发动机原理第二章1节

1、第二章第二章 发动机部件工作原理发动机部件工作原理 第二章第二章 发动机部件工作原理发动机部件工作原理 第一节第一节 气动热力基础气动热力基础 第二节第二节 进气道进气道 第三节第三节 尾喷管尾喷管 第四节第四节 压气机压气机 第五节第五节 涡轮涡轮 第六节第六节 燃烧室燃烧室 2021年6月22日2 第一节第一节 气动热力基础气动热力基础 2021年6月22日3 第一节第一节 气动热力基础气动热力基础 1、连续方程、连续方程 2、能量方程、能量方程 3、音速、音速 4、马赫数、马赫数 5、滞止参数、滞止参数 2021年6月22日4 6、变截面管流、变截面管流 7、临界参数、临界参数 8、速度

2、系数、速度系数 9、密流函数、密流函数 10、激波、激波 1、连续方程、连续方程 2021年6月22日星期二 222111 vAvAqm 2、能量方程、能量方程 2021年6月22日6 22 212121 1 ()()() 2 qhhvvg zzW 22 2121 1 ()() 2 qhhvv 22 2211 11 22 hvhv 2、能量方程、能量方程 同时可以看出，气体在变截面流管中的流同时可以看出，气体在变截面流管中的流 动，气流的速度与温度同时变化。动，气流的速度与温度同时变化。 气体加速，气体加速，T降低降低 宏观动能宏观动能 内部内部 储能储能 气体减速，气体减速，T升高升高 宏观

3、动能宏观动能 内部内部 储能储能 2021年6月22日7 constvTCvh p 22 2 1 2 1 2、能量方程、能量方程 示例示例1 以发动机的进气道为例。以发动机的进气道为例。 V0=0 T0=288.15K 进口速度进口速度124.3m/s 进口温度进口温度280.4K 2021年6月22日8 2、能量方程、能量方程 示例示例2 以发动机的尾喷管为例。以发动机的尾喷管为例。 尾喷管进口速度尾喷管进口速度174m/s 进口温度进口温度507.6K 尾喷管出口速度尾喷管出口速度417m/s 出口温度出口温度442.6K 2021年6月22日9 3、音速、音速 音速随当地温度变化而变化，

4、并不是定值音速随当地温度变化而变化，并不是定值 示例示例: T=15C c=340.3m/s 2021年6月22日10 dp cRT d 4、马赫数、马赫数 Ma：气体速度与当地音速之比：气体速度与当地音速之比 2021年6月22日11 a vv M cRT 2 22 2 2 2 2 1 (1) 1 a v vv M cRT RT 2 2 v v const cT 宏观气体动能 分子无规则运动动能 4、马赫数、马赫数 2021年6月22日12 Ma=0.3 Ma=0.6？ vTc Ma0.6 4、马赫数、马赫数 2021年6月22日13 2 22 2 2 2 2 1 (1) 1 a v vv

5、M cRT RT 2 2 v v const c T 宏观气体动能 分子无规则运动动能 作业作业 2021年6月22日星期二 （1）飞机的）飞机的Ma增加增加1倍，其空速是否也增倍，其空速是否也增 加一倍？为什么？加一倍？为什么？ （2）气体在尾喷管中）气体在尾喷管中Ma增加增加1倍，气流速倍，气流速 度是否也增加度是否也增加1倍？为什么？倍？为什么？ 5、滞止参数、滞止参数 稳态一维定常流动的能量方程：稳态一维定常流动的能量方程： 定常流动中定常流动中v等熵地降为等熵地降为0的点，称为驻点的点，称为驻点 、滞止点。、滞止点。 2021年6月22日15 constvh 2 2 1 constv

6、hh 2* 2 1 0 5、滞止参数、滞止参数 定比热容的理想气体：定比热容的理想气体： 带入总焓的公式，可得到带入总焓的公式，可得到 2021年6月22日16 p hc T 2 * 2 p v TTconst c 5、滞止参数、滞止参数 2021年6月22日17 1 p R c *2 1 1 2 a TTM cRT 2 * 2 p v TTconst c 5、滞止参数、滞止参数 等熵过程等熵过程 2021年6月22日18 p const p RT 1 *2 1 1 2 a ppM 1 1 *2 1 1 2 a M *2 1 1 2 a TTM 5、滞止参数、滞止参数 例：环境温度例：环境温度

7、15C、 音速音速C=340m/s 行走行走 1m/s Ma=0.003 T*=15.0005 C 自行车自行车 18km/h Ma=0.015 T*=15.0125 C 汽车汽车 108km/h Ma=0.088 T*=15.4482 C 客机客机 700km/h Ma=0.57 T*=33.7403 C 战斗机战斗机 Ma=2 T*=245.319 C 流星流星 10000km/h T*=3830.53 C 2021年6月22日19 5、滞止参数、滞止参数 2021年6月22日20 风级风级名称名称(m/s)风级风级名称名称(m/s) 0无风无风0.0-0.27劲风劲风13.9-17.1

8、1软风软风0.3-1.58大风大风17.2-20.7 2轻风轻风1.6-3.39烈风烈风20.8-24.4 3微风微风3.4-5.410狂风狂风24.5-28.4 4和风和风5.5-7.911暴风暴风28.5-32.6 5清风清风8.0-10.712台风台风32.6 6强风强风10.8-13.8 发动机尾喷口发动机尾喷口速度：速度：100-1200m/s100-1200m/s 小结小结 1、连续方程、连续方程 2、能量方程、能量方程 3、音速、音速 2021年6月22日21 222111 vAvAqm constvTCvh p 22 2 1 2 1 dp cRT d 小结小结 4、马赫数、马赫

9、数 5、滞止参数、滞止参数 2021年6月22日22 a vv M cRT 1 *2 1 1 2 a ppM 1 1 *2 1 1 2 a M *2 1 1 2 a TTM 6、变截面管流、变截面管流 一维定常绝能管流一维定常绝能管流 发动机内部工质是可压缩气体发动机内部工质是可压缩气体 可压缩气体高速流动时，存在神奇现象可压缩气体高速流动时，存在神奇现象 2021年6月22日23 V 低速气体低速气体 6、变截面管流、变截面管流 超声速气体进入变截面管道超声速气体进入变截面管道 2021年6月22日24 ？ V ？ V 6、变截面管流、变截面管流 通过速度变化率与面积变化率的关系理解通过速度

10、变化率与面积变化率的关系理解 Ma1 dv与与dA同号（超音速）同号（超音速） dA0 dv0 dv0 2021年6月22日25 v dv M A dA a ) 1( 2 6、变截面管流、变截面管流 通过速度变化率与面积变化率的关系理解通过速度变化率与面积变化率的关系理解 Ma1 dv与与dA异号（亚音速）异号（亚音速） dA0 dA0 dv0 2021年6月22日26 v dv M A dA a ) 1( 2 6、变截面管流、变截面管流 超音速气流举例超音速气流举例 2021年6月22日27 进口出口相对变化 面积（m2）0.003520.002210.6278 密度（kg/m3） 0.57

11、131.45652.5494 速度（m/s）497.17310.730.6250 Ma1.931010.5179 静温（K）164.71239.931.4567 静压（Pa）270131003123.7135 vA 6、变截面管流、变截面管流 亚音速气流亚音速气流 亚音速亚音速 超音速超音速 2021年6月22日28 vA vA vA 6、变截面管流、变截面管流 气流速度与管道截面变化的关系气流速度与管道截面变化的关系 2021年6月22日29 参数参数 dA0 Ma1Ma1 V T Ma p 6、变截面管流、变截面管流 思考题：如何设计亚音速进气道？思考题：如何设计亚音速进气道？ 亚音速客机

12、在设计高度以亚音速客机在设计高度以Ma=0.8巡航，涡巡航，涡 扇发动机的风扇进口扇发动机的风扇进口Ma要求要求0.55。 2021年6月22日30 前方气流前方气流 Ma=0.8Ma=0.8 Ma=0.55Ma=0.55 进气道进气道 ？ 我只接受我只接受 Ma=0.55气流气流 6、变截面管流、变截面管流 思考题：如何设计亚音速进气道？思考题：如何设计亚音速进气道？ 亚音速客机在设计高度以亚音速客机在设计高度以Ma=0.8巡航，涡巡航，涡 扇发动机的风扇进口扇发动机的风扇进口Ma要求要求0.55。 2021年6月22日31 前方气流前方气流 Ma=0.8Ma=0.8 Ma=0.55Ma=0

13、.55 我只接受我只接受 Ma=0.55气流气流 6、变截面管流、变截面管流 2021年6月22日32 进气道进气道 6、变截面管流、变截面管流 2021年6月22日33 压气机压气机 6、变截面管流、变截面管流 2021年6月22日34 燃烧室燃烧室 6、变截面管流、变截面管流 思考题：如何设计超音速进气道？思考题：如何设计超音速进气道？ 超音速战机在设计高度以超音速战机在设计高度以Ma=2巡航，涡扇巡航，涡扇 发动机的风扇进口发动机的风扇进口Ma要求要求0.55。 2021年6月22日35 前方气流前方气流 Ma=2Ma=2 Ma=0.55Ma=0.55 进气道进气道 ？ 我只接受我只接受

14、 Ma=0.55气流气流 6、变截面管流、变截面管流 思考题：如何设计超音速进气道？思考题：如何设计超音速进气道？ 超音速战机在设计高度以超音速战机在设计高度以Ma=2巡航，涡扇巡航，涡扇 发动机的风扇进口发动机的风扇进口Ma要求要求0.55。 2021年6月22日36 前方气流前方气流 Ma=2Ma=2 Ma 1Ma 1 我只接受我只接受 Ma=0.55气流气流 Ma=1 6、变截面管流、变截面管流 思考题：如何设计超音速进气道？思考题：如何设计超音速进气道？ 超音速战机在设计高度以超音速战机在设计高度以Ma=2巡航，涡扇巡航，涡扇 发动机的风扇进口发动机的风扇进口Ma要求要求0.55。 2

15、021年6月22日37 前方气流前方气流 Ma=2Ma=2 Ma=0.55Ma=0.55 我只接受我只接受 Ma=0.55气流气流 6、变截面管流、变截面管流 Ma=1时，时，dA=0 截面积取极值，称为临界截面积取极值，称为临界 截面。截面。 2021年6月22日38 v dv M A dA a ) 1( 2 6、变截面管流、变截面管流 以收缩管道为例理解临界截面以收缩管道为例理解临界截面 2021年6月22日39 288.15K100000Pa 进口总压进口总压 流量流量Ma静温静温速度速度出口静压出口静压 10000000288.150100000 1010001.0000.119287

16、.33240.543100000 1890009.1550.999240.917310.342100000 1900009.2031240.107310.653100000 30000014.5311240.107310.653158475 50000024.2191240.107310.653264125 小结小结 在绝能管流中，气体总温永远不变；在绝能管流中，气体总温永远不变； 在绝能等熵流动中，总压不变；若流动不在绝能等熵流动中，总压不变；若流动不 等熵，总压下降等熵，总压下降 在绝能流动中，若气流速度发生变化，静在绝能流动中，若气流速度发生变化，静 温和当地音速也将发生变化温和当地音速

17、也将发生变化 在收缩管道中，亚音速气流最高可加速至在收缩管道中，亚音速气流最高可加速至 音速，超音速气流最低可降至音速；音速，超音速气流最低可降至音速； 临界截面只能是管道的最小截面，气流只临界截面只能是管道的最小截面，气流只 能在最小截面处达到音速。能在最小截面处达到音速。 2021年6月22日40 7、临界参数、临界参数 假设气体在管道中作等熵加速流动，那么假设气体在管道中作等熵加速流动，那么 随着气体速度的增加，当地音速不断下降随着气体速度的增加，当地音速不断下降 2021年6月22日41 2 1 2 p c Tvconst cRT 7、临界参数、临界参数 对于一维绝能流动对于一维绝能流

18、动 将将 带入上式带入上式 2021年6月22日42 *2 2 1 hvh 2* 1 2 pp c Tvc T 1 p R c * 2 1 121 RTRT vconst 22* 121 cvRT 7、临界参数、临界参数 2021年6月22日43 * 2 1 cr RT c 22* 121 crcr ccRT vc crcr vc 22* 121 cvRT 8、速度系数、速度系数 分析下面的绝能流动方程分析下面的绝能流动方程 气流速度与当地音速都在变化气流速度与当地音速都在变化,不易计算不易计算Ma 定义气流速度与临界音速之比为速度系数定义气流速度与临界音速之比为速度系数, 其与其与Ma有单值

19、对应关系有单值对应关系 2021年6月22日44 2 2 p v c Tconst cr v c 8、速度系数、速度系数 区别区别 与与Ma的关系的关系 2021年6月22日45 临界速度 气流速度 速度系数 当地音速 气流速度 马赫数 2222 22 2222 crcr cr ccvv Ma cccc * 2 2 1 cr RT c 2 cRT 8、速度系数、速度系数 与与Ma的关系的关系 2021年6月22日46 2 2 2 1 2 1 1 2 a a M M 2 2 2 2 1 1 1 1 a M 8、速度系数、速度系数 Ma=0 =0 Ma=1 =1 Ma1 1 1 Ma= 2021年

20、6月22日47 max 1 2.4 1 222 2 22 11 22 11 11 22 aaa aa MMM MM 1 1 8、速度系数、速度系数 思考题：在绝能流动中，如果气流速度增思考题：在绝能流动中，如果气流速度增 加加2倍，那么下面的论述是否正确？倍，那么下面的论述是否正确？ （1）Ma增加增加2倍倍 （2）增加两倍增加两倍 2021年6月22日48 9、密流函数、密流函数 在流量公式中，在流量公式中，、V随随A的变化而变化，的变化而变化， qm难以计算难以计算 引入新定义：引入新定义： 密流：通过单位面积的流量密流：通过单位面积的流量. 2021年6月22日49 vAqm v A q

21、m 密流 9、密流函数、密流函数 密流函数（流量函数、无量纲密流）密流函数（流量函数、无量纲密流） 所研究截面密流与对应的临界截面密流之比所研究截面密流与对应的临界截面密流之比 流量：流量： 面积：面积： 密流：密流： 密流函数：密流函数： 2021年6月22日50 ( ) crcr v q c 321mmm qqq 231 AAA 231 )()()(vvv )()()( 231 qqq 9、密流函数、密流函数 密流函数密流函数 2021年6月22日51 ( ) cr crcr Av q cA 11 211 11 ( )()(1) 21 q 1 1 *2 1 1 1 * 2 1 cr RT

22、vc 9、密流函数、密流函数 与与 的关系的关系 2021年6月22日52 )(q 0)(0q 1)(1q 1)(1q 1()1q 0)( max q 9、密流函数、密流函数 对于一维绝能流管：对于一维绝能流管： 若气流为亚音速，随着流速增加，密流增加；若气流为亚音速，随着流速增加，密流增加； 若气流若气流 为超声速，随着流速增加，密流减小。为超声速，随着流速增加，密流减小。 用密流函数表示流量公式：用密流函数表示流量公式： 2021年6月22日53 )( * * Aq T p Kqm 9、密流函数、密流函数 以上公式的推导：以上公式的推导： 2021年6月22日54 ()( )() mcrcrcrcr crcr v qvAcAqcA c 1 * 1 * 2 () 1 cr p RT * 2 (1) cr RT c )( * * Aq T p Kqm 1 1 2 () 1 K R k 9、密流函数、密流函数 临界截面临界截面 Ma=1，=1，q()=1 2021年6月22日55 )( * * Aq T p Kqm * * mcr p qKA T 9、密流