Адиабатное сжатие и изотермическое сжатие давление

Адиабатный, политропный и изотермический процессы сжатия

Необходимо стремиться, чтобы при заданных значениях Р₁ и Р₂ работа сжатия была минимальной. Рассмотрим теоретические процессы изотермического адиабатного и политропного сжатия

Рисунок 2 – Графическое изображение процессов одноступенчатого сжатия в pv— и Ts— координатах

1) Процесс изотермического сжатия: 1-2_из

;

2) Процесс адиабатного сжатия: 1-2_ад

, .

3) Процесс политропного сжатия: 1-2_п

В реальном процессе сжатия меняются все параметры, существует потеря работы на трение.

, где n — показатель политропы

Исходя из экономии затрат на сжатие, необходимо стремиться к изотермическому сжатию, этого можно достичь, используя промежуточное охлаждение. Для поршневых и роторных компрессоров используют интенсивное водяное охлаждение, для центробежных и осевых — интенсивное воздушное.

4 Многоступенчатое сжатие

Многоступенчатый компрессор применяется для получения газа высокого давления. Современные компрессора создают степень повышения давления в одной ступени , где i — число ступеней сжатия.

Рассмотрим 3-хступенчатое сжатие, где в каждой ступени — сжатие политропное, потери давления не учитываются и применяется промежуточное охлаждения газа до первоначальной температуры.

Рисунок 3 – Многоступенчатый компрессор

Рисунок 4 – Многоступенчатое сжатие в pv-координатах

Линии: 1-3 — политропное сжатие в 1-ом компрессоре от давления Р₁ до Р₂; 3-4 — изобарный отвод теплоты от газа до t₁ в ТОА1; 4-5 — политропное сжатие газа от Р₂ до Р₃ во 2 компрессоре; 5-6 — изобарный отвод теплоты от газа до t₁ в ТОА2; 6-7 — политропное сжатие газа в 3 компрессоре до конечного давления.

Работа, пошедшая на процесс сжатия (линия 1-7) определяться как сумма работ сжатия в отдельных ступенях сжатия:

Дата добавления: 2018-03-01 ; просмотров: 1756 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

Источник

Адиабатный, политропный и изотермический процессы сжатия

Рисунок 2 – Графическое изображение процессов одноступенчатого сжатия в pv— и Ts— координатах

1) Процесс изотермического сжатия: 1-2_из

;

2) Процесс адиабатного сжатия: 1-2_ад

, .

3) Процесс политропного сжатия: 1-2_п

В реальном процессе сжатия меняются все параметры, существует потеря работы на трение.

, где n — показатель политропы

4 Многоступенчатое сжатие

Рисунок 3 – Многоступенчатый компрессор

Рисунок 4 – Многоступенчатое сжатие в pv-координатах

Источник

Теоретические процессы сжатия газов. Изотермический, адиабатический, политропический процесс

Политропические процессы сжатия.Из теоретических процессов сжатия наибольший интерес представляют политропические процессы, характеризующиеся таким подводом (отводом) тепла в процессе сжатия, при котором между давлением и плотностью существует степенная зависимость:

(10.4)

где с и т— постоянные, причем тназывают показателем политропы.

Кроме того, считаем, что потери отсутствуют.

Определим работу, затрачиваемую при политропическом процессе сжатия. Используя известное общее выражение для напора:

И подставляя в него значение ρ из уравнения 10.4, после интегрирования получим:

(10.5)

Частными случаями политропических процессов являются изоэнтропический и изотермический процессы:

Рис. 10.5.Изоэнтропический и изотермический процессы сжатия в Т-S диаграмме.

Изоэнтропический процесс сжатия является идеальным (предельным) процессом сжатия в компрессорах без охлаждения; чем меньше гидравлические потери в компрессоре, тем ближе реальный процесс к изоэнтропическому. В Т — S-диаграмме изонтропический процесс сжатия изображается отрезком 1—2 вертикальной прямой (рис. 10,5 а), а работа сжатия эквивалентна площади 1—2—3—4—5—1

Напор в изоэнтропическом процессе определяется также как и в политропическом процессе, только заменяется показатель политропы m на показатель изоэнтропы k.

Изотермический процесс сжатиятакже является частным случаем политропического процесса — при т=1, или при постоянной температуре газа.

(10.6 )

Изотермический процесс сжатия является идеальным (предельным) для процессов сжатия с отводом тепла. В Т — S-диаграмме он изображается отрезком 1—2 горизонтальной прямой (рис. 9.3, б), а работа сжатия эквивалентна площади 1—2—3— 4—1. Как следует из рис. 10.5, изотермический процесс сжатия обладает весьма интересной особенностью: вся работа, затраченная на сжатие, переходит в тепло, отводимое в процессе сжатия.

Из других особенностей изотермического сжатия нужно выделить следующие две: во-первых, энтальпия газа в конце процесса меньше, чем в любом другом процессе сжатия (если m>1). Во-вторых, напор также меньше, чем в других процессах сжатия. Далее будет показано, что эти особенности определяют целесообразность охлаждения газа при сжатии в тех или иных случаях.

Адиабатический процесс сжатия(без теплообмена с окружающей средой, но с потерями в процессе сжатия) представляет особый практический интерес, поскольку действительные процессы сжатия в компрессорах без охлаждения практически можно рассматривать как адиабатические. В Т — S-диаграмме адиабатический процесс сжатия выглядит аналогично политропическому и изображен на рис. 10.6 б., но линию сжатия 1-2 рассматривают как политропу с переменным показателем m. Поэтому при проведении практических расчетов действительный процесс сжатия рассматривают как политропический, определяя показатель политропы по начальным и конечным параметрам газа:

(10.7)

Т.о работа затрачиваемая в компрессоре при адиабатическом сжатии определяется по формуле:

(10.8)

где m показатель эквивалентной политропы, определяется по (10.7)

Рис. 10.6 Политропические процессы сжатия в T-S диаграмме: а – при отводе тепла, б – при подводе тепла.

4.Коэффициент полезного действия компрессоров

В отличие от насосов и вентиляторов, компрессоры нельзя характеризовать коэффициентом полезного действия в обычном -понимании этого слова, т.е. как отношение полезного напора к затраченному. Это, на первый взгляд, странное обстоятельство объясняется тем, что невозможно выделить полезный напор в случае охлаждения газа в процессе сжатия. Действительно, из общего уравнения сохранения энергии

можно заключить, что часть подводимой работы «теряется» (уносится охлаждающей водой) в виде тепла q. Однако бесполезна ли эта «потеря»? На примере изотермического процесса сжатия мы уже видели, что это не так. При изотермическом сжатии вся подведенная работа переходит в тепло, уносимое охлаждающей водой, т. е. вся работа как бы теряется бесполезно. Однако напор Н_е при изотермическом сжатии меньше, чем при любом другом процессе сжатия (для m>1), если сравнить процессы при одинаковом отношении давлений. Другими словами, поскольку охлаждение приводит к уменьшению затраченного напора, то потерю тепла q нельзя считать бесполезной. Поэтому нельзя выделить и полезный напор.

По указанной причине все так называемые «к. п. д. компрессоров» не являются, строго говоря, к. п. д., а служат лишь для оценки степени приближения реального процесса сжатия к какому-либо теоретическому процессу.

Под коэффициентом полезного действия ступени компрессора напоминают отношение:

(10.9)

где Н_е — работа, затрачиваемая на сжатие 1 кг газа (с учетом дисковых потерь и утечек); Н_х — работа, принятая в качестве полезной.

Обычно под Н_х подразумевают изоэнтропический или политропический напор и в соответствии с этим к. п. д. называют изоэнтропический или политропическим:

Практическое применение нашел изоэнтропический КПД.

КПД компрессора с учетом всех потерь:

(10.10)

где G_x — расход газа через выходной патрубок компрессора; N_е—потребляемая компрессором мощность.

В неохлаждаемых компрессорах под Н_х подразумевают изо-энтропическую работу, а в охлаждаемых — изотермическую.

Источник