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1、1 / 4过程流体机械思考题参考解答2 容积式压缩机思考题 2.1 往复压缩机的理论循环与实际循环的差异是什么？过程 理论循环（假设条件） 实际循环（工作过程） 理论参数工作腔内 无(剩) 余(间) 隙有余隙（阀窝、盖端、环端 3 部分）V0、V工作过程 进气、压缩、排气 三个过程 进气、压缩、排气、膨胀 四个过程进排气过程无压力损失，压力稳定 有压力损失，压力脉动 p进气过程 与外界无热交换 与外界（气缸壁）有热交 换 T工作过程 无气体泄漏损失 有气体泄漏损失 l工作过程 压缩过程指数恒定 压缩和膨胀过程指数变化 m、n工作介质理想气体（状态方程（2-6）式）实际气体（状态方程（2-7 ）
2、式） Z思考题 2.2 写出容积系数 V 的表达式，并解释各字母的意义。容积系数 V（最重要系数）V 1（ 1）1 （2-12）n10nsdSp式中： 相对余隙容积， V 0（余隙容积）/ Vs（行程容积） ； 0.070.12（低压） ，0.090.14（中压） ，0.110.16（高压） ，0.2(超高压)。 名义压力比（进排气管口可测点参数） ， pd / ps p 2 / p1 ，一般单级 34；n 膨胀过程指数，一般 n m（压缩过程指数） 。思考题 2.3 比较飞溅润滑与压力润滑的优缺点。飞溅润滑（曲轴或油环甩油飞溅至缸壁和润滑表面） ，结构简单，耗油量不稳定，供油量难控制，用于小
3、型单作用压缩机；压力润滑（注油器注油润滑气缸，油泵强制输送润滑运动部件） ，结构复杂（增加油泵、动力、冷却、过滤、控制和显示报警等整套供油系统油站） ，可控制气缸注油量和注油点以及运动部件压力润滑油压力和润滑油量，适用大中型固定式动力或工艺压缩机，注意润滑油压和润滑油量的设定和设计计算。思考题 2.4 多级压缩的好处是什么？多级压缩优点： .节省功耗（有冷却压缩机的多级压缩过程接近等温过程） ；.降低排气温度（单级压力比小） ； .增加容积流量（排气量，吸气量） （单级压力比 降低，一级容积系数 V 提高） ；.降低活塞力（单级活塞面积减少，活塞表面压力降低） 。缺点：需要冷却设备（否则无法省
4、功） 、结构复杂（增加气缸和传动部件以及级间连接管道等） 。思考题 2.5 分析活塞环的密封原理。活塞环原理：阻塞和节流作用，密封面为活塞环外环面和侧端面（内环面受压预紧） ；关键技术：材料（耐磨、强度） 、环数量（密封要求） 、形状（尺寸、切口） 、加工质量等。思考题 2.6 动力空气用压缩机常采用切断进气的调节方法，以两级压缩机为例，分析一级切断进气，对机器排气温度，压力比等的影响。两级压缩机分析：1 级切断进气节流（实际 1）停止进气排气2 级节流（实际 2）（短暂）排气温度 T2（逐渐）停止进气排气（级间存气） ；活塞力（） ，阻力矩变化。思考题 2.7 分析压缩机在高海拔地区运行气量
5、的变化规律并解释其原因。高海拔地区当地大气压力即吸气压力 ps，若排气压力 pd 不变，则名义压力比 ，根据（2-12）式和（2-11）式，容积系数 V，实际吸气量 Vs0，容积流量 qV。思考题 2.8 一台压缩机的设计转速为 200 r/min，如果将转速提高到 400 r/min，试分析气阀工作情况。定性分析，定量分析难。如压缩机结构参数（行程 s、缸径D1、阀片尺寸等）不变，则容积流量 qV（理论增加一倍） ，使气阀流速和阻力损失（激增） ，进排气频率，阀片启闭速度，阀片撞击阀座程度（加剧） ，阀片寿命（缩短） ，故障概率（增加）。解决问题需改变结构（缩短行程、减小缸径，增加气阀通道面
6、积等） 。思考题 2.9 画出螺杆压缩机过压缩和压缩不足的指示图，并分析其对压缩机性能的影响。压力比：内压力比（工作腔压缩终压/进气压力） 、外压力比（排气管压/进气压力） ；（图 2-42）内外压力比不相等时指示图。过压缩：内压力比外压力比；欠压缩（压缩不足）：内压力比外压力比；过压缩和欠压缩均增加功耗，等压力比减少功耗。3 离心压缩机思考题 3.1 何谓离心压缩机的级？它由哪些部分组成？各部件有何作用？级典型结构（图 3-2）：叶轮、扩压器、弯道、回流器，首级（增加吸气管） 、中间级、末级（无弯道、回流器，增加蜗壳） ；叶轮：唯一做功元件。闭式、半开式、双吸式（双面进气） ；后弯（后向）型
7、、径向型、前弯（前向）型；扩压器：能量转换元件（动能压能，气流减速增压） ，无叶（片）型、叶片（有叶）型。思考题 3.2 离心压缩机与活塞压缩机相比，它有何特点？离心压缩机特点（与往复式压缩机对比）压缩机流量输出压力转速结构体积重量易损件运转单级压比级数热效率价格制造要求适用 主要问题离心式 大稳定 高紧凑较小 少可靠 低 多较低 高 高大流量中低压不适用小流量往复式中小脉动 低复杂 大 多故障多高 少 高 低 较低中高压中小流量故障维修压力脉动优缺点 离心式优、往复式差离心式差、往复式优 选用条件思考题 3.3 何谓连续方 程？试写出叶轮出口的连续方程表达式，并说明式中 b2/D2 和 2r
8、 的数值应在何范围之内？连续方程：质量守恒（流经任意截面流量）qm i qVi in qVin 2 qV2 2 c2r f2 const （3-1）式中：q m 为质量流量，kg/s；q V 为容积流量， m3/s； 为气流密度；f 为截面面积；c 为法向流速；qm 2 qV2 2 2 2r u2 2 2r （3-2）260un2 / 4式中：D 2 为叶轮外径；b 2 为叶轮出口轴向宽度；b 2 / D2 为叶轮出口相对宽度（0.0250.065） ； 2r 为流量系数（径向叶轮0.240.40，后弯叶轮 0.180.32， 2A 30 强后弯叶轮0.100.20） ； 2 为叶轮出口通流系
9、数。思考题 3.4 何谓欧拉方程？试写出它的理论表达式与实用表达式，并说明该方程的物理意义。欧拉方程：（叶轮机械基本方程）理论和实用表达式Lth Hthc 2u u2c 1u u1 （3-421c2w、5）式中：L th 为叶轮输出欧拉功；H th 为理论能量头（接受能量 /单位重流体） ，kJ/kg；物理意义：3 部分能量， （离心力做功转静压能）+（动能增量）+（w 减速转静压能） 。思考题 3.5 何谓能量方程？试写出级的能量方程表达式，并说明能量方程的物理意义。能量方程：（热焓方程）H thcp（T 2T 1） h 2h 1 （T 2T 1）c2ckR（3-12）式中：c p 为定压比
10、热，h 为焓值，k 为绝热指数，R 为气体常数；物理意义：焓值+（动能增量） 。思考题 3.6 何谓伯努利方程？试写出叶轮的伯努利方程表达式，并说明该式的物理意义。伯努利方程：（压能损失方程）叶轮功（叶片功） （含流动损失） Hth H hyd 0-0 0pd20c（3-14）总功（全部损失）Htot H loss 0-0 H hydH l0pd20c 00Hdf （3-15）物理意义：（三部分）压能、动能、损失，忽略热交换和位能。思考题 3.7 试说明级内有哪些流动损失？流量大于或小于设计流量时冲角有何变化？由此会产生什么损失？若冲角的绝对值相等，谁的损失更大？为什么？级内流动损失（1）摩阻
11、损失 Hf （ 平均气速） ；（2）分离损失：边界2Vqmc层（c0）分离（回流） ，控制通道扩张角（锥度、扩压度，图 3-8） ；（3）冲击损失（叶轮、扩压器）：（叶轮为例，扩压器类似分析） ；叶轮进气角 1叶片进口角 1A，冲击分离损失（相当于扩张角） ；流量/设计流量(进气冲角)i 1A 1 冲击面分离区(漩涡区) 损失(相同冲角) 原因（小 qV） 正冲角 i0工作面（前面） 非工作面（背面） 较大分离区易扩散（设计qV）零冲角i0 无 无 无 损失（大 qV） 负冲角 i0 非工作 面 工作面（前面） 较小 分离区（背面） 较稳定（4）二次流损失：垂直环流；（5）尾迹损失：叶尖绕流；
12、思考题 3.8 多级压缩机为何要采用分段与中间冷却？分段与中间冷却：分段（冷却、抽气） 、中间冷却（耗功等温过程） 、工艺（排温，防腐蚀、分解、化合） 。思考题 3.9 试分析说明级数与圆周速度和气体分子量的关系。级数与叶轮圆周速度 u2 和气体分子量 的关系u2，单级 Lth级数，但叶轮材料强度、气流马赫数 Mw1 和Mc2、叶轮相对宽度 b2 / D2（范围 0.0250.065）限制u2（320300 m/s） 。表 3-1介质气体分子量J/(kgK)气体常数R(同压比下所需)多变压缩功Hpol kJ/kg级数圆周速度u2m/s机器（特征）M2 inkT8315材料强度重 F-11 13
13、6.3 16.97 1 186 限制 u2 影响 小轻 H2 2 1319.45 32 280 影响小 限制 u2思考题 3.10 示意画出级的总能量头与有效能量头和能量损失的分配关系。（图 3-14）H totH thH lH dfH pol( )20c/2H hyd HlH df说明：H totH thH polH hydH dfH l ( )/2思考题 3.11 何谓级的多变效率？比较效率的高低应注意哪几点？比较效率注意： (教材)通流进出口（单级 0-0、整机多级in-out） ； (教材)热力过程（多变、等熵、绝热） ；(教材)设计工况点（最佳效率） ；常用（多变效率） pol ；
14、（多级）整机效率 （各级平均内效率） ，含分段中间冷却等作用；判别：同效率 对比（优） ，知某 算总功 Htot 或 Ni 对比（H tot或 Ni优） 。思考题 3.12 若已知级的多变压缩功和总耗功，尚须具备什么条件可求出级的能量损失和级内的流动损失？由(3-32)(3-15)式（级能量损失）H hydH lH dfH tot()/2H pol（1H pol/Htot）H tot（1 pol）H tot20c由(3-14)式（级内流动损失）H hydH th( )20c/2H pol（1H pol/Hth）H th（1 hyd）H th1(1 l df)polHtot/(1 l df)式中
15、：流动效率 hydH pol/Hth（1 l df）pol， c0c 0、H l 为漏气耗功、H df 为轮阻耗功。另有：多变能头系数 pol hyd 2u（1 l df） 2u pol （3-36）求级能量损失和级内流动损失须知 pol、 （ l df） 、以及（准确）( )/2；多变效率 pol 反映级能量损失大小，流动效率20hyd 反映级内流动损失大小。3 / 4思考题 3.13 何谓离心压缩机的内功率、轴功率？试写出其表达式，如何据此选取原动机的输出功率？多级功率（3-37 式）总内功率 Ni机械损失 Nm机械效率m（96 98）（3-39 式）轴功率 Nz功率增量30（3-40 式）原动机功率 Ne。思考题 3.14 如何计算确定实际气体的压缩性系数 Z？实际气体压缩性系数 Z计算：范德瓦尔对比态方程（对应态原理） ， （3-41）式，压缩性系
