《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、 a、孔工作过程进气、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，压力脉动久 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）式）Z☆思考题2.2写出容积系数的表达式，并解释各字母的意义2-12)容积系数（最重要系数）孔*（广^十.”一 1VS式中：a ——相对余隙容积，a =V0 （余隙容积）/ Vs （行程容积）；a =0.07〜0.12 （低压），0.09〜0.14 （中压），0.11〜0.16 （高压），＞0.2（超高压）6 ——名义压力比 （进排气管口可测点参数），£ =pd/Ps =p2/p1，一般单级6 =3〜4； n 膨胀过程指数，一般n Wm （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：①.节省功耗（有冷却压缩机的多级压缩过程接近等温过程）；②.降低排气 温度（单级压力比小）；③.增加容积流量（排气量，吸气量）（单级压力比，降低，一 级容积系数提高）；④.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（否则无法省功X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X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级切断进气一节流（实际气f）一停止进气排气-2级节流（实 际京）—（短暂）排气温度T2f—（逐渐）停止进气排气（级间存气）；活塞力f（圳）， 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，则名义压力比卯， 根据（2-12）式和（2-11）式，容积系数久j，实际吸气量K0l，容积流量qVl☆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D「阀片尺寸等）不 变，则容积流量qVff（理论增加一倍），使气阀流速和阻力损失ff（激增），进排气频 率f,阀片启闭速度f,阀片撞击阀座程度f （加剧），阀片寿命1 （缩短），故障概率f （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V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X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、径向型、前弯（前向）型；扩压器：能量转换元件（动能 一压能，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连续方程: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和伊2『的数值应在何范围之内？质量守恒（流经任意截面流量）qmTPi qVi=Pin qVin=P2 qV2=P2 C2rf2 =COnSt （3-1）式中：qmc为法向流速;qm=P2 qV2=P2 刍兀 D2 T2 吃 U2 =P2 刍牛件）2 妲（3-2）D 兀"n ） 2b2/ D2为叶轮出口相对宽度后弯叶轮 0.18〜0.32, /3A <30°为质量流量，kg/s； qV为容积流量，m3/s； p为气流密度；f为截面面积;兀D 2 ：D 2式中：D2为叶轮外径；b2为叶轮出口轴向宽度; （0.025〜0.065）；（p2r为流量系数（径向叶轮0.24〜0.40 强后弯叶轮0.10〜0.20）； T2为叶轮出口通流系数。
☆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（3-4、5）L , =H , =Cc U —C U = u 2 - u 2 + c 2 - c 2 + w 2 - w 2th th 2u 2 1u 1 2 1 -2 T -1 22 2 2式中：Lth为叶轮输出欧拉功；Hth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 = thC （ （£ T ） + C2 — C2 = h h + C2 _ c 2 = kR （ T T ） + C2 _ c 2p 2 1 r r 2 1 T -k^ 2 1 T2 2 k _ 1 2（3-12）式中：cp为定压比热，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=睥dp + c2,-Cj +Hhyd0_0, （3-14）0 p 2总功（全部损失）H =『，d〃 + c 2 - C 2 +H =『，d〃 + C 2 - C 2 +H ，+ H, + Hwtot J 0,皿 00 0 loss 0-0， J 0,dp 0， 0 hyd l df（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）摩阻损失Hf 8 q2 （c2平均气速）；（2）分离损失：边界层（c-0）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）；叶轮进气角苻叶片进口角0A，冲击分离损失（相当于扩张 角f）;流量/设计流量（进气冲角）TaF冲击面分离区（漩 涡区）损失（相同冲 角）原因V （小 qv）正冲角1>0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i=0无无无损失1> （大 qv）负冲角iV0非工作面（背面）工作面（前面）较小分离区较稳定（4）二次流损失：垂直环流；（5）尾迹损失：叶尖绕流;☆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1-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"2和气体分子量/的关系"2f,单级LtJ一级数1，但叶轮材料强度、气流马赫数Mw1和吃2、叶轮相对宽度 b2/D2 （范围 0.025〜0.065）限制"2（<320-300 m/s）。
表3-1 介质气体分子量〃[J/（kg・K）]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 "2[m/s ]机器（特征）M 2 日二2 V 8315 kTin材料强度重 F-11136.3$116.9711 1186限制"2影响小轻h221$1319.45$32$280影响小限制"2☆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） %=九+鸟+%=*1+（c2 _『2+%』+弓+扁0' 0说明：H >H >H >H >Ht >H1 >（ ）/2tot th pol hyd df l 、c 2 — c 2 /0' 0☆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：①.（教材）通流进出口（单级0-0'、整机多级in-out）；②.（教材） 热力过程（多变、等熵、绝热）；③.（教材）设计工况点（最佳效率）；④.常用（多 变效率）npol；⑤.（多级）整机效率〃（各级平均内效率），含分段中间冷却等作用； ⑥.判别：同效率n对比（〃f优），知某n算总功Htot或N.对比（Htoti或心优）☆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 Eg-15）式（级能量损失）Hhyd+H+%『=hlc2 — c2 ）/2 -%产（1 -0' 0Hpol/Htot）Htot=（1-npol）Htot由W4）式（级内流动损失）Hhyd=Hth-（c2 — c2）/2-Hpoi^（1-Hpoi/Hth）Hth=（1 0' 0-〃hyd）Hth=U -（】+a+"df）npoi][Htot/（1 +伤+勺]式中：流动效率 nhyd=Hpo/Hth=（1+a+"df）npoi，co，ec°、h 为漏气耗功、H 为轮阻耗功。