《化工热力学》课程授课教案（讲稿）第七章 压缩、制冷和蒸汽动力循环

气体通过多级压缩，压缩比选择很重要。如果选择的中间压力能使总的功耗最小，则此压力称为最佳中间压力，可以证明各级压缩比相等时，总的压力功耗最小。设某理想气体由P1压缩至PS+1（S级压缩）则总功耗为各级压缩功之和。0-1PmYm" +"PV[1-PV[1-WS(R)=J+..P,V,[1m-1m-1P.m-1D因唯已设各级进气温度相同，且为理想气体。故PV=PV,=…=PVs=RT,因此上式写成。mRTSWs(R) S---压缩机级数m+使绝热值最小的条件使它对中间各压力的一阶偏导数等于零，即[aWs(R)[OWs(R)[OWs(R)=0=0=0aPsap,ap,Jpp...JAP...JRB....P_PPs±L =PsPP于是得：(压缩比）:P,=PrP =Pr=Pr2P+, =Pr=Pr代入表示总功的式子,则所以最适宜的压缩比rPm-l_11-1SmSmP-11-Ws(R)RT1=PVPP(3-41a)m-lm-实际多级压缩因各级有水冷却器及油水分离器等，都存在压力降。因为实际压缩比数值比理论求得的r高1.11.5倍。四、气体压缩的实际功耗以上介绍压缩功的计算都只是适用于无任何摩擦损耗的可逆过程，但实际过程都存在摩擦，必定有一部分功耗散为热。例如，机内流体流动阻力，可能存在涡流、瑞流以及气体泄WsWs(R)

气体通过多级压缩，压缩比选择很重要。如果选择的中间压力能使总的功耗最小，则此压力 称为最佳中间压力，可以证明各级压缩比相等时，总的压力功耗最小。 设某理想气体由 P1 压缩至 PS+1(S 级压缩)则总功耗为各级压缩功之和。 因唯已设各级进气温度相同，且为理想气体。故 因此上式写成。                                            1 1 1 2 3 1 1 2 )( 1 1 m m S S m m m m RS P P P P P P SRT m m W  S-压缩机级数 使绝热值最小的条件使它对中间各压力的一阶偏导数等于零，即 于是得: (压缩比) 所以最适宜的压缩比 S S P P r 1 1  代入表示总功的式子,则 (3-41a) 实际多级压缩因各级有水冷却器及油水分离器等，都存在压力降。因为实际压缩比数值 比理论求得的 r 高 1.1～1.5 倍。 四、气体压缩的实际功耗 以上介绍压缩功的计算都只是适用于无任何摩擦损耗的可逆过程，但实际过程都存在摩 擦，必定有一部分功耗散为热。例如，机内流体流动阻力，可能存在涡流、湍流以及气体泄 ] 1 1[ 1 1[ ] 1 1[ ] 1 1 1 2 3 22 1 1 2 )( 11 m m s s SS m m m m RS P P VP m m P P VP m m P P VP m m W                                       VPVP 2211    SS  RTVP 1 0 31 )(          PP  S RS P W 0 31 2 )(          PP  RS P W 0 21 3 )(          PP  RS P W r P P P P P P 2 S S  3 1 1 2    12 rPP s ss1  1rPrPP 2 123  rPrPP [ ] ] 1 1 1 1 11 1 1 1 ( 1                     m m S m m S RS P VP m Sm P P RT m Sm W [ 1 1 1 1 )        P 6 WS W RS )(

漏等均造成部分损耗，另外，由于传动机械和轴承的机械摩擦、活塞与气缸的摩擦等也要消耗一部分功，因此实际需要的功要比可逆轴功大（绝对值）设n㎡为考虑各种摩擦损耗因素的机械效率。W,-Ws由压缩机类型及实际而异，由实验测定。7m五、叶轮式压缩机叶轮式压缩机分为离心式和轴流式两种类型，常用的是高速离心式压缩机。往复式压缩机是靠活塞的往复运动吸排气，因此转速不高，排气量小，而且有余隙容积，而叶轮式压缩机克服了这些缺点，其转速比活塞式压缩机高几十倍，可连续地吸排气，且没有余隙容积，所以机体小排气量较大，但压缩比较小，若需要较高的压力则需要很多级，另因气体流速大，各部分的摩擦损失也较大，使n降低。在叶轮式压缩机中，由于叶轮的高速旋转造成负压，使气体以很大的流速流入（动能大），后经弯道进入扩压器（由动能转变为势能），使压力增高。一般，当需要气量大而压缩比不太大时采用叶轮式压缩机，反之，气量小而压缩比要求较高时采用往复式压缩机。【本讲课程的小结】今天我们主要介绍了（1）压缩过程热力学分析。（2）单级压缩功的计算（3）多级压缩功的计算。本讲课程的作业】复习压缩过程热力学分析和压缩功的计算。7

漏等均造成部分损耗，另外，由于传动机械和轴承的机械摩擦、活塞与气缸的摩擦等也要消 耗一部分功，因此实际需要的功 要比可逆轴功 大（绝对值） 设 m 为考虑各种摩擦损耗因素的机械效率。 m S S W W   由压缩机类型及实际而异，由实验测定。 五、叶轮式压缩机 叶轮式压缩机分为离心式和轴流式两种类型，常用的是高速离心式压缩机。往复式压缩 机是靠活塞的往复运动吸排气，因此转速不高，排气量小，而且有余隙容积，而叶轮式压缩 机克服了这些缺点，其转速比活塞式压缩机高几十倍，可连续地吸排气，且没有余隙容积， 所以机体小排气量较大，但压缩比较小，若需要较高的压力则需要很多级，另因气体流速大， 各部分的摩擦损失也较大，使 m 降低。 在叶轮式压缩机中，由于叶轮的高速旋转造成负压，使气体以很大的流速流入（动能大），后 经弯道进入扩压器（由动能转变为势能），使压力增高。 一般，当需要气量大而压缩比不太大时采用叶轮式压缩机，反之，气量小而压缩比要求 较高时采用往复式压缩机。 【本讲课程的小结】今天我们主要介绍了（1）压缩过程热力学分析。（2）单级压缩功的计算 （3）多级压缩功的计算。 本讲课程的作业】复习压缩过程热力学分析和压缩功的计算。 7