绝热压缩是与外界没有
热量交换的压缩过程。但外界对气体做功,压缩气体,因此,并不同于
孤立系统。根据
能量守恒的原理,理想气体在绝热压缩时温度升高,在
绝热膨胀时温度降低。
绝热压缩发生在气压上升时,这时气体
温度也会上升。例如,给自行车打气时,可以感觉到气筒温度上升,这正是因为气体压强上升的足够快到可视为绝热过程的缘故,热量没有逃逸,因而温度上升。
柴油机在
压缩冲程时正是靠绝热压缩原理来给
燃烧室内的混合气体点火的。
绝热压缩属于绝热过程,绝热过程热力学系统始终不与外界交换热量, 即dQ =0 的过程。根据
热力学第一定律,在绝热过程中,系统对外所作的功等于内能的减少量。根据
热力学第二定律,在可逆的绝热过程中,系统的熵不变。用良好
绝热材料隔绝的系统中进行的过程,或由于过程进行得太快,来不及与外界有显著热量交换的过程,都可近似地看作绝热过程。例如内燃机、蒸汽机汽缸中工作物质的膨胀过程, 压汽机汽缸中的压缩过程,汽轮机喷管中的膨胀过程,以及气象学中空气团的升降过程,还有
声波在空气中的传播过程等,都可当作绝热过程处理。
绝热过程分为
可逆过程(
熵增为零)和不可逆过程(熵增不为零)两种。可逆的绝热过程是等熵过程。等熵过程的对立面是
等温过程,在等温过程中,最大限度的热量被转移到了外界,使得系统温度恒定如常。由于在热力学中,温度与熵是一组
共轭变量,等温过程和等熵过程也可以视为“共轭”的一对过程。
根据
热力学第一定律,在绝热压缩过程中有W+Q=△U(内能增量)。由于是绝热压缩,有Q=0,W>0,△U>0,因此,在绝热压缩过程中,物质的
内能增加,温度升高。
简单地说,从能量角度考虑,绝热容器与外界没有
热传递,压缩体积是对气体做功,故气体能量增加也就是内能增加,那么温度必然升高。
压缩机、
鼓风机等是化工生产中常用的压气机,它是借助于机械能或电能,来实现气体由低压到高压的状态变化。各类压气机的结构和工作原理虽然不同,但从热力学观点来看,气体状态变化过程并没有本质的不同,都是消耗外功,使气体压缩升压的过程,在正常工况下都可以视为稳定流动过程。
气体压缩以
等温压缩最有利,因此,应设法使压气机内气体压缩过程的指数n减小。采用水套冷却是改进压缩过程的有效方法,但在转速高,气缸尺寸大的情况下,其作用也较小。同时,为避免单级压缩因压缩比太高而影响容积效率,常采用
多级压缩、级间冷却的方法。分级压缩,级间冷却式压气机的基本原理是将气体先压缩到某一中间压力,然后通过一个
中间冷却器,使其等压冷却至压缩前的温度,然后再进入下一级气缸继续被压缩、冷却,如此进行多次压缩和冷却,使气体压力逐渐增大,而温度不至于升得过高。这样,整个压缩过程趋近于
等温压缩过程。