空氣在壓縮過(guò)程中,是靠消耗電能來(lái)提高空氣壓力的。同時(shí),氣體的溫度也會(huì)升高。隨著氣體溫度升高,氣體體積要膨脹,壓縮更困難,要壓縮到同樣的壓力需要消耗更多的能量。因此,為了減少壓縮機(jī)的耗能量,在壓縮過(guò)程中應(yīng)盡可能充分地進(jìn)行冷卻,一般設(shè)置有中間冷卻器和氣缸冷卻水套,用冷卻水進(jìn)行冷卻。在最理想的情況下,空氣壓縮后溫度不升高,與壓縮前的溫度相等,稱(chēng)為“等溫壓縮”。
在等溫壓縮時(shí),由于溫度不變,氣體分子運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能沒(méi)有變化。而壓力升高后的質(zhì)量比體積縮小,分子之間的距離縮小,分子相互作用的位能減小。所以,空氣等溫壓縮后內(nèi)部的能量反而是減少的。從空氣的熱力性質(zhì)圖可查到,在同樣溫度下的空氣比焓隨壓力升高而減小。
為什么空氣在壓縮時(shí)消耗了大量的電能,空氣壓力提高,空氣的能量反而減小了呢?這是否違反能量守恒定律呢?實(shí)際上,空氣在壓縮過(guò)程中,除了從外界得到能量,對(duì)空氣做功外,還向冷卻水放出了大量的熱,被冷卻水帶走。根據(jù)能量平衡,如果能量的支出大于收入,則只能靠減少內(nèi)部積余來(lái)彌補(bǔ)??諝庠诘葴貕嚎s時(shí)就是屬于這種情況,放給冷卻水的熱大于壓縮機(jī)消耗的功。