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热工基础与应用--综合实验报告 k-1????p?k?k? W?RT?1-?2?tsk-11??p??1??????pW?RTln1 tT1p2wts?w?w,T?T?T?T
tntT12T2n2Sv2T?v2n?vq?q?q?0
2s，Tns定温压缩过程最理想（省功、安全、体积小）。应采用良好的冷却措施，使过程尽量接近于定温
过程。
在T—s图上，不同过程线以下的面积代表压缩过程中单位质量工质的放热量： 设压气机的质量流量为qm kg／min，其耗功率为：
1P?q?w
60mt3)多级压缩及级间冷却（压比较高时采用）
多级压缩是把气体的压缩过程分为多个阶段，分别在多个气缸中依次压缩，每两个气缸之间有级间冷却器对气体进行冷却（两级或两级以上称为多级）。
采用多级压缩及级间冷却的优点：
压气机耗功减少（在总压比一定的条件下，级数越多，级间冷却越充分，功耗越少；理论上，级数→∞，过程→等温过程）；
排气温度低（热负荷小，有利于润滑）； 容积效率高（每级压比较小）。 缺点：
结构复杂，造价高，运行可靠性降低（分级不宜太多） 最佳级间压力和压力比确定原则：功耗最小原则 以两级压缩为例，可推得
最佳级间压力为：p?2p?p 13p1
最佳压力比为：??p3Ｚ级压缩、级间冷却相同时，每级压力比相同。即： 最佳压力比为：
Z??
pz?1p1
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热工基础与应用--综合实验报告 选择最佳压力比的其它好处： 各级压缩功耗相同(动力具有通用性和互换性)； 各级气缸排温相同；
各级间冷却热负荷相同。 4)绝热过程
可逆绝热过程是定熵过程，但在热力学第二定律中，定熵过程未必就是可逆绝热过程。 ?q?0?rev??q?ds?0s?定值 ds?rev?T?过程方程可由下式导出
ds?cdvdp?c?0 pvVp?dvdp??0 vp?lnv?lnp?const
lnpv??const pv??const
可逆绝热过程方程为指数方程。 5)指示功和指示功率
指示功：活塞压气机进行一个工作过程，活塞对气体所作的功，记为Li。显然功量就是P—V图上工作过程线所包围的面积。其纵坐标是以线段长度表示的压力值，而横坐标则表示活塞的位移量，经测面仪测量和计算才能得到功的数值，即：
-5
Li=S×K1×K2×10 (kgf-m) （5-2） 式中：
2
S ——由测面仪测定的面积值 （mm）;
3
K1——单位长度代表的容积 (mm/mm) ；
k1??LD24gb
式中： L——活塞行程（mm）；
gb——活塞行程的线段长度（mm）；
K2——单位长度代表的压力 (at/mm);
k
2?pd?1fe
式中： p ——工作时的表压力(at);
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热工基础与应用--综合实验报告 fe——表压力在纵坐标图上对应的高度(mm);
指示功率：单位时间内活塞对气体所作的功，记为Ni。用下式表示：
Ni=Li×n/102×60 (KW)
式中：n —— 转速(转/分)
6)平均多变压缩指数
压气机的实际压缩过程介于定温压缩与定熵压缩之间，过程指数在压缩过程中不断变化，根据压气机的理论轴功和气体压缩功的关系，可以求得平均的多变指数，记为n0。
2vdp??1 n0?
2pdv?1在Ｐ—Ｖ示功图上：即为压缩过程线与纵坐标围成的面积同压缩过程线与横坐标围成的面积之比。即：
n0?由cdefc围成的面积
由cdabc围成的面积7) 容积效率（?c）
根据热力学定义： ?c?有效吸气容积
工作容积在Ｐ—Ｖ示功图上：即为有效吸气线段长度与活塞行程线段长度之比。即：
?c?
hb gb
4、实验步骤
1. 检查各实验仪器连线是否接好，所有压气机相关气路接口是否紧固，接通所有测试仪器设备的电源。
2. 打开计算机把采集、处理数据的软件调入计算机。
3. 启动压气机，调整排气量至合适，待压气机工作稳定后，计算机开始采集数据，经过计算机
处理运算，得到了展开的和封闭的始功图。 4. 用测面仪测量封闭示功图的面积。
5. 分别测量压缩过程线与横坐标及纵坐标包围的面积。
6. 用尺子量出有效吸气线段hb的长度和活塞行程线段gb的长度。 7.调节调节阀7，改变排气压力P，并重复以上2~3实验步骤
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热工基础与应用--综合实验报告 5.实验数据
压缩机性能实验记录
大气压力--bar 室温--℃ 2 输入 电功率 3 电动机效率 4 湿度--％ 5 示 功 图 面 积 排气管内径--cm 6 压 气 机 转 速 7 活 塞 排 量 项 目 1 储气罐压力 压气机生产量 吸气状态生产量 符号 单位 ηg bar kW ％ P2 Ng V3 m3/min f n Vh cm2 r/min m3/min
三、实验讨论
1. 为什么压缩过程的多变指数与膨胀过程的多变指数不相等？对于同一个过程（压缩或膨胀过程）的不同区段，为什么多变指数也不一样？
答：热力工程中常遇到理想气体定容变化、定压变化、定温变化、绝热变化（定熵）四个变化过程。 在上述四种典型热力过程的特征是，某一个状态参数保持不变（例如v=定值、p=定值等），或在过程中热力系与外界没有热量交换（绝热过程）。实际的过程往往是所有的参数都在变化，并且也不完全绝热。例如，活塞式压气机中气体被压缩，同时被冷却，因而压缩过程中气体的压力、比体积及温度都在变化，并且气体与外界有功量和热量的交换。
但在一般的实际过程中，气体的状态变化往往遵循一定的规律。此时，可通过实验，测定过程中一些状态点的p、v值而近似整理成：“PVn?常数”的形式。这样的过程称为多变过程，式中指数n 叫作多变指数。
在某一多变过程中，n为一定值，但不同多变过程的n值各不相同。对复杂的实际过程，可把实际过程分作几段不同多变指数的多变过程来描述，但每一段中的n值保持不变。由此可见，多变过程是一些有规律的过程的总称。这些过程的特征是：在整个过程中，pv=定值，n为常数。多变过程中的多变指数n具有不同数值时，过程就表现出不同的特性。那么定压、定温、绝热和定容四种典型热
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热工基础与应用--综合实验报告 力过程，可视为多变过程的特例之一即： n=0：P=常数，定压过程；n=1：PV=常数，定温过程； n=k：PVx=常数，绝热过程；n=??：V=常数，定容过程；
2.当压气机工作时，其压缩指数变化范围是多少？在什么情况下，压气机耗功最省？
答：当压气机工作时，其压缩指数在0.95~1.02之间变化或者在压缩范围内保持一定的恒定。采用定温压缩条件下，压气机耗功最省，因为从示功图上看，压缩过程可看做稳定流动过程，不是闭口系统，在p-v图上看吸气、压缩和排气过程和P轴围成的面积大小， 3.分析压气机工作压力的改变将对容积效率有何影响。
答：压气机进气压力降低（或升高），则活塞缸内被吸入的气体密度减小（或增大），而活塞缸容积没有变化，所以吸入气体的质量要减小（或增大），从而使压气机最后排出的气体质量也相应减小（或增大），从而影响容积效率。
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