Термодинамические основы процесса сжатия

Перемещение и сжатие газов

Машины, предназначенные для сжатия и перемещения газов, называются компрессорными машинами.

Сжатие газов используют для проведения процессов под давлением, для создания вакуума и для перемещения газов. Диапазон давлений, используемых в промышленности - атм (100 МПа).

Классификация компрессорных машин производится:

a) По степени сжатия;

b) По принципу действия.

Степень сжатия – отношение конечного давления к давлению всасывания.

По степени сжатия различают:

1. Вентиляторы - для перемещения больших количеств газа;

2. Газодувки - для перемещения газа при достаточно высоком сопротивлении сети;

3. Компрессоры - для создания высоких давлений;

4. Вакуум-насосы - для перекачивания газов при давлении ниже атмосферного.

По принципу действия различают:

1. Поршневые – сжатие газа происходит в результате уменьшения объема при возвратно-поступательном движении поршня в цилиндре;

2. Центробежные – сжатие газа происходит под действием инерционных сил, возникающих при вращении рабочего колеса;

3. Ротационные – уменьшение объема происходит при вращении эксцентрично расположенного ротора;

4. Осевые – сжатие газа происходит при движении его вдоль оси рабочего колеса и направляющего аппарата;

5. Струйные – сжатие и перемещение газов осуществляется за счет кинетической энергии струи пара или другого газа.

Особенность вакуум-насосов – всасывание происходит при давлении значительно ниже атмосферного, а нагнетание – несколько выше. Обычно используют поршневые и ротационные машины.

Для небольшого разрежения при больших объемах газа применяют вентиляторы и газодувки большой производительности – эксгаустеры.

Термодинамические основы процесса сжатия

Изменение трех основных параметров (P, V и T) при сжатии до 10 атм. характеризуется уравнением состояния идеального газа:

;

V – удельный объем;

R – газовая постоянная.

При больших давлениях справедливо уравнение Ван-дер-Ваальса:

;

a, b – величины, постоянные для данного газа.

Обычно при практических расчетах процесса сжатия используют T-S диаграмму, построенную на основе опытных данных (для 1 кг газа).

АКВ – пограничная кривая;

К – критическая точка;

АК – линия полной конденсации пара (исчезновение паровой фазы); х=0 (влажность);

КВ – линия полного испарения жидкости (исчезновение жидкой фазы) и образование сухого пара; влажность пара х=1 (степень сухости).

Под кривой АКВ одновременно существуют 2 фазы – Жидкость и Пар. На диаграмму нанесены изобары :

· В области перегретого пара направлены круто вверх;

· В области влажного пара – совпадают с изотермами, так как испарение жидкости при данном давлении происходит при .

Изоэнтальпы - для реальных газов не совпадает с изотермой.

Процессы сжатия газов

1. Изотермические – все выделяющееся тепло полностью отводится, температура газа после сжатия остается постоянной;

2. Адиабатический – теплообмен с окружающей средой полностью отсутствует, все выделяемое тепло полностью затрачивается на увеличение внутренней энергии газа, то есть повышение его температуры;

3. Политропический – реальный процесс.

АВ – изотермический процесс ;

AD – адиабатический процесс ; поскольку , то ;

АС – политропический процесс.

Из диаграммы можно определить количество тепла, выделяющегося при сжатии 1 кг газа (численно равное удельной работе сжатия):

· Для изотермического процесса: ;

· Для адиабатического процесса: ;

· Для политропного процесса: ;

Аналитические формулы

· Для изотермического процесса: ;

· Для адиабатического процесса: ;

· Для политропного процесса: ;

где: - показатель адиабаты (для воздуха );

- показатель политропы.