往复式压缩机热力学计算及活塞部件计算机模拟分析
新疆大学毕业论文(设计)
题目: 双段乙烯气体往复式压缩机热力计算及活塞
部件计算机模拟
指导老师: 张亚新
学生姓名：孟培勤
所属院系：化学化工学院
专业：过程装备与控制工程
班级：化机07-1班
完成日期：2011-5-30
声明
本人郑重声明毕业论文是本人在张亚新老师指导下独立完成，没有抄袭、剽窃他人成果，由此造成的一切后果由本人负责。
新疆大学
毕业论文（设计）任务书
班级：化机07-1 姓名：孟培勤
论文（设计）题目：双段乙烯气体往复式压缩机热力计算及活塞部件ANSYS模拟
专题：
要求完成的内容：
1 通过学习,掌握往复压缩机热力学计算的理论和方法。
2 查阅资料20篇以上,往复式压缩机气体热力学和动力学计算的最新进展进行3000字以上进展综述。
3 结合给定的设计参数,完成相应的气体热力学和动力学计算。
4 绘制任意一级活塞的综合活塞力图。
5 结合给定活塞参数设计活塞及对活塞进行ANSYS模拟分析。
6 完成毕业设计论文和英文资料翻译及论文综述。
发题日期：2011年12月20日完成日期2011年6月3日实习实训单位：化工学院地点：新疆大学
论文页数：34页；图纸张数：
指导教师：张亚新
教研室主任：毛先萍
院长：王吉德
摘要
对往复活塞式压缩机热力学部分的基本内容和原理作了简单的介绍，并且查阅了相关的科技文献，了解到国内往复活塞式压缩机的发展基本状况和前景，并且对其热力学部分内容和动力学进行了计算，包括气缸内气体的压力比、温度、惯性力的计算、气体力的计算，综合活塞力和切向力的计算，为了便于分析，作了相关的图，并进行活塞部件进行ANSYS模拟分析，从而对活塞受力有简单的分析。
关键词：往复活塞式压缩机；惯性力；气体力；综合活塞力；ansys模拟分析
ABSTRACT
The paper introduce that the basic substance and theory of the reciprocating piston compressor’s dynamics，and look up interrelated data of the dynamics. The paper elaborated the basic developed vista and state of the reciprocating piston compressor at the home and broad and calculated the content of the reciprocating piston compressor’s dynamics to consist of the inertia force calculation、gas force calculation、gas pressure ratio、temperature、comprehensive piston force and tangential
force calculation。In order to facilitate analysis, a related chart. And the piston parts by ANSYS simulation analysis .Thus on the piston stress have simple analysis.
Keywords: reciprocating piston compressor；inertia force；gas force；synthesized piston force；Ansys simulation analysis
目录
1、概述 (1)
往复活塞式压缩机的特点及在石油化工中的应用 (1)
往复活塞式压缩机基本结构及原理 (2)
1.2.1往复活塞式压缩机的基本结构 (2)
1.2.2往复活塞压缩机的基本原理 (3)
往复式压缩机的最新进展 (3)
2、双段乙烯气体往复式压缩机的热力学与动力学计算 (6)
热力学计算原始数据 (6)
热力计算步骤 (7)
2.2.1初步确定各级名义压力 (7)
2.2.2计算各级排气温度 (7)
2.2.3求各级气体的可压缩性系 (8)
2.2.4确定各级的进、排气系数 (8)
2.2.5确定各级气缸行程容积 (10)
2.2.6确定各级气缸直径 (10)
2.2.7圆整后各级名义压力及温度的修正 (11)
2.2.8计算活塞力 (12)
2.2.9往复惯性力的计算 (14)
2.2.10综合活塞力计算 (16)
2.2.11计算轴功率、选择电机 (18)
3、活塞设计 (19)
活塞组件介绍 (19)
活塞基本尺寸计算 (21)
4．活塞部件的ansys模拟分析 (22)
4．1 ANSYS软件简介 (22)
4.1.1 A NSYS概述 (22)
4.1.2 A NSYS软件分析过程 (23)
4.1.3 A NSYS在化工装备中的应用 (24)
建立活塞模型 (25)
4．3网格划分 (27)
加载及求解 (28)
4.4.1施加位移约束： (28)
4.4.2施加载荷： (29)
4.4.3求解： (30)
结果分析 (30)
5总结和讨论 (35)
致谢 (36)
参考文献 (37)
1、概述
往复活塞式压缩机的特点及在石油化工中的应用
往复式活塞式压缩机的特点有
1、往复式压缩机与离心式压缩机比较
（1）无论流量大小都能达到所需压力，一般单级終压可达至，多级压缩可达到100MPa。
（2）效率较高。
（3）气量调节时排气压力几乎不变。
（4）在一般压力范围内，对材料的要求不高，可用普通的金属材料。
2、主要缺点
（1）转速底，排气量较大时机器显得笨重。
（2）结构复杂，易损件多，日常维修量大。
（3）动平衡性差，运转时有振动，噪音大。
（4）排气量不连续，气流不均匀。
3、各类压缩机的使用范围
活塞式适用于中小输气量，排气压力可由低压到超高压；离心式和阻流式适用于输送大气量，中低压情况；回转式适用于中小输气量、中低压情况。
但同时它也存在着以下的缺点：（1）排出气体带油污（2）排气不连续，气体压力有脉动，严重时往往因气流脉动共振造成机件等的损坏（3）转速不宜太高 (4) 外形尺寸及基座较大（5）结构复杂，易损件多，维修工作量较大。
压缩机作为一种重要的通用机械，在化工，石油化工，动力等各个领域均得到广泛的应用，而活塞式压缩机在石油化工行业应用更加广泛，如制合成氨，合成尿素，制取乙烯，丙烯等一些化学产品，都会使用到压缩机[1]。
往复活塞式压缩机基本结构及原理
1.2.1往复活塞式压缩机的基本结构
压缩机结构部件大致可分为如下三大部分。
（1）工作腔部分
工作腔部分是直接处理气体的部分，包括气缸、活塞、气阀等，构成有进、出通道的封闭空间。活塞杆穿出工作腔端板的部位没有填料，用以密封间隙，活塞上设计的活塞环也是其密封作用。
（2）传动部分
传动部分把电动机的旋转运动转化为活塞的往复运动，包括曲轴、连杆、十字头等，往复运动的活塞通过活塞杆与十字头连接。
（3）机身部分
机身部分是用来支撑（或连接）气缸部分与传动部件的零部件，包括机身（或称曲轴箱）、中体、中间接筒等，其上还有可能安装有其他附属设备。
一台完整的往复活塞式压缩机包括两大部分：主机和辅机。主机有运动机构，工作机构和机身，辅机包括润滑系统，冷却系统和气路系统。运动机构是一种曲柄连杆机构，它把曲轴的旋转运动转换为十字头的往复直线运动，主要由曲轴，轴承，连杆，十字头，皮带轮或联轴器组成。机身是压缩机外壳，用来支承和安装整个运动机构和工作机构，又兼作润滑油箱用。曲轴依靠轴承支承在机身上，机身上的两个滑道又支撑着十字头，两个气缸分别位于机身两侧。
以下是往复式压缩机的结构图。
图1-1 往复式压缩机结构图
1-曲轴箱；2-撑杆；3-润滑油；4-十字头滑道；5-曲轴；6-连杆；7-连杆螺母；8-十字头；9-十字头销；10-十字头滑履；11-刮油环；12-密封环；13-气缸；14-
缸套；15-活塞；16-活塞环；17-导向环；18-活塞杆；19-活塞杆填料；20-吸气阀；21-排气阀；22-吸气阀卸荷器；23-余隙腔
1.2.2往复活塞压缩机的基本原理
依靠气缸工作容积周期性的变化来压缩气体，以达到提高工作压力的目的。（活塞在气缸内的往复运动造成减压将气体吸入，继而将气体压缩至一定压强而将它送出）活塞式压缩机的工作原理。
压缩机是用以将低压力的气体压缩至高压力的机器，在完成这项任务时，多采用逐次的多级压缩，每级气缸中都有相同的吸气、压缩和排气过程。
1、压缩机的理论循环
气体在气缸内的理论循环，具有以下特点，即压缩机在吸气、排气时，不存在进排气阀处的压力损失，进排气过程压力处保持恒压，压缩过程指数量是一个定值，故气体在压缩时与气缸壁等处皆不发生热脚换，缸内不存在余隙容积以贮留小部分高压气体，全部气体均能排出气缸外。
2、压缩机的实际循环
有余隙容积，在压力比和膨胀指数相同的条件下，相对余隙容积增大，
容积减小。一般为了提高容积效率，余隙容积要尽量减小些。
往复式压缩机的最新进展
容积式流体机械的结构形式较多,在石油、化工等工艺流程,往复式压缩机仍是主要机型之一 ,这种容积式压缩机的惯性力平衡、密封填料的工作特性以及气阀运行规律等一直是研究的重点。在过去30年中,相关问题得到了较好的解决,往复式压缩机的性能与可靠性有了很大提高[3]。随着现代科学技术的迅速发展，机械设备日益朝着高度自动化的方向发展，造成机械设备逐渐复杂且零、部件之间的联系更加紧密。一旦某一部分发生故障，往往会引起整台设备的瘫痪，而且频繁的故障和较长的检修时间常常造成巨大的经济损失和人员伤亡事故的发生。人们对机械设备的可靠性、可用性、可维修性、经济性与安全性提出了越来越高的要求，现代工业生产中的设备系统比以往更注重效率和能耗，且环保的要求越
来越高。
我国对在线监控技术的研究始于六十年代。从总体上来看，其发展水平远远落后于发达国家。目从事这方面研究的单位主要局限于高校、研究所、工厂和一些制造厂家，多方面仍处于起步阶段，因此，用国产化成熟设备，积极吸收国内外先进技术，以先进可靠、可维护、操作筒便实用为原则，研制开发出满足国产化要求的在线监控系统成为满足现代工业发展要求的当务之急。
一个完整的监测系统（DCS系统）应包含以下四个部分：直接数字控制（DDC）、过程管理、生产管理和经营管理。计算机化的在线监控系统从结构上可分为两类：一类硬件为骨干，特点是分析速度快，能瞬态采集数据并实时分析，但往往价格昂贵，系统功能不易扩充，且发展水平受国内硬件发展水平的制约。另一类以软件为骨干，系统中数据的采集与分析主要由软件来完成，整个系统除计算机和必要的外围设备外，仅配置A／D转换器，多通道切换器、放大器和传感器等少量硬件，其特点是成本低，可扩充性好，但分析速度比较慢。鉴于国内现使用的计算机速度已相当快，处理软件能在较短时间内完成，一般采用以软件为主的在线监控系统。这样做可大大降低成本，节约费用且软件较易扩充，能很好地满足今后向网络化发展的要求[4]。
对于压缩机的故障诊断，近年来也有不少的研究人员在探讨和研究，而往复式压缩机又是工业上应用量大、面广的一种重要通用机械，其故障诊断比较复杂，对于其故障诊断技术的研究一直以来都得到了国内外学者的广泛关注。在国外，美国学者曾经利用气缸内侧的压力信号图像判断气阀故障及活塞环的磨损；捷克学者根据对千余种不同类型的压缩机建立了常规性参数数据库，确定评定参数，以判断压缩机的工作状态等。
往复式压缩机的常见故障大多发生在气阀、弹簧、活塞环及气缸等几个易损部件上。在分析往复式压缩机上述常见故障和引发原因的基础上，有以下措施：加强工作介质的过滤精度；选用合适材料的阀片、弹簧；满足压缩空气热平衡的需要，提供足够的冷却水，降低排气温度；控制润滑油的使用量，维持润滑油的粘度、强化润滑效果，延缓结垢，提高产气量。有针对性地对压缩机易损部件进行定期检修和合理维护，可延长压缩机易损件的使用寿命，提高运行的经济性[5]。
在石化领域，往复式压缩机主要是向大容量、高压力、低噪声、高效率、高可靠性等方向发展；不断开发变工况条件下运行的新型气阀，提高气阀寿命；在产品设计上，应用热力学、动力学理论，通过综合模拟预测压缩机在实际工况下的性能；强化压缩机的机电一体化，采用计算机自动控制，实现优化节能运行和联机运行。
在动力领域，活塞式压缩机目前占有主要市场。但随着人们对使用环境及能耗、环保等方面要求的提高，螺杆和涡旋空气压缩机开始占有一定的市场。而在竞争愈来愈激烈的中国市场，人们不得不想出诸多办法来解决一些实际问题，美国泰康公司摧出的滑块式往复压缩机，保留了传统往复压缩机的许多优点，而且结构紧凑，力的平衡性好，振动小，噪声低，转速范围广，在空调热泵系统中，其性能可与滚动转子式和涡旋式压缩机相媲美。该公司曾将其应用于汽车空调，在7000r／min以上的转速下作长期运行试验，证明可靠性良好。
往复式压缩机中关于各个部件的损坏以及原因分析和采取的措施在近年来也有一定的研究，如十字头的故障，在茂名炼油化工股份公司，关于渣油加氢装置，就。自1999年投产以来Ⅲ级十字头销及连杆小头瓦共发生故障4次：2000年7月、2001年5月。发生两次Ⅲ级十字头销断裂，连杆小头烧损，十字头销孔局部少量磨损，累计运行时间都是约为6个月；第二次故障时I级吸气压力由2．2MPa 降到0．7MPa；2001年7月连杆小头瓦烧损并错位，十字头销孔受力面磨损严重，累计运行时间约1个半月；发生于2001年11月Ⅲ级缸有异响，经检查销子前后受力位置磨损，烧伤变黑，十字头内表面上部有撞痕，累计运行时间约2个半月。这些事故不由的警示着我们对于研究这些故障发生的重要性[6]。
压缩机是化工厂的心脏设备，其扰力是基础动力计算的重要资料。据化工建设的实践经验，从六十年代起，由于扰力计算错误，致使不少压缩机基础振动过大，不得不采取加固措施[7]。扰力在这也指的是综合活塞力。
随着我国经济的发展，我国的压缩机设计制造技术也有了长足发展，在某些方面的技术水平也已经达到国际先进水平。但在一些方面与国际先进水平还存在一定差距。预计我国“十一五”期间的压缩机需求增幅较大，这对我们既是机遇也是挑战，需要广大压缩机工作者共同努力，推动我国压缩机技术的进步。
2、双段乙烯气体往复式压缩机的热力学与动力学计算
热力学计算原始数据
第一段的排气量为60m 3／min （I 级进气状态），名义进气压力为×510Pa （绝对），进气温度－40℃。
第二段排气量100 m 3／min （I 级进气状态），段前有中间加气，名义进气压力为×510（绝对）进气温度－40℃，名义排气压力为20×510Pa （绝对） 各级气体的等熵指数近似地取用标准状态下的κ=.
根据设计条件并结合有关配置方案的设计原则，初步确定该压缩机级的配置方案如图
第一段压缩机级数为一级，分两缸压缩；第二段级数为两级，全机共三级。 行程 s=300㎜ 转速 n=350r ／min
各级气缸相对余隙容积按类似机器确定为
I α= II α= III α=
图2-1乙烯压缩机级的装配图
热力计算步骤
2.2.1初步确定各级名义压力
第I 级 I ε=
3.5
1.11
= 第II 、III εII =ε
各级名义进、排气压力及压力比经调整后列表如下：
表2-1各级排气压力
2.2.2计算各级排气温度
按式（2-21）计算各级名义排气温度，列表如下；
表2-2各级排气温度
2.2.3求各级气体的可压缩性系数
表2-3可压缩性系数
2.2.4确定各级的进、排气系数
1．容积系数 按表3-2查得各级膨胀过程的等端点指数m 为：
I m =1+（1k -）=1+（1.21-）=
2m =1+(1k -)=1+(1.21-)= 3m =1+(1k -)=1+(1.21-)=
I
V λ按式（3-36）计算，以名义压力比代替实际压力比?
I
1/m 1/1.1I 1[1]10.10[3.151]0.816V a λε=--=--=
II
1/1.124
0.9610.13[
1]0.83550.92V λ=-?-=（2.39） III
1/1.15
0.8810.16[1]0.7940.82
V
λ=-?-=（2.39）
压力系数 取I p λ=，II p λ=，III p λ= 温度系数 按图3-12，取 T I λ= T II λ= T III λ=
凝析系数 按已知条件、无凝析则 I II III 1φφφμμμ=== 泄露系数 按图3-24的布置，列表计算如下
表2-4泄露系数
抽（加）气系数 按题意0I 1μ=
0II 0III 100
1.66760
μμ==
= 2.2.5确定各级气缸行程容积
按式3—54
I 0 I 3d h I vI pI TI 1 I V 1160
0.2440.8160.970.90.958350
V m n φμμλλλλ?=
=?=???次
II 0 I d
1 I 1 II 1 II h II
vII pII TII 1 II 1 II 1 I 1 I V p T Z V p T Z n
φμμλλλλ=
1 1.667 1.112330.960600.1170.8350.980.950.957 3.52330.986350
???=
=?????m 3
/次
h III
1 1.667 1.112330.88600.04720.79410.950.9508.3652330.986350
V ???==?????
m 3
/次 2.2.6
确定各级气缸直径
参照同类机器，初步选取各活塞杆直径d=80㎜，其截面积425010f m -=? 按式（3-57）计算得各级气缸直径，其中I 级缸由两缸并联。
I 0.512
D ===m
按表3-4，把气缸直径圆整为I D =510㎜
II
0.502
D ===m
圆整为 II D =500㎜
III 0.322D ===m
圆整为 III D =320㎜
2.2.7圆整后各级名义压力及温度的修正
确定圆整后各级的实际行程容积/h V
2
2
/I h I
2)4
4
D d V sz ππ=?
-
（
2
430.510250.2410)0.320.24204
m π-=
?-???=（
2
/43h II
0.5250.2410)0.310.11724
V
m π-=?
-???=（
/
3h III III 0.0472m b V V ==
求各级压力修正系数k β及k+1β
按式（3-84），/h k /
h hk
2hk V V V V β=，求得 /
I h I
I /
h I h I
12h V V V V β==
/
II h I
II /
h I h II 0.24200.1170.9920.2440.1172
h V V V V β===
/
III h I
III /
h I h III 0.24200.04720.99220.2440.0472
h V V V V β===
修正后各级名义压力及名义压力比
表2-5修正后各级名义压力及名义压力比
修正后的各级排气温度
表2-6修正后的各级排气温度
2.2.8计算活塞力
计算气缸内进、排气过程的平均压力表2-7气缸内进排气过程的压力
注：s δ、d δ查图3-16
计算各列活塞力
轴测活塞工作面积 盖侧活塞工作面积
2
2
4
2
Z D d F ππ=
-
㎡ 2
g 4
D F π=
㎡
Z I F = ㎡ g I F =㎡
z II F = ㎡ g II F =㎡ z III F = ㎡ g III F = ㎡
表2-8点活塞力计算表
表2-9点活塞力计算表
从以上最大活塞力（ 510?N=吨）来看，初选活塞杆直径φ80是合适的。而且向轴和离轴行程活塞力比较均衡。
2.2.9往复惯性力的计算
由以上的压缩机最大活塞力为 KN ，相当于12吨，可选用活塞力为12吨的
系列，各列取值相同，其往复运动构件的质量为m s =350kg ，现选取连杆径长比
压缩机的热力性能和计算
§2.2.1压缩机的热力性能和计算 一、排气压力和进、排气系统 （1）排气压力 ①压缩机的排气压力可变，压缩机铭牌上的排气压力是指额定值，压缩机可以在额定排气压力以内的任意压力下工作，如果条件允许，也可超过额定排气压力工作。 ②压缩机的排气压力是由排气系统的压力（也称背压）所决定，而排气系统的压力又取决于进入排气系统的压力与系统输走的压力是否平衡，如图2-20所示。 ③多级压缩机级间压力变化也服从上述规律。首先是第一级开始建立背压，然后是其后的各级依次建立背压。 （2）进、排气系统 如图所示。
①图a的进气系统有气体连续、稳定产生，进气压力近似恒定；排气压力也近似恒定，运行参数基本恒定。 ②图b的进气系统有气体连续、稳定产生，进气压力近似恒定；排气系统为有限容积，排气压力由低到高逐渐增加，一旦达到额定值，压缩机停止工作。 ③图c的进气系统为有限容积，进气压力逐渐降低；排气系统压力恒定，一旦低于某一值，压缩机停止工作。
④图d的进、排气系统均为有限容积，压缩机工作后，进气压力逐渐降低；排气系统压力不断升高，当进气系统低于某一值或排气系统高于某一值，压缩机停止工作。
二、排气温度和压缩终了温度 （1）定义和计算 压缩机级的排气温度是在该级工作腔排气法兰接管处测得的温度，计算公式如下： 压缩终了温度是工作腔内气体完成压缩机过程，开始排气时的温度，计算公式如下： 排气温度要比压缩终了温度稍低一些。 （2）关于排气温度的限制 ①汽缸用润滑油时，排气温度过高会使润滑油黏度降低及润滑性能恶化；另外，空气压缩机中如果排气温度过高，会导致气体中含油增加，形成积炭现象，因此，一般空气压缩机的排气温度限制在160°C以内，移动式空气压缩机限制在180°C以内。
热力学公式汇总
物理化学主要公式及使用条件 第一章 气体的 pVT 关系 主要公式及使用条件 1. 理想气体状态方程式 pV （m/M ）RT nRT 或 pV m p （V /n ） RT 式中p , V , T 及n 单位分别为Pa, m 3, K 及mol 。 V m V /n 称为气体的摩尔体 积，其单位为m 3?mol -1。R=8.314510 J mol -1 K 1，称为摩尔气体常数。 此式适用于理想气体,近似地适用于低压的真实气体。 2. 气体混合物 （ 1） 组成 摩尔分数 式中 n A 为混合气体总的物质的 量。 V m ，A 表示在一定T , p 下纯气体A 的摩 A 尔体积。 y A V mA 为在一定T , p 下混合之前各纯组分体积的总和。 A （ 2） 摩尔质量 述各式适用于任意的气体混合物 （3） y B n B /n p B / p V B /V 式中P B 为气体B ，在混合的T , V 条件下，单独存在时所产生的压力，称为 B 的分压力。V B 为B 气体在混合气体的T , p 下，单独存在时所占的体积。 y B （或 x B ） = n B / n A A 体积分数 B y B V m,B / yAV m,A A y B M B m/n M B / n B B B B 式中 m m B 为混合气体的总质量, n B n B 为混合气体总的物质的量。上 M mix B
叮叮小文库3. 道尔顿定律 p B = y B p, p P B B 上式适用于任意气体。对于理想气体 P B n B RT/V 4. 阿马加分体积定律 V B ri B RT/V 此式只适用于理想气体。 第二章热力学第一定律 主要公式及使用条件 1. 热力学第一定律的数学表示式 U Q W 或dU 8Q SW 9Q P amb dV SW' 规定系统吸热为正，放热为负。系统得功为正，对环境作功为负。式中P amb为环境的压力，W为非体积功。上式适用于封闭体系的一切过程。 2. 焓的定义式 H U pV 3. 焓变 (1)H U (PV) 式中(pV)为pV乘积的增量，只有在恒压下(pV) P(V2v1)在数值上等于体积功。 2 (2)H 1n C p,m dT 此式适用于理想气体单纯pVT变化的一切过程，或真实气体的恒压变温过程,
工程热力学的公式大全
5．梅耶公式： R c c v p =- R c c v p 0''ρ=- 0R MR Mc Mc v p ==- 6．比热比： v p v p v p Mc Mc c c c c ===''κ 1-= κκR c v 1 -=κnR c p 外储存能： 1． 宏观动能： 221mc E k = 2． 重力位能： mgz E p = 式中 g —重力加速度。 系统总储存能： 1．p k E E U E ++= 或mgz mc U E ++ =221 2．gz c u e ++=221 3．U E = 或u e =（没有宏观运动，并且高度为零） 热力学能变化： 1．dT c du v =，?=?2 1dT c u v 适用于理想气体一切过程或者实际气体定容过程 2．)(12T T c u v -=? 适用于理想气体一切过程或者实际气体定容过程（用定值比热计算） 3．102000121221t c t c dt c dt c dt c u t vm t vm t v t v t t v ?-?=-==???? 适用于理想气体一切过程或者实际气体定容过程（用平均比热计算）
4．把()T f c v =的经验公式代入?=?2 1dT c u v 积分。 适用于理想气体一切过程或者实际气体定容过程（用真实比热公式计算） 5．∑∑====+++=n i i i n i i n u m U U U U U 1121Λ 由理想气体组成的混合气体的热力学能等于各组成气体热力学能之和，各组成气体热力学能又可表示为单位质量热力学能与其质量的乘积。 6．?-=?21pdv q u 适用于任何工质，可逆过程。 7．q u =? 适用于任何工质，可逆定容过程 8．?=?21pdv u 适用于任何工质，可逆绝热过程。 9．0=?U 适用于闭口系统任何工质绝热、对外不作功的热力过程等热力学能或理想气体定温过程。 10．W Q U -=? 适用于mkg 质量工质，开口、闭口，任何工质，可逆、不可逆过程。 11.w q u -=? 适用于1kg 质量工质，开口、闭口，任何工质，可逆、不可逆过程 12.pdv q du -=δ 适用于微元，任何工质可逆过程 13．pv h u ?-?=? 热力学能的变化等于焓的变化与流动功的差值。 焓的变化： 1．pV U H += 适用于m 千克工质 2．pv u h += 适用于1千克工质 3．()T f RT u h =+= 适用于理想气体 4．dT c dh p =，dT c h p ?=?2 1 适用于理想气体的一切热力过程或者实际气体的定压过程
关于压缩机热力学计算
2 热力学计算 2.1 初步确定各级排气压力和排气温度 2.1.1 初步确定各级压力 本课题所设计的压缩机为单级压缩 则： 吸气压力：P s =0.1Mpa 排气压力：P d =0.8Mpa 多级压缩过程中，常取各级压力比相等，这样各级消耗的功相等，而压缩机的总耗功也最小。各级压力比按下式确定。 i ε=（2-1） 式中： i ε—任意级的压力比； t ε—总压力比； z —级数。 总压力比：t ε= 0.8/0.1=8 各级压力比： 83.28==ε i 压缩机可能要在超过规定的排气压力值下工作，或者所用的调解方式（如余隙容积调节和部分行程调节）要引起末级压力比上升而造成末级气缸温度过高，末级压力比值取得较低，可按下式选取： Z =εε t i )75.0~9.0( （2-2） 则各级压力比： ε 2=2.12~2.55=2.5 ε 1 =3.2 各级名义进、排气压力及压力比已经调整后列表如下 表2-1 各级名义进、排气压力及压力比 级数 名义进气压力 p 1（MPa ） 名义排气压力 p 2（Mpa ） 名义压力比 ε Ⅰ 0.1 0.32 3.2 Ⅱ 0.32 0.8 2.5
2.1.2 初步确定各级排气温度 各级排气温度按下式计算： 1n n d s i T T ε-= （2-3） 式中：T d —级的排气温度，K ； T s —级的吸气温度，K ； n —压缩过程指数。 在实际压缩机中，压缩过程指数可按以下经验数据选取。 对于大、中型压缩机：n k = 对于微、小型空气压缩机：(0.9~0.98)n k = 空气绝热指数k =1.4，则(0.9~0.98)(1.26~1.372)n k ==，取n =1.30 各级名义排气温度计算结果列表如下。 一级的吸气温度T s1=210C+273=294（K ） 一级的排气温度T d1==X =-2 .323 .0113.11 1294εT s 382(K) 二级的吸气温度T s2=400C+273=313（K ） 二级的排气温度：=X =-5 .223 .0113.12 2313εT s 471(K)=386(K) 表2-2 各级排气温度 级数 名义吸气温度T 1 压缩过程指数n n n 1-'）（ε 名义排气温度T 2 ℃ K ℃ K Ⅰ 21 294 1.30 1.31 130 382 Ⅱ 40 313 1.30 1.313 1.23 386 2.2 确定各级的进、排气系数 2.2.1 计算容积系数v λ 容积系数是由于气缸存在余隙容积，使气缸工作容积的部分容积被膨胀气体占据，而对气缸容积利用率产生的影响。 )1(11 --=m v εαλ （2-4） 式中： v λ—容积系数； α —相对余隙容积； ε — 压力比。 各级膨胀过程指数m 按下表计算。
第二章往复式压缩机热力学基础
第二章往复式压缩机热力学基础 1.教学目标 1.掌握理想气体状态方程式和热力学过程方程式。 2.了解压缩机的工作循环。 3.理解压缩机的排气量及其影响因素。 4.掌握压缩机的功率和效率的计算。 5.了解压缩机的多级压缩过程。 2.教学重点和难点 1.理想气体状态方程式和热力学过程方程式。 2.压缩机的工作循环。 3.压缩机的功率和效率的计算。 3.讲授方法 多媒体教学 正文 2.1 理想气体状态方程式和热力过程方程式： 2.1.1 理想气体的热力状态及其状态参数 压缩机运转时，汽缸内气体的热力参数状态总是周期不断的变化，所以要研究压缩机的工作，首先就得解决如何定量描述气体的状态以及如何确定状态变化的过程。实际上，这也是研究气体热力学必须首先解决的问题。气体在各种不同热力状态下的特性，一般都是通过气体状态参数来说明。 2.1.1.1基本热力状态参数 1.温度在热力学中采用绝对温标°K为单位。绝对温标以纯水三相点的绝对温度273.16°K（计算时取273°K）作为基准，只有绝对温度才是气体的状态参数，与常用的摄氏百度温标℃应加以区别。 2.压力在热力学中规定绝对压力为状态参数，与一般的表压力应加区别。
3.比容比容是指每单位重量气体所占有的容积，以v表示。比容的倒数称为重度，以γ表示。 2.1.1.2 导出状态参数 1.内能气体的内能与温度及比容间存在一定的函数关系。当忽略气体分子间的作用力和气体分子本身所占有的体积时，内能可认为是温度的单值函数。内能一般用u表示。 2.焓为了便于计算，有时把一些经常同时出现的状态参数并在一起构成一个新的状态参数。例如在流动系统中，常把内能u和压力p、比容v的乘积pv 相加组成一个新的状态参数i，称为“焓”。即： i=u+Apv , kcal/kg 式中u------内能，kcal/kg; p------压力，kgf/cm2 v------比容，m3/kg A------功热当量，A=1/427kcal/kg f·m 3.熵熵也是导出状态参数，根据热力学第二定律，对于可逆过程的熵变，与温度及过程进行时的热量交换有关，其关系式为： dq=Tds.kcal/kg 式中q---单位重量气体与外界交换的热量，kcal/kg; T---交换热量时的瞬时绝对温度，°K s-----单位质量气体的熵值，kcal/kg·°K 2.1.2理想气体状态方程式 所谓理想气体时不考虑气体分子之间的作用力和分子本身所占有的体积的气体，实际上自然界中并不存在真正的理想气体，不过当气体压力远低于临界压力，温度远高于临界温度的时候，都相当符合理想气体的假定。 对于1kg气体而言，理想气体的压力、比容和温度之间的关系为： pv=RT (2-1) 式中p-----理想气体的绝对压力，kgf/m3; v-----理想气体的比容，m3/kg; T-----理想气体的绝对温度，°K； R----气体常数，kgf·m/kg·°K。 对于G(kg)气体，若其总体积为V(V=G·v),其关系式为： Pv=GRT (2-2) 式2-1及式2-2即为理想气体状态方程式。
工程热力学的公式大全
5．梅耶公式： R c c v p =- R c c v p 0''ρ=- 0R MR Mc Mc v p ==- 6．比热比： v p v p v p Mc Mc c c c c = = = ''κ 1-= κκR c v 1 -=κnR c p 外储存能： 1． 宏观动能： 2 2 1mc E k = 2． 重力位能： mgz E p = 式中 g —重力加速度。 系统总储存能： 1．p k E E U E ++= 或mgz mc U E ++=2 21 2．gz c u e ++=22 1 3．U E = 或 u e =（没有宏观运动，并且高度为零） 热力学能变化： 1．dT c du v =，?=?2 1dT c u v 适用于理想气体一切过程或者实际气体定容过程 2．)(12T T c u v -=? 适用于理想气体一切过程或者实际气体定容过程（用定值比热计算） 3．10 20 121 2 2 1 t c t c dt c dt c dt c u t vm t vm t v t v t t v ?-?=-==???? 适用于理想气体一切过程或者实际气体定容过程（用平均比热计算）
4．把 ()T f c v =的经验公式代入?=?2 1 dT c u v 积分。 适用于理想气体一切过程或者实际气体定容过程（用真实比热公式计算） 5．∑∑====+++=n i i i n i i n u m U U U U U 1 1 21 由理想气体组成的混合气体的热力学能等于各组成气体热力学能之和，各组成气体热力学能又可表示为单位质量热力学能与其质量的乘积。 6．?-=?2 1pdv q u 适用于任何工质，可逆过程。 7．q u =? 适用于任何工质，可逆定容过程 8．?=?21 pdv u 适用于任何工质，可逆绝热过程。 9．0=?U 适用于闭口系统任何工质绝热、对外不作功的热力过程等热力学能或理想气体定温过程。 10．W Q U -=? 适用于mkg 质量工质，开口、闭口，任何工质，可逆、不可逆过程。 11.w q u -=? 适用于1kg 质量工质，开口、闭口，任何工质，可逆、不可逆过程 12.pdv q du -=δ 适用于微元，任何工质可逆过程 13．pv h u ?-?=? 热力学能的变化等于焓的变化与流动功的差值。 焓的变化： 1．pV U H += 适用于m 千克工质 2．pv u h += 适用于1千克工质 3．()T f RT u h =+= 适用于理想气体 4．dT c dh p =，dT c h p ?=?2 1 适用于理想气体的一切热力过程或者实际气体的定压过程
D~5.72~3~250天然气压缩机~计算书
第一部分热力计算 一、初始条件 1.排气量：Q N=20Nm3/min 2.压缩介质：天然气 （气体组分：CH4:94%；CO2:0.467%；N2:4.019%；C2H6:1.514%） 3.相对湿度：ψ=100% 4.吸入压力：P S0=0.4 MPa（绝对压力） 5.排出压力：P d 0=25.1 MPa（绝对压力） 6.大气压力：P0 =0.1 MPa（绝对压力） 7.吸入温度：t S0=35℃(T S0=308°K) 8.排气温度：t d0=45℃(T d0=318°K) 9.压缩机转速：n=740rpm 10.压缩机行程：S=120mm 11.压缩机结构型式：D型 12.压缩级数：4级 13.原动机：低压隔爆异步电机，与压缩机直联 14.一级排气温度：≤130℃ 二、初步结构方案 三、初始条件换算（以下计算压力均为绝对压力） Q= Q N×［P0×T S0／（P S0-ψ×P sa）×T0］
进气温度状态下的饱和蒸汽压为P sa =0.005622 MPa P 0 =0.1MPa T 0=273°K 其余参数详见初始条件。 Q= 20×［0.1×308／（0.4-1×0.005622）×273］=5.72m 3/min 四、 级数的选择和各级压力 要求为四级压缩 总压缩比ε0=01 4S d P P =0.425.1 =62.75 ε10=ε20=ε30=ε40=4 75.62=2.8145 求出各级名义压力如下表 五、 计算各级排气温度 查各组分气体绝热指数如下： CH 4: 94% K=1.308； CO 2: 0.467% K=1.30 N 2: 4.019% K= 1.40； C 2H 6: 1.514% K=1.193 11-K =∑1r i -Ki ＝11.3080.94- ＋1.310.00467- ＋11.40.04019- ＋1 1.1930.01514 - =3.2464
如何根据压缩机的制冷量计算冷凝器及蒸发器的面积
如何根据压缩机的制冷量配冷凝器散热面积？ 帖子创建时间: 2013年03月04日08:34评论：1浏览：2520投稿 1）风冷凝器换热面积计算方法 制冷量+压缩机电机功率/200~250=冷凝器换热面例如：（3SS1-1500压缩机）CT=40℃：CE=-25℃压缩机制冷量=12527W+压缩机电机功率11250W=23777/230=风冷凝器换热面积103m2 2）水冷凝器换热面积与风冷凝器比例=概算1比18（103 /18）=6m2 蒸发器的面积根据压缩机制冷量（蒸发温度℃×Δt相对湿度的休正系数查表）。 3）制冷量的计算方法：=温差×重量/时间×比热×设备维护机构 例如：有一个速冻库 1）库温-35℃ 2）速冻量1T/H 3）时间2/H内 4）速冻物质（鲜鱼） 5）环境温度27℃ 6）设备维护机构保温板计算：62℃×1000/2/H×0.82×1.23=31266 kcal/n 可以查压缩机蒸发温度CT =40 CE-40℃制冷量=31266 kcal/n 冷凝器换热面积大于蒸发器换热面积有什么缺点 如果通过加大冷凝风扇的风量可以吗 rainbowyincai |浏览1306 次 发布于2015-06-07 10:19 最佳答案 冷凝器换热面积大于蒸发器换热面积的缺点： 1、高压压力过低；
2、压机走湿行程，易液击，通过加大蒸发器风扇的风量。风冷
冷凝器和蒸发器换热面积计算方法： 1、风冷凝器换热面积计算方法：制冷量+压缩机电机功率/200~250=冷凝器换热面积 例如：（3SS1-1500压缩机）CT=40℃：CE=-25℃压缩机制冷量=12527 W+压缩机电机功率11250W=23777/230=风冷凝器换热面积103m2。 2、水冷凝器换热面积与风冷凝器比例=概算1比18（103 /18）=6m2，蒸发器的面积根据压缩机制冷量（蒸发温度℃×Δt相对湿度的休正系数查表）。 （注：文档可能无法思考全面，请浏览后下载，供参考。可复制、编制，期待你的好评与关注）
热力学公式
1. 理想气体状态方程式 nRT RT M m pV ==)/( 或 RT n V p pV ==)/(m 式中p ，V ，T 及n 单位分别为Pa ，m 3，K 及mol 。 m /V V n =称为气体的摩尔体积，其单位为m 3 · mol -1。 R =8.314510 J · mol -1 · K -1，称为摩尔气体常数。 此式适用于理想气体，近似地适用于低压的真实气体。 2. 气体混合物 （1） 组成 摩尔分数 y B (或x B ) = ∑A A B /n n 体积分数 / y B m,B B * =V ?∑* A V y A m,A 式中∑A A n 为混合气体总的物质的量。A m,* V 表示在一定T ，p 下纯气体A 的摩 尔体积。∑*A A m,A V y 为在一定T ，p 下混合之前各纯组分体积的总和。 （2） 摩尔质量 ∑∑∑===B B B B B B B mix //n M n m M y M 式中 ∑=B B m m 为混合气体的总质量，∑=B B n n 为混合气体总的物质的量。上 述各式适用于任意的气体混合物。 （3） V V p p n n y ///B B B B * === 式中p B 为气体B ，在混合的T ，V 条件下，单独存在时所产生的压力，称为B 的分压力。* B V 为B 气体在混合气体的T ，p 下，单独存在时所占的体积。 3. 道尔顿定律 p B = y B p ，∑=B B p p 上式适用于任意气体。对于理想气体
V RT n p /B B = 4. 阿马加分体积定律 V RT n V /B B =* 此式只适用于理想气体。 1. 热力学第一定律的数学表示式 W Q U +=? 或 'a m b δδδ d δd U Q W Q p V W =+=-+ 规定系统吸热为正，放热为负。系统得功为正，对环境作功为负。式中 p amb 为环境的压力，W ?为非体积功。上式适用于封闭体系的一切过程。 2. 焓的定义式 3. 焓变 （1） )(pV U H ?+?=? 式中)(pV ?为pV 乘积的增量，只有在恒压下)()(12V V p pV -=?在数值上等于体积功。 （2） 2 ,m 1 d p H nC T ?= ? 此式适用于理想气体单纯pVT 变化的一切过程，或真实气体的恒压变温过程，或纯的液体、固体物质压力变化不大的变温过程。 4. 热力学能(又称内能)变 此式适用于理想气体单纯pVT 变化的一切过程。 5. 恒容热和恒压热 V Q U =? (d 0,'0V W == p Q H =? (d 0,'0)p W == pV U H +=2 ,m 1 d V U nC T ?=?
往复式压缩机方案汇总
1 工程概况 1.1 新建64万吨/年乙烯装置热区废碱氧化包(GB-501)内包含一套湿式氧化空气压缩机组，位号为CB-501X。本压缩机为四列、水冷式、M型少油润滑湿式氧化空气压缩机。四级压缩，将空气由常压压缩至4.83Mpa(G)。布置方式为单层平面布置，其整体结构简图见图1。 电机 1.2 主要的技术参数 1.2.1压缩机 1)排气量(吸入状态) 46 m3/min 2)各级吸入压力 0.001/0.128/0.513/1.636MPa(G) 3)各级排气压力 0.128/0.513/1.636/4.83MPa(G) 4)各级吸入温度 38/40/40/40 C° 5)各级排气温度 136/155/158/157 C°
6)冷却水进水温度 33 C° 7)冷却水排水温度≤43 C° 8)润滑油压力(G) 0.25～0。35MPa 9)进水压力(G) 0.45MPa(进出水压差0.2MPa) 10)压缩机转速 420r/min 11)轴功率 435Kw 12)活塞行程 240mm 13)各级气缸直径 610/430/270/175 mm 14)噪声(声功率级) ≤85Db(A) 15)最大零件重量(机身部件) 4276Kg 16)传动方式异步电机直联传动 17)主机外形尺寸(长、宽、高) 7990*6078*3836mm 1.2.2电动机 a.型号 YAKK6303-14WTH b.形式异步电动机 c.额定功率 500Kg d.额定电压 6000V e.同步转速 428r/min f.电机重量 9910Kg 2编制依据 2.1 《压缩机、风机、泵安装工程施工及验收规范》 GB50275-98 2.3 《化工机器安装工程施工及验收规范(中小型活塞式压缩机)》 HGJ206-92 2.4 《化工机器安装工程施工及验收规范(对置式压缩机)》》 HGJ204-83 2.5 《化工机器安装施工及验收规范(通用规定)》 HGJ203-83 2.6 湿式氧化空气压缩机组随机资料(沈阳远大压缩机制造有限公司)4M10(Y2).CM 2.7 MITSYBISHI HEAVY INDUSTRIES,LTD提供的废碱回收工艺包 (GB-501)的设计资料； 3 施工基本程序 往复式压缩机组施工程序见图3-1。 4 压缩机的主要结构特征： 4.1主要零部件 4.1.1机体由机身,中体组成,机身中体材料为灰铸铁.它们之间用螺栓连接成一体,并分
西安交通大学 往复式压缩机 期末考试
1.从原理、结构、用途上如何划分压缩机？ 答：原理：容积式压缩机和动力式压缩机。 结构： 用途：①动力用压缩机②化工工艺用压缩机③制冷和气体分离用压缩机④气体输送用压缩机 2.为什么要定义级的理论循环？级的理论循环是如何定义的？说明研究分析压 缩机时理论循环的意义？ 答：原因：？ 如何定义：①无余隙容积②进排气过程无流动阻力损失③进排气过程无气流脉动④进排气过程无热交换⑤无泄漏⑥过程指数为常数 意义：是研究压缩机实际工作过程的基础。 3.级的实际循环与理论循环的差别是什么？为什么会有这些差别？ 答：①存在气体膨胀线（存在余隙容积） ②进气过程线低于名义进气压力线，排气过程线高于名义排气压力线，且有非直线（存在进排气压力损失及压力脉动） ③压缩、膨胀过程的过程指数是变化的（由于泄漏、传热等的影响） 4.压缩机实际循环指示图？ 答：
5.进气系数的意义是什么？在指示图中如何表示？理想气体的容积系数、压力 系数、温度系数关系式？ 答：意义：实际进气量Vs与理论进气量Vh的比值称为进气系数。 在指示图如何表示：将折算到名义进气温度下的实际循环进气量Vs，Vh 在图中已表示。 容积系数：压力系数： 温度系数：其中，是将折算到名义压力P1下的容积。 补：分析影响容积系数的诸因素？ 答：①相对余隙容积 ②压力比 ③膨胀系数（热交换起决定作用，m大趋向绝热。高转速来不及换热，趋近绝热；压比高因壁温高，m小；冷却好的，气体与气缸温差小，趋近绝热；气体漏入，m小；气体漏出，m大） ④实际气体 6.分析影响实际循环指示功的诸因素？ 答：①进排气压力损失②泄漏和传热影响③进气系数影响 7.为什么要多级压缩？如何确定级数和各级压力比? 答：原因：①提高压缩机经济性 ②降低排气温度 ③提高容积效率 ④降低气体作用力 如何确定级数：①对于大型连续运转压缩机，省功最重要 ②对于微小型压缩机，成本低、价格低最重要 ③保证运转可靠，机器寿命高，各级压比不应过高 ④对温度要求严格的特殊压缩机，级数多少取决于排气温度 限制 如何确定压力比：实际压缩机中存在压力损失、回冷不完善、余隙容积、热 交换、泄漏等，实际压力比并非是等压比分配。按等压比 分配或等功原则分配压力比可以使压缩机总指示功最小。 (注：为使各级排气温度不致过高，应适当增加第一级压比
往复式压缩机的基本知识及原理
.活塞式压缩机的基本知识及原理 活塞式压缩机的分类： （1）按气缸中心线位置分类 立式压缩机：气缸中心线与地面垂直。 卧式压缩机：气缸中心线与地面平行，气缸只布置在机身一侧。 对置式压缩机：气缸中心线与地面平行，气缸布置在机身两侧。（如果相对列活塞相向运动又称对称平衡式） 角度式压缩机：气缸中心线成一定角度，按气缸排列的所呈现的形状。有分L型、V型、W型和S型。 （2）按气缸达到最终压力所需压级数分类 单级压缩机：气体经过一次压缩到终压。 两级压缩机：气体经过二次压缩到终压。 多级压缩机：气缸经三次以上压缩到终压。 （3）按活塞在气缸内所实现气体循环分类 单作用压缩机：气缸内仅一端进行压缩循环。 双作用压缩机：气缸内两端进行同一级次的压缩循环。 级差式压缩机：气缸内一端或两端进行两个或两个以上的不同级次的压缩循环。 （4）按压缩机具有的列数分类 单列压缩机：气缸配置在机身的一中心线上。 双列压缩机：气缸配置在机身一侧或两侧的两条中心线上。 多列压缩机：气缸配置在机身一侧或两侧的两条以上中线上。 活塞式压缩机工作原理： 当活塞式压缩机的曲轴旋转时，通过连杆的传动，活塞便做往复运动，由气缸内壁、气缸内的工作容积则会发生周期性变化。活塞式压缩机的活塞从气缸盖处开始运动时，气缸内的工作容积逐渐增大，这时，气体即沿着进气管，推开进气阀而进入气缸，直到工作容积变到最大时为止，进气阀关闭；活塞式压缩机的活塞反向运动时，气缸内工作容积缩小，气体压力升高，当气缸内压力达到并略高于排气压力时，排气阀打开，气体排出气缸，直到活塞运动到极限位置为止，排气阀关闭。当活塞式压缩机的活塞再次反向运动时，上述过程重复出现。总之，活塞式压缩机的曲轴旋转一周，活塞往复一次，气缸内相继实现进气、压缩、排气的过程，即完成一个工作循环。 活塞式压缩机的基本结构 活塞式压缩机基本原理大致相同，具有十字头的活塞式压缩机，主要有机体、曲轴、连杆、十字头、气缸、活塞、填料、气阀等组成。 1、机身：主要由中体、曲轴箱、主轴瓦（主轴承）、轴承压盖及连接和密封件等组成。曲轴箱可以是整体铸造加工而成，也可以是分体铸造加工后组装而成。主轴承采用滑动轴承，安装时应注意上下轴承的正确位置，轴承盖设有吊装螺孔和安装测温元件的光孔。 2、曲轴：曲轴是活塞式压缩机的主要部件之一，传递着压缩机的功率。其主要作用是将电动机的旋转运动通过连杆改变为活塞的往复直线运动。 3、连杆：连杆是曲轴与活塞间的连接件，它将曲轴的回转运动转化为活塞的往复运动，并把动力传递给活塞对气体做功。连杆包括连杆体、连杆小头衬套、连杆大头轴瓦和连杆螺栓。 4、十字头：十字头是连接活塞与连杆的零件，它具有导向作用。十字头与活塞杆的连接型式分为螺纹连接、联接器连接、法兰连接等。大中型压缩机多用联接器和法兰连接结构，使用可靠，调整方便，使活塞杆与十字头容易对中，但结构复杂。 5、气缸：气缸主要由缸座、缸体、缸盖三部分组成，低压级多为铸铁气缸，设有冷却水夹层；高压级气缸采用钢件锻制，由缸体两侧中空盖板及缸体上的孔道形成泠却水腔。气缸采用缸套结构，安装在缸体上的缸套座孔中，便于当缸套磨损时维修或更换。气缸设有支承，用于支撑气缸重量和调整气缸水平。 6、活塞：活塞部件是由活塞体、活塞杆、活塞螺母、活塞环、支承环等零件组成，每级活塞体上装有不同数量的活塞环和支承环，用于密封压缩介质和支承活塞重量。活塞环采用铸铁环或填充聚四氟乙烯塑料环；当压力较高时也可以采用铜合金活塞环；支承环采用四氟或直接在活塞体上浇铸轴承合金。
热力学公式
电熔镁砂热回收热量引用计算公式说明 本课题主要研究熔坨高温回收利用，众所周知，物体能量传递主要以热传导、对流换热、辐射三种方式进行传递。本课题主要涉及到熔坨自身热传导，气体对物体表面对流换热传导过程。物体能量主要是以物体温度作为表征，其中还有化学能、汽化热能等其它不以温度为表征的能量。在本课题能量传递过程中共涉及到熔坨非稳态导热过程，空气与熔坨间的对流放热过程，热空气与矿石原料对流换热过程和矿石原料加热过程， 一、在热工过程热平衡计算中应用了热力学第一定律（即能量 守恒定律），其表达式根据能量守恒定律得知，熔坨的放 出热量等于空气的得热；热空气放热等于矿石原料的热量 （其中含有矿石原料的分解热），并考虑到系统的热损失。 二、在热量传递过程采用熔坨非稳态热传导（熔坨自身传热） 放热和矿石原料非稳态传到加热计算；空气与熔坨和热空 气加热矿石原料的对流换热计算公式（即牛顿冷却或加热 公式）。 三、任何物质在高于绝对零度的温度下，必然具有热能，其能 量值与物质的比热容、物质质量、物质所具有的温度有关。 据此计算熔坨的总能量，整个放热期间终了时刻的能量。 整个吸热过程终了时刻物质所具有的热能（含化学分解热 能）。根据能量传递过程中的热量计算工序所要求的矿石 原料加热量 四、根据应用能量守恒定律、非稳态传导和对流换热过程的计 算得知。该项目可回收熔坨加工过程中的热能。 本课题采用热力学公式如下： 一、热力学第一定律（能量守恒定律） 基本表达式 Q=⊿U+AW （Kcal） Q-----------热量（Kcal）吸热取正值，反之取负值 ⊿U--------系统的内能变化（Kcal） A-----------功热当量1/427(Kcal /kgf*m) W------------物体的膨胀功 kgf*m 二、物体具有的能量 根据任何高于绝对零度物体下所具有的能量得到如下公式： 1、公式Q=Cp*M*T 或 Q=Cp*ρ*V*T (KJ) 该计算公式表征任何高于绝对零度物体下所具有的能量。
2013压缩机课程设计指导书(热力学与动力学)
1绪论 活塞式压缩机设计是装控专业课程设计的主要方向之一。设计题目主要以排气量小于3m3/min的微型或小型角度式空气压缩机为主。 用于提供压缩空气的角度式空气压缩机包括V型、W型、S型等结构型式，主要分为单级和两级压缩两大类，润滑方式分有油润滑和无油润滑，冷却方式主要为风冷，气阀型式主要为舌簧阀。目前市场上通用的排气压力系列有0.4MPa、0.7 MPa、1.0 MPa、1.25 MPa、2.5MPa五档。 设计计算内容主要包括分为热力学设计、动力学设计和结构设计三部分。 热力学设计主要是确定压缩机的结构方案，确定热力学参数和主要结构参数和气缸直径等。热力学设计中参数选择是否合理，是否符合工程实际极为关键，选择必须要有据可依。设计过程中部分参数可能需要反复修正计算才能获得比较满意的结果。 动力学计算的主要任务是确定飞轮矩和平衡惯性力。课程设计中主要完成飞轮矩确定。惯性力平衡只要求明了目的、方法和可能的结果，不做计算。 结构设计内容为主要为活塞、气缸、连杆、曲轴等主要零部件的简要结构设计和设计图绘制。 设计时间为三周。 2热力学计算示例 热力学计算目的：压缩机的热力计算，是根据气体压力、容积和温度之间存在的热力学关系，结合压缩机的具体特性和使用要求而进行的，其目的是确定压缩机的结构型式、合理的热力参数（各级的吸排气温度、压力、功耗等）和合理的结构参数（活塞行程、曲轴转速和气缸直径等），为动力学计算和零部件结构设计提供依据。 2.1 设计参数 设计题目： 设计参数： 压缩介质：空气排气量：3m3/min 吸气压力：0.1MPa 吸气温度：20℃ 排气压力：0.4MPa、0.7MPa、1.0MPa、1.25MPa和2.5MPa 排气温度：一级压缩时排气温度≤200℃； 两级压缩时各级排气温度≤180℃。 气阀型式：舌簧阀
热力学公式总结(新)
第一章 气体的pVT 关系 主要公式及使用条件 1. 理想气体状态方程式 nRT RT M m pV ==)/( 或 RT n V p pV ==)/(m 式中p ，V ，T 及n 单位分别为Pa ，m 3，K 及mol 。 m /V V n =称为气体的摩尔体积，其单位为m 3 · mol -1。 R =8.314510 J · mol -1 · K -1，称为摩尔气体常数。 此式适用于理想气体，近似地适用于低压的真实气体。 2. 气体混合物 （1） 组成 摩尔分数 y B (或x B ) = ∑A A B /n n 体积分数 /y B m,B B * =V ?∑*A V y A m ,A 式中∑A A n 为混合气体总的物质的量。A m,* V 表示在一定T ，p 下纯气体A 的摩 尔体积。∑*A A m ,A V y 为在一定T ，p 下混合之前各纯组分体积的总和。 （2） 摩尔质量 ∑∑∑===B B B B B B B mix //n M n m M y M 式中 ∑=B B m m 为混合气体的总质量，∑=B B n n 为混合气体总的物质的量。上 述各式适用于任意的气体混合物。 （3） V V p p n n y ///B B B B * === 式中p B 为气体B ，在混合的T ，V 条件下，单独存在时所产生的压力，称为B 的分压力。* B V 为B 气体在混合气体的T ，p 下，单独存在时所占的体积。 3. 道尔顿定律 p B = y B p ，∑=B B p p 上式适用于任意气体。对于理想气体
V RT n p /B B = 4. 阿马加分体积定律 */B B V n RT p = 此式只适用于理想气体。 第二章 热力学第一定律 主要公式及使用条件 1. 热力学第一定律的数学表示式 W Q U +=? 或 'amb δδδd δdU Q W Q p V W =+=-+ 规定系统吸热为正，放热为负。系统得功为正，对环境作功为负。式中 p amb 为环境的压力，W ’为非体积功。上式适用于封闭体系的一切过程。 2. 焓的定义式 3. 焓变 （1） )(pV U H ?+?=? 式中)(pV ?为pV 乘积的增量，只有在恒压下)()(12V V p pV -=?在数值上等于体积功。 （2） 2 ,m 1d p H nC T ?=? 此式适用于理想气体单纯pVT 变化的一切过程，或真实气体的恒压变温过程，或纯的液体、固体物质压力变化不大的变温过程。 4. 热力学能(又称内能)变 此式适用于理想气体单纯pVT 变化的一切过程。 5. 恒容热和恒压热 V Q U =? (d 0,'0)V W == p Q H =? (d 0,'0)p W == 6. 热容的定义式 （1）定压热容和定容热容 pV U H +=2 ,m 1 d V U nC T ?=?
换热器热力学平均温差计算方法
换热器热力学平均温差计算方法 1·引言 换热器是工业领域中应用十分广泛的热量交换设备，在换热器的热工计算中，常常利用传热方程和传热系数方程联立求解传热量、传热面积、分离换热系数和污垢热阻等参数[1，2]。温差计算经常采用对数平均温差法(LMTD)和效能-传热单元数法(ε-NTU)，二者原理相同。不过，使用LMTD方法需要满足一定的前提条件；如果不满足这些条件，可能会导致计算误差。凤珍对低温工况下结霜翅片管换热器热质传递进行分析，从能量角度出发，由换热器的对数平均温差引出对数平均焓差，改进了传统的基于对数平均温差的结霜翅片管换热器传热、传质模型[3]。Shao和Granryd通过实验和理论分析认为，由于R32/R134a混合物温度和焓值为非线性关系，采用LMTD法会造成计算误差；当混合物的组分不同时，所计算的换热系数可能偏大，也可能偏小[4]，他们认为，采用壁温法可使计算结果更精确。王丰利用回热度对燃气轮机流体的对数平均温差和换热面积进行计算[5]。Ziegler定义了温度梯度、驱动平均温差、热力学平均温差，认为判定换热效率用热力学平均温差，用对数平均温差判定传热成本的投入，而算术平均温差最易计算；当温度梯度足够大时，对数平均温差、算术平均温差和热力学平均温差几乎相等[6]。中宁、桂初等也对传热温差的计算方法进行了分析，通过对各种计算方法之间的误差进行比较，指出了LMTD法的局限性和应用时需要注意的问题[7，8]。Ram在对LMTD法进行分析的基础上，提出了一种LMTDnew的对数平均温差近似算法，减小了计算误差[9]。本文在已有工作的基础上，分别采用LMTD和测壁温两种方法，计算了逆流换热器的传热系数，对两种方法进行比较，并在实验的基础上，进一步分析了二者的不同之处。 2·平均温差的计算方法 在换热设备的热工计算中，经常用到对数平均温差和算术平均温差。 对数平均温差在一定条件下可由积分平均温差表示[10]，即：
工程热力学基本概念及重要公式
第一章基本概念 1.基本概念 热力系统：用界面将所要研究的对象与周围环境分隔开来，这种人为分隔的研究对象，称为热力系统，简称系统。 边界：分隔系统与外界的分界面，称为边界。 外界：边界以外与系统相互作用的物体，称为外界或环境。 闭口系统：没有物质穿过边界的系统称为闭口系统，也称控制质量。 开口系统：有物质流穿过边界的系统称为开口系统，又称控制体积，简称控制体，其界面称为控制界面。 绝热系统：系统与外界之间没有热量传递，称为绝热系统。 孤立系统：系统与外界之间不发生任何能量传递和物质交换，称为孤立系统。 单相系：系统中工质的物理、化学性质都均匀一致的系统称为单相系。 复相系：由两个相以上组成的系统称为复相系，如固、液、气组成的三相系统。 单元系：由一种化学成分组成的系统称为单元系。 多元系：由两种以上不同化学成分组成的系统称为多元系。 均匀系：成分和相在整个系统空间呈均匀分布的为均匀系。 非均匀系：成分和相在整个系统空间呈非均匀分布，称非均匀系。 热力状态：系统中某瞬间表现的工质热力性质的总状况，称为工质的热力状态，简称为状态。 平衡状态：系统在不受外界影响的条件下，如果宏观热力性质不随时间而变化，系统内外同时建立了热的和力的平衡，这时系统的状态称为热力平衡状态，简称为平衡状态。 状态参数：描述工质状态特性的各种物理量称为工质的状态参数。如温度（T）、压力（P）、比容（υ）或密度（ρ）、内能（u）、焓（h）、熵（s）、自由能（f）、自由焓（g）等。
基本状态参数：在工质的状态参数中，其中温度、压力、比容或密度可以直接或间接地用仪表测量出来，称为基本状态参数。 温度：是描述系统热力平衡状况时冷热程度的物理量，其物理实质是物质内部大量微观分子热运动的强弱程度的宏观反映。 热力学第零定律：如两个物体分别和第三个物体处于热平衡，则它们彼此之间也必然处于热平衡。 压力：垂直作用于器壁单位面积上的力，称为压力，也称压强。 相对压力：相对于大气环境所测得的压力。如工程上常用测压仪表测定系统中工质的压力即为相对压力。 比容：单位质量工质所具有的容积，称为工质的比容。 密度：单位容积的工质所具有的质量，称为工质的密度。 强度性参数：系统中单元体的参数值与整个系统的参数值相同，与质量多少无关，没有可加性，如温度、压力等。在热力过程中，强度性参数起着推动力作用，称为广义力或势。 广延性参数：整个系统的某广延性参数值等于系统中各单元体该广延性参数值之和，如系统的容积、内能、焓、熵等。在热力过程中，广延性参数的变化起着类似力学中位移的作用，称为广义位移。 准静态过程：过程进行得非常缓慢，使过程中系统内部被破坏了的平衡有足够的时间恢复到新的平衡态，从而使过程的每一瞬间系统内部的状态都非常接近平衡状态，整个过程可看作是由一系列非常接近平衡态的状态所组成，并称之为准静态过程。 可逆过程：当系统进行正、反两个过程后，系统与外界均能完全回复到初始状态，这样的过程称为可逆过程。 膨胀功：由于系统容积发生变化（增大或缩小）而通过界面向外界传递的机械功称为膨胀功，也称容积功。 热量：通过热力系边界所传递的除功之外的能量。 热力循环：工质从某一初态开始，经历一系列状态变化，最后又回复到初始状态的全部过程称为热力循环，简称循环。
关于压缩机热力学计算
2热力学计算 2.1初步确定各级排气压力和排气温度 2.1.1 初步确定各级压力 本课题所设计的压缩机为单级压缩 贝吸气压力：P s=0.1Mpa 排气压力：P d=0.8Mpa 多级压缩过程中，常取各级压力比相等，这样各级消耗的功相等，而压缩机的总耗功也最小。各级压力比按下式确定。 z T (2-1 ) i 式中：i —任意级的压力比； t —总压力比； z —级数。 总压力比：t = 0.8/0.仁8 各级压力比：i8 2.83 压缩机可能要在超过规定的排气压力值下工作，或者所用的调解方式(如余 隙容积调节和部分行程调节)要引起末级压力比上升而造成末级气缸温度过高，末级压力比值取得较低，可按下式选取： i (0.9 ?0.75) —七(2-2 ) 则各级压力比：2=2.12?2.55=2.5 1=3.2 各级名义进、排气压力及压力比已经调整后列表如下 表2-1 各级名义进、排气压力及压力比
2.1.2 初步确定各级排气温度 各级排气温度按下式计算： n 1 T d T s 了 (2-3) 式中：T d —级的排气温度，K ; T s —级的吸气温度，K ； n —压缩过程指数。 在实际压缩机中，压缩过程指数可按以下经验数据选取。 对于大、中型压缩机：n k 对于微、小型空气压缩机：n (0.9~0.98)k 空气绝热指数 k =1.4，则 n (0.9 ~ 0.98)k (1.26 ~ 1.372)，取 n =1.30 各级名义排气温度计算结果列表如下。 一级的吸气温度 T s1=21°C+273=294( K ) 1.3 1 023 一级的排气温度T d1 = T s1 厂 294 3 2 382(K) 二级的吸气温度 T S 2=40°C+273=313( K ) 1.3 1 二级的排气温度：T S 2 厂 313 2 5. 471(K)=386(K) 2.2 确定各级的进、排气系数 2.2.1 计算容积系数v 占据，而对气缸容积利用率产生的影响 (2-4) 式中： V —容积系数; —相对余隙容积; — 压力比。 各级膨胀过程指数m 按下表计算 容积系数是由于气缸存在余隙容积, 使气缸工作容积的部分容积被膨胀气体 1)