中国石油大学（华东）：《化工热力学》课程教学资源（课件讲义）第7章 压缩、膨胀、动力循环与制冷循环

引言 ◆动力循环一正向循环 液态水 ◆制冷循环一逆向循环 加热 ◆蒸汽动力循环是目前最广泛的获取电能的方式；制冷循环， 可使冰箱、空调为我们所用。 ◆化工生产：动力驱动、制冷降温 ◆循环本质：功与热之间的相互转化。 ◆能量的转化：借助工质在循环过程中连续不断、周而复始 的发生-T变化，状态变化过程中将热转化为功。 ◆工质的膨张和压缩构成了这两类循环的基本元素。 惟真帷竇

引 言 动力循环—正向循环 制冷循环—逆向循环  蒸汽动力循环是目前最广泛的获取电能的方式；制冷循环， 可使冰箱、空调为我们所用。  化工生产：动力驱动、制冷降温  循环本质：功与热之间的相互转化。  能量的转化：借助工质在循环过程中连续不断、周而复始 的发生p-T-V变化，状态变化过程中将热转化为功。  工质的膨胀和压缩构成了这两类循环的基本元素

第7章 压缩、膨胀、动力循环与制冷循环 7.1气体的压缩 7.2气体的膨胀 7.3蒸汽动力循环 7.4制冷循环 惟真帷竇

7.1 气体的压缩 7.2 气体的膨胀 7.3 蒸汽动力循环 7.4 制冷循环 第7章 压缩、膨胀、动力循环与制冷循环

7.1气体的压缩 压气机：鼓风机、压缩机等 特点：消耗能量-电能或机械能 按压缩机运动机构来分 W-1/30 〔往复式（活塞式） 空气压缩机 叶轮式：离心式、轴流式 7.1.1活塞式压气机的压气过程 活 活塞往复运动 塞 吸气压缩 排气 图7-2活塞式压气机的理想 过程 惟真帷竇

7.1 气体的压缩 压气机：鼓风机、压缩机等 特点：消耗能量-电能或机械能 按压缩机运动机构来分 往复式(活塞式) 叶轮式：离心式、轴流式 7.1.1 活塞式压气机的压气过程 活塞往复运动 吸气 压缩 排气 空气压缩机 图7-2 活塞式压气机的理想 过程

7.1气体的压缩 2 7.1.2压缩过程的热力学分析 按理想气体的可逆过程。 气体的压缩过程可视为稳流过程。 则能平式（忽略动、位能变化） 图7-4压缩过程的T-S图 △H=Q+W 卫2 2r 2m2s 对可逆过程，其轴功 形ew=∫W 图7-3压缩过程的p-V图帷竇

7.1 气体的压缩 7.1.2 压缩过程的热力学分析 按理想气体的可逆过程。 气体的压缩过程可视为稳流过程。 则能平式(忽略动、位能变化) 对可逆过程，其轴功 图7-3 压缩过程的p -V 图 图7-4 压缩过程的T -S 图 ΔH = Q +Ws ∫ = 2 1 s,rev d p p W V p

(W,rev)绝热）(W,rev)多变〉(W,rev等温 T2,给热）T多变）T2,等温 绝热压 2 缩过程 P2 么m 2 实际的 压缩过 程是多 变压缩 等温压缩过程 过程 b V 图7-4压缩过程的T-心图 图3压缩过程的p-V图 惟真帷實

T 图7-4 压缩过程的T -S 图 S p1 p2 a b c p 图7-3 压缩过程的p -V 图 V p1 p2 V1 实际的 压缩过 程是多 变压缩 等温压缩过程 过程 绝热压 缩过程 2,绝热 2,多变 2,等温 T 〉 T 〉 T (Ws,rev )绝热 〉 (Ws,rev )多变 〉 (Ws,rev )等温 2,绝热 2,多变 2,等温 V 〉V 〉 V

=O时，p=常数，等压过程； ◆ 等温过程方程式 1时，pV=常数，等温过程； PV=P,V2=pV k时，pVk=常数，等熵（绝热） 过程； ◆绝热过程方程式 m→士oo时，V=常数，等容过程。 P Vk=PV=PVk ◆实际（多变)过程方程 k为绝热指数 piVim=paVam=pym 1<m<k m为多变过程指数 惟真帷實

等温过程方程式 绝热过程方程式 实际（多变）过程方程 p1 V1 = p2 V2 = pV k k k p1 V1 = p2 V2 = pV m m m p1 V1 = p2 V2 = pV 1< < m k m=0时，p =常数，等压过程； m=1时，pV =常数，等温过程； m= k时，pV k =常数，等熵(绝热) 过程； m→±∞时，V =常数，等容过程。 k为绝热指数 m为多变过程指数

若为可逆过程，按照“得功为正（或耗功为负)”的规 定，其轴功： (W)nvdp (7-1) 惟真帷竇

若为可逆过程，按照“得功为正（或耗功为负）”的规 定，其轴功： (7-1) ∫ = 2 1 ( s,rev ) d p p W n V p

◆理想气体等温、多变及绝热压缩过程的方程式代入式 (7-1)积分得理论功耗的计算式。（单级压缩过程） w)$强=RT,In2=p,血马 (7-2a) (7-3a) w.n-tr (7-4a) 惟真帷竇

理想气体等温、多变及绝热压缩过程的方程式代入式 (7-1)积分得理论功耗的计算式。(单级压缩过程) 1 2 1 1 1 2 s,rev 1 ( ) ln ln p p p V p p W 等温 = RT =           −         − = − 1 1 ( ) 1 1 2 s,rev 1 k k p p RT k k W 绝热           −         − = − 1 1 ( ) 1 1 2 s,rev 1 m m p p RT m m W 多变 (7-2a) (7-3a) (7-4a)

◆理想气体等温、多变及绝热压缩过程的理论功耗的计 算式。（单级压缩过程） Wlsa=xa台-AKn分 P 后jgw 7 k 、m- (W)多变= 惟真帷竇

理想气体等温、多变及绝热压缩过程的理论功耗的计 算式。(单级压缩过程) 1 2 1 1 1 2 s,rev 1 ( ) ln ln p p p V p p W 等温 = nRT =           −         − = − 1 1 ( ) 1 1 2 s,rev 1 k k p p nRT k k W 绝热           −         − =           −         − = − − 1 1 1 1 ( ) 1 1 2 1 1 1 1 2 s,rev 1 m m m m p p p V m m p p nRT m m W 多变           −         − = − 1 1 1 1 2 1 1 k k p p p V k k

压缩过程：状态1→状态2 ◆对pVT关系 p:低→高；：大→小：T:低→高 ◆状态能量：低→高 ◆三种压缩过程耗功量W、,rev 绝热>多变>等温 对真实气体，其耗功的计算公式又将如何？ 惟真帷竇

对pVT关系 p：低→高；V：大→小：T：低→高 状态能量：低→高 三种压缩过程耗功量Ws,rev 绝热＞多变＞等温 压缩过程：状态1→状态2 对真实气体，其耗功的计算公式又将如何？