Vh

p

p1

2

p2

（2） c 和n一定， p1 V
极限 V  0

3

V

一定，c

VC

VC

V3

4

1
V
V1

V

§11-3分级压缩中间冷却
储气罐

高压缸

低压缸

冷却水

进气口

储气罐

高压缸

p
p2

5

4

省功
2

3

低压缸

冷却水

p1

1

v
进气口

有一个最佳增压比

p2
p1

最佳增压比的推导
w分级  wt(n)  wt(n)
I




n
n 1
n
n 1

II

RT1[1  (

p2

RT3 [1  (

p4

p

n-1

)

n

]

p4

]

p2

5

4

p1
n-1

)

n

2
3

p3
p1

w分级 

n
n 1

省功

RT1[2  (

p2
p1

1

n-1

)

n

(

p4
p2

v

n-1

)

n

]

欲求w分级最小值，
w分级
p2

p2
p1

p
0 p 
2



p4

省功

p1 p4

p4

p2

p2

p1

最佳增压比

2
3

p终p
p4p
np1 p4

  ( 2) n  ( 4 )
w分级 
RT1[2
p1 n p
p1p1
p初p2
11
p2

5

4

n-1

可证明
1
若m级

n-1
n


] m

v

p终

p初

分级压缩的其它好处
T

T4  T5

p4
p2

5

4

p

3

5

p1

2

6

p4

6 4

1

2

p2
3

p1

s

1

v

润滑油要求t<160~180℃,高压压气机必须分级

w n ,1 

wn,2 

n
n 1
n
n 1

RT 1 [1  (

RT 3 [1  (

p2

n 1

)

n

T 2  T1 (

]

p1
p4

n 1

)

n

T 4  T1 (

]

p3

 T1  T3

 w n ,1  w n , 2

p2
p1



p4
p3

T2  T4

p2

n 1

)

n

p1
p4
p3

n 1

)

n

分级压缩的级数
分级

省功
降低出口温

多级压缩达到
无穷多级

p
p4

6

5

T

(1)不可能实现

p1

(2)结构复杂(成本高)

所以，一般采用 2 ~ 4 级压缩

1

v


Slide 21

第十一章 压气机的热力过程

压气机的作用
生活中：自行车打气。
工业上：锅炉鼓风、出口引风、
炼钢、燃气轮机、制冷空调等等

型式
结构
压
力
范
围

活塞式(往复式) 出口当连续流动
离心式 ，涡旋
连续流动
轴流式，螺杆
通风机
鼓风机
压缩机

p  0.01MPa
0.01MPa  p  0.3MPa
p  0.3MPa

活塞式压气机的结构
流量小，升压幅度可以很大。
普遍使用在汽车，电冰箱, 化工。
储
气
罐

单级活塞式压气机的工作原理及压
缩过程分析
目的：研究耗功，越少越好
指什么功

技术功wt

理论压气功(可逆过程)

§11-1

活塞式压气机的压气过程
p

2

1

V2

V1

v

可能的压气过程
nk

(1)、特别快，来不及换热。 s
(2)、特别慢，热全散走。
T
(3)、实际压气过程是
p 2
T
p2

2n

1 n  k

n

2s

2s

T
2T

p1

n 1

p2
p1

2n

1

1

v

s

三种压气过程功的理论耗功
wtn 
wts 

n
n 1
k
k 1

p 2
T
p2

RT1[1  (
RT1[1  (

2n

p2

n 1

)

n

wtT  RT1 ln

]

p1
p2

)

k

最小 重要启示

]

2s

T
2T

p1

p2

k 1

p1

2s

p1

p2
p1

2n

1

1

v

s

三种压气过程的参数关系
wtT  wtn  wts

qT  qn  qs  0

v2T  v2n  v2s

T1  T2T  T2n  T2s

p 2
T
p2

2n

2s

T

2s

2T

p1

p2
p1

2n

1

1

v

s

§11-2活塞式压气机余隙容积的影响
p
避免活塞与进排气
阀碰撞，留有空隙
余隙容积 VC
1

2 压缩过程

2

3 排气，状态未变

3

4 残留气体膨胀

4

1 进新气，状态未变

2

3

4

1

V

p

Vh  V1  V3 活塞排量

VC

2

3

V  V1  V4 有效吸气容积
p1V  mRT1

新气量
产气量
研究VC对耗功和
产气量的影响

4
V3

1
V
V1

V

余隙容积VC对理论压气功的影响
功＝面积12341

p VC

＝面积12561－面积43564

5

2

3

设12和43两过程n相同
n 1


n


n
p
Wt 
p1V1 1   2  


n 1
p
 1




 p23 
n

p14V4 1  



n 1
 p14 


n 1
n






6

4
V3

1
V
V1

p2  p3
p1V1  m1RT1
p1  p4

V

余隙容积VC对理论压气功的影响
p VC

 p2 
n

Wt 
p1 (V1  V4 ) 1  


n 1
 p1 


n 1
n






n 1


n
 p2  
n


p1V 1  
 

n 1
 p1 


n 1


n
 p2  
Wt
n

wt 

RT1 1  
 

m
n 1
 p1 



2

3

4
V3

1
V
V1

V

余隙对单位产气
p1V  mRT1
量耗功不影响

余隙容积VC对产气量的影响
定义容积效率
V 

V



Vh

V1  V4 V3  V3

p VC

V1  V3

 V4

 1
 1
 1

V1  V3
V1  V3  V3

V4  V3

令

c

2

3

V3

4

1
V

VC

余隙比

Vh

工程上一般＝0.03~0.08

V3

1
1




n
n
 p3 
 p2 




V  1  c 

1

1

c

1
 p 

 p 

 4
 1





V1

V

余隙容积VC对产气量的影响
1


n
 p2 
V


V 
 1 c 

1



Vh
 p1 



讨论：
（1）

p2

c

Vh

p

p1

2

p2

（2） c 和n一定， p1 V
极限 V  0

3

V

一定，c

VC

VC

V3

4

1
V
V1

V

§11-3分级压缩中间冷却
储气罐

高压缸

低压缸

冷却水

进气口

储气罐

高压缸

p
p2

5

4

省功
2

3

低压缸

冷却水

p1

1

v
进气口

有一个最佳增压比

p2
p1

最佳增压比的推导
w分级  wt(n)  wt(n)
I




n
n 1
n
n 1

II

RT1[1  (

p2

RT3 [1  (

p4

p

n-1

)

n

]

p4

]

p2

5

4

p1
n-1

)

n

2
3

p3
p1

w分级 

n
n 1

省功

RT1[2  (

p2
p1

1

n-1

)

n

(

p4
p2

v

n-1

)

n

]

欲求w分级最小值，
w分级
p2

p2
p1

p
0 p 
2



p4

省功

p1 p4

p4

p2

p2

p1

最佳增压比

2
3

p终p
p4p
np1 p4

  ( 2) n  ( 4 )
w分级 
RT1[2
p1 n p
p1p1
p初p2
11
p2

5

4

n-1

可证明
1
若m级

n-1
n


] m

v

p终

p初

分级压缩的其它好处
T

T4  T5

p4
p2

5

4

p

3

5

p1

2

6

p4

6 4

1

2

p2
3

p1

s

1

v

润滑油要求t<160~180℃,高压压气机必须分级

w n ,1 

wn,2 

n
n 1
n
n 1

RT 1 [1  (

RT 3 [1  (

p2

n 1

)

n

T 2  T1 (

]

p1
p4

n 1

)

n

T 4  T1 (

]

p3

 T1  T3

 w n ,1  w n , 2

p2
p1



p4
p3

T2  T4

p2

n 1

)

n

p1
p4
p3

n 1

)

n

分级压缩的级数
分级

省功
降低出口温

多级压缩达到
无穷多级

p
p4

6

5

T

(1)不可能实现

p1

(2)结构复杂(成本高)

所以，一般采用 2 ~ 4 级压缩

1

v