发动机原理(航空)课件：第一章第一节-涡轮喷气发动机热力循环

第一章

航空燃气涡轮发动机工作原理第一章

航空燃气涡轮发动机工作原理第一章

航空燃气涡轮发动机工作原理第一节涡轮喷气发动机热力循环第二节推力公式第三节性能指标和基本要求第四节能量转换与效率第五节发展方向2022年11月22日2第一章

航空燃气涡轮发动机工作原理第一节涡轮喷气发动机热第一章

航空燃气涡轮发动机工作原理第一节涡轮喷气发动机热力循环第二节推力公式第三节性能指标和基本要求第四节能量转换与效率第五节发展方向2022年11月22日3第一章

航空燃气涡轮发动机工作原理第一节涡轮喷气发动机热第一节涡轮喷气发动机热力循环一、组成五大主要部件：进气道、压气机、燃烧室、涡轮、尾喷管2022年11月22日4第一节涡轮喷气发动机热力循环一、组成2022年11月21日第一节涡轮喷气发动机热力循环一、组成附件系统燃油系统、起动系统、滑油系统2022年11月22日5第一节涡轮喷气发动机热力循环一、组成2022年11月21日二、工作过程工作过程示意进气道：输送工质（空气）压气机：压缩空气，提高压力燃烧室：加热气体，提高总温涡轮：气体膨胀做功，推动涡轮旋转，通过连接轴驱动压气机尾喷管：气体膨胀加速，高速喷出，产生推力2022年11月22日6二、工作过程工作过程示意2022年11月21日6二、工作过程2022年11月22日7二、工作过程2022年11月21日7三、理想循环热力学基础2022年11月22日8三、理想循环热力学基础2022年11月21日8三、理想循环假设：1）工质为空气；2）忽略流动损失；3）气流在尾喷管达到完全膨胀。2022年11月22日9三、理想循环假设：2022年11月21日9三、理想循环布莱顿（Braton）循环，四个热力过程02：等熵压缩

23：等压加热

39：等熵膨胀

90：等压放热2022年11月22日10三、理想循环布莱顿（Braton）循环，四个热力过程2022三、理想循环加热量q12022年11月22日11三、理想循环加热量q12022年11月21日11三、理想循环放热量q22022年11月22日12三、理想循环放热量q22022年11月21日12三、理想循环循环功：2022年11月22日13三、理想循环循环功：2022年11月21日13三、理想循环热效率2022年11月22日14三、理想循环热效率2022年11月21日14三、理想循环如何提高循环热效率？如何提高循环功？2022年11月22日15三、理想循环如何提高循环热效率？2022年11月21日15三、理想循环-热效率2022年11月22日16三、理想循环-热效率2022年11月21日16三、理想循环-热效率2022年11月22日17三、理想循环-热效率2022年11月21日17三、理想循环-热效率理想循环热效率只与循环增压比有关，且与循环增压比成正比。2022年11月22日18三、理想循环-热效率2022年11月21日18三、理想循环-循环功2022年11月22日19三、理想循环-循环功2022年11月21日19三、理想循环-循环功理想循环功与循环加热比成正比。存在有使理想循环功达最大的循环增压比称为最佳增压比opt2022年11月22日20三、理想循环-循环功2022年11月21日20三、理想循环如何提高循环热效率？

提高增压比。如何提高循环功？

提高加热比；

寻找最佳增压比。2022年11月22日21三、理想循环如何提高循环热效率？2022年11月21日21四、实际循环各部件损失和热力过程的不可逆性加热前后工质成分发生变化2022年11月22日22四、实际循环各部件损失和热力2022年11月21日22四、实际循环实际循环，四个热力过程02：多变压缩

23：不等压加热

39：多变膨胀

90：等压放热2022年11月22日23四、实际循环实际循环，四个热力过程2022年11月21日23四、实际循环加热量q12022年11月22日24四、实际循环加热量q12022年11月21日24四、实际循环放热量q22022年11月22日25四、实际循环放热量q22022年11月21日25四、实际循环循环功热效率2022年11月22日26四、实际循环循环功2022年11月21日26四、实际循环由于热力过程损失的存在：实际循环效率除受增压比影响外，还受加热比以及压缩过程和膨胀过程效率影响，且比理想循环热效率低；实际循环功低于理想循环功。2022年11月22日27四、实际循环2022年11月21日27五、结论为提高循环热效率，应尽可能提高循环增压比为提高循环功，应尽可能提高循环加热比存在有最佳增压比，使循环功最大，增压比过大将使循环功减小提高循环加热比使循环最佳增压比增加提高部件效率有利于提高循环功和热效率2022年11月22日28五、结论为提高循环热效率，应尽可能提高循环增压比2022年1发动机热力基础1、理想气体及其状态方程

pv=RT2022年11月22日29发动机热力基础1、理想气体及其状态方程2022年11月21日发动机热力基础2、比热容和热量

Q=mc（T2-T1）定容加热：Qv=mcv（T2-T1）定压加热：Qp=mcp（T2-T1）比热容比：γ=cp/cv2022年11月22日30发动机热力基础2、比热容和热量2022年11月21日30发动机热力基础3、工质的内能与外功

u=u（T）J/kgΔu=u2-u1=qv=cv（T2-T1）

dW=pdv

2022年11月22日31发动机热力基础3、工质的内能与外功2022年11月21日31发动机热力基础4、工质的焓

h=u+pv

J/kg

h=u(T)+RT=h(T)

qp=cp(T2-T1)=(cv+R)(T2-T1)=Δhcp=cv+R

2022年11月22日32发动机热力基础4、工质的焓2022年11月21日32发动机热力基础5、热力学第一定律热量、内能和机械能之间的相互转换和守恒关系。

dq=du+pdv

dq=dh-vdp

q=cp(T2-T1)-

2022年11月22日33发动机热力基础5、热力学第一定律2022年11月21日33发动机热力基础6、热力过程定容过程：W=0

q=Δu=cv(T2-T1)

定压过程：Δu=cv(T2-T1)

W=R（T2-T1）

q=Δu+W=cp(T2-T1)

定温过程：Δu=0

q=W

绝热过程：pvγ=常数

2022年11月22日34发动机热力基础6、热力过程2022年11月21日34发动机热力基础7.熵抽象的热力学参数，反应体系的混乱程度ds=dq/TJ/kgK热能除以温度所得的商，标志热量转化为功的程度。状态参数，与过程无关，通常计算变化量。热力学第二定律：自发的热力学过程总是沿着熵增的方向进行。2022年11月22日35发动机热力基础7.熵2022年11月21日35第一章

航空燃气涡轮发动机工作原理第一章

航空燃气涡轮发动机工作原理第一章

航空燃气涡轮发动机工作原理第一节涡轮喷气发动机热力循环第二节推力公式第三节性能指标和基本要求第四节能量转换与效率第五节发展方向2022年11月22日37第一章

航空燃气涡轮发动机工作原理第一节涡轮喷气发动机热第一章

航空燃气涡轮发动机工作原理第一节涡轮喷气发动机热力循环第二节推力公式第三节性能指标和基本要求第四节能量转换与效率第五节发展方向2022年11月22日38第一章

航空燃气涡轮发动机工作原理第一节涡轮喷气发动机热第一节涡轮喷气发动机热力循环一、组成五大主要部件：进气道、压气机、燃烧室、涡轮、尾喷管2022年11月22日39第一节涡轮喷气发动机热力循环一、组成2022年11月21日第一节涡轮喷气发动机热力循环一、组成附件系统燃油系统、起动系统、滑油系统2022年11月22日40第一节涡轮喷气发动机热力循环一、组成2022年11月21日二、工作过程工作过程示意进气道：输送工质（空气）压气机：压缩空气，提高压力燃烧室：加热气体，提高总温涡轮：气体膨胀做功，推动涡轮旋转，通过连接轴驱动压气机尾喷管：气体膨胀加速，高速喷出，产生推力2022年11月22日41二、工作过程工作过程示意2022年11月21日6二、工作过程2022年11月22日42二、工作过程2022年11月21日7三、理想循环热力学基础2022年11月22日43三、理想循环热力学基础2022年11月21日8三、理想循环假设：1）工质为空气；2）忽略流动损失；3）气流在尾喷管达到完全膨胀。2022年11月22日44三、理想循环假设：2022年11月21日9三、理想循环布莱顿（Braton）循环，四个热力过程02：等熵压缩

23：等压加热

39：等熵膨胀

90：等压放热2022年11月22日45三、理想循环布莱顿（Braton）循环，四个热力过程2022三、理想循环加热量q12022年11月22日46三、理想循环加热量q12022年11月21日11三、理想循环放热量q22022年11月22日47三、理想循环放热量q22022年11月21日12三、理想循环循环功：2022年11月22日48三、理想循环循环功：2022年11月21日13三、理想循环热效率2022年11月22日49三、理想循环热效率2022年11月21日14三、理想循环如何提高循环热效率？如何提高循环功？2022年11月22日50三、理想循环如何提高循环热效率？2022年11月21日15三、理想循环-热效率2022年11月22日51三、理想循环-热效率2022年11月21日16三、理想循环-热效率2022年11月22日52三、理想循环-热效率2022年11月21日17三、理想循环-热效率理想循环热效率只与循环增压比有关，且与循环增压比成正比。2022年11月22日53三、理想循环-热效率2022年11月21日18三、理想循环-循环功2022年11月22日54三、理想循环-循环功2022年11月21日19三、理想循环-循环功理想循环功与循环加热比成正比。存在有使理想循环功达最大的循环增压比称为最佳增压比opt2022年11月22日55三、理想循环-循环功2022年11月21日20三、理想循环如何提高循环热效率？

提高增压比。如何提高循环功？

提高加热比；

寻找最佳增压比。2022年11月22日56三、理想循环如何提高循环热效率？2022年11月21日21四、实际循环各部件损失和热力过程的不可逆性加热前后工质成分发生变化2022年11月22日57四、实际循环各部件损失和热力2022年11月21日22四、实际循环实际循环，四个热力过程02：多变压缩

23：不等压加热

39：多变膨胀

90：等压放热2022年11月22日58四、实际循环实际循环，四个热力过程2022年11月21日23四、实际循环加热量q12022年11月22日59四、实际循环加热量q12022年11月21日24四、实际循环放热量q22022年11月22日60四、实际循环放热量q22022年11月21日25四、实际循环循环功热效率2022年11月22日61四、实际循环循环功2022年11月21日26四、实际循环由于热力过程损失的存在：实际循环效率除受增压比影响外，还受加热比以及压缩过程和膨胀过程效率影响，且比理想循环热效率低；实际循环功低于理想循环功。2022年11月22日62四、实际循环2022年11月21日27五、结论为提高循环热效率，应尽可能提高循环增压比为提高循环功，应尽可能提高循环加热比存在有最佳增压比，使循环功最大，增压比过大将使循环功减小提高循环加热比使循环最佳增压比增加提高部件效率有利于提高循环功和热效率2022年11月22日63五、结论为提高循环热效率，应尽可能提高循环增压比2022年1发动机热力基础1、理想气体及其状态方程

pv=RT2022年11月22日64发动机热力基础1、理想气体及其状态方程2022年11月21日发动机热力基础2、比热容和热量

Q=mc（T2-T1）定容加热：Qv=mcv（T2-T1）定压加热：Qp=mcp（T2-T1）比热容比：γ=cp/cv2022年11月22日65发动机热力基础2、比热容和热量2022年11月21日30发动机热力基础3、工质的内能与外功

u=u（T）J/kgΔu=u2-u1=qv=cv（T2-T1）

dW=pdv

2022年11月22日66发动机热力基础3、工质的内能与外功2022年11月21日31发动机热力基础4、工质的焓

h=u+pv

J/kg

h=u(T)+RT=h(T)

qp=cp(T2-T1)=(cv+R)(T2-T1)=Δhc