外行学空分(45)一一绝热效率和等温效率

13605980246

0 I7 U1 y" t* g  深冷空分 双塔流程和新单塔流程用到的动设备主要有空压机氮压机膨胀机，此外还有压力空气增压机，涡轮增压机等，这些都是容积式或旋转式压缩机械，描述这些机械优劣程度的核心指标有两个一是等温效率，二是绝热效率。所谓的等温效率就是理想等温(环境温度)压缩所需要的功与实际压缩耗功的比值。所谓绝热效率即理想绝热压缩所需要的功与实际绝热压缩过程所耗功的比值。对于对外膨胀做功的机械一般不用等温效率而采用绝热效率，因为无论是汽轮机还是膨胀机其膨胀起点离环境温度均很远，采用等温效率无意义且莫名其妙。膨胀机绝热效率是实际膨胀功和理想膨胀功的比值，或者是实际膨胀过程焓降和理想膨胀过程焓降的比值。这里的理想等温压缩，理想绝热压缩，理想绝热膨胀都是可逆等温压缩，可逆绝热压缩，可逆绝热膨胀的等义词。
   从语义上说，绝热效率就是绝热压缩过程的有效能效率，但等温效率却不是等温压缩过程的有效能效率！实际上所有现实的压缩过程都是绝热或多变压缩过程，而所谓的等温压缩并不存在（如果要实现等温压缩过程，则压缩过程的速度需要在冷却下无限慢），等温效率的真正含义是环境状态下（死态）下的气体绝热或多变压缩得到的压力有效能(不包括热能)和实际功耗的比值，所谓的等温压缩实际上包括两个过程，一是绝热或多变压缩过程，二是冷却至环境温度的过程，其中绝热或多变压缩过程的有效能效率等于绝热效率或多变效率！而冷却过程的有效能效率则等于零！所以同一个压缩过程(都是多变和绝热压缩)其绝热效率总是大于等温效率。它们之间的差距是绝热压缩或多变压缩后的气体有效能和绝热压缩或多变压缩后再冷却至常温后的气体有效能（只有压力能，而没有热能）之间的差距。
7 W( q# T. r6 B/ Y* `   毫无疑问绝热效率相对于等温效率是更本质描述机械性能的优劣的指标，而在实际压缩过程中，并不存在所谓的等温压缩，实际压缩过程都是绝热压缩过程或多变过程。而通过缩小段间压缩比可以在相同绝热效率的条件下取得更高的等温效率，在合理段压缩比的情况下，绝热效率85%大体上相当于等温效率70%，目前等温效率最高的空压机其等温效率约76%。曾经有深冷空分专家在看完厦大论证报告后提出一个问题，目前市场上可采购的压缩机效率在71%-72%，与报告中85%不符。我真是哭笑不得！只好告诉他请认真看一下论证报告，报告中的效率是绝热效率，而你所讲的效率是等温效率。
   其实等温效率的使用范围非常窄，必须满足两个条件，一是压缩起始状态必须是环境状态即所谓的死态，二是压缩后必须冷却至环境温度，两个条件其中一个不满足，都不能使用等温效率！
   在气体处于环境状态下（即所谓有效能为零的死态），且压缩后的气体冷却至环境温度下的情况下，采用等温效率有其方便之处，但如果由此引伸出只有等温效率才是压缩过程的有效能效率，而绝热效率或多变效率不是压缩过程的有效能效率，不但荒唐且莫名其妙！
/ c8 p$ B' u5 T" T+ I6 i0 `# g" k9 v    实际上所谓的等温效率不是压缩过程的有效能效率
4 v/ T7 r, w: j2 z而是压缩分系统的有效能效率，是空压机系统有效能效率！而且等温效率的计算方法是有严格的前提条件，并不是一个普适的计算方法。并不能到处套用。例如等温效率这样的计算方法并不能适用于起始温度高于环境温度和低于环境温度的绝热压缩过程！也不适用于复杂系统的分系统的有效能效率计算。系统有效能效率和分系统有效能效率有黑箱，白箱，灰箱的说法，其实就说明了困难和问题。现在国家标准能量系统有效能分析技术导则，突破性地提出了目标有效能效率的定义和计算公式，基本上解决了能量系统有效能效率分析的混乱情况。
$ f+ ]  O7 f; m. t: c" r    过程是最小的系统，分系统有效能效率计算公式如果在针对过程进行有效能效率计算时，和过程有效能效率计算结果不一致！那这个计算公式就是错误。能量系统有效能效率分析技术导则中的公式（5）就是这样的情况。所以才有必要提出系统有效能效率计算公式（6）一一目标有效能效率的定义和计算公式。这一点需要仔细体会！

Yb2021

  现实的气体压缩过程都是绝热或多变压缩过程，等温压缩过程在实际上是不存在的！那种认为只有等温效率才是气体压缩过程的有效能效率而绝热效率多变效率不是压缩过程的有效能效率不但荒唐而且莫名其妙！

Yb2021

所谓等温效率本质上不是一个过程效率，而是一个系统有效能效率，所谓等温效率的计算公式是有严格的前提条件的。