涡轴发动机的热力循环分析.ppt

1、涡轴发动机的热力循环,2020/8/17,2,循环的理想化条件,为什么进行理想化假设？ 假设条件 假设工质完成的是一个封闭的热力循环 假设循环过程是定熵过程 燃烧室定压加热过程的假设 忽略qmf ，假设气体为定质量的定比热容的完全气体,2020/8/17,航空发动机原理,3,布莱顿或定压加热循环,布莱顿或定压加热循环定义 循环组成 -定熵压缩过程 - 定压加热过程 - 定熵膨胀过程 - 定压放热过程,布莱顿循环p-v图,2020/8/17,4,布莱顿循环的p-v图和T-s图,布莱顿循环的p-v图过程含义 01 线 1 2 线 2 3 线 3 4 线 4 5线,布莱顿循环p-v图,2020/8/

2、17,5,布莱顿循环的热效率,布莱顿循环的热效率 热效率的定义,其中：,问题：问什么W0=Q1-Q2,2020/8/17,6,代入热效率公式， 对于定比热容的完全气体有: 对于定熵过程02 有: 对于定熵过程3 -5 有:,2020/8/17,7,引入反映循环特性的参数-增压比 进气道的冲压比 ： 压气机的增压比 ： 所以 即：循环的增压比等于进气道的冲压比与压气机的增压比的乘积,2020/8/17,8,热效率推导： 所以：燃气涡轮喷气发动机理想循环的热效率取决于发动机的增压比和工质的热容比,2020/8/17,9,在 一 定的情况下， 取决于空气在压缩过程中压力提高的程度 发动机的增压比 愈

3、大， 则热效率 愈高。,图210 热效率随发动机增压比的变化,2020/8/17,10,理想循环功,W的推导计算：,2020/8/17,11,其中： 故：理想循环功取决于加热比和增压比,2020/8/17,12,图形分析 增压比一定， 加热比愈大， 循环功愈大。 最佳增压比 的定义,图211 理想循环功与增压比的关系,2020/8/17,13,当实际加热比为56时， opt1630 最大理想循环功为仅取决于加热比,2020/8/17,14,实际循环,理想条件下 理想循环中 认为压缩与膨胀过程都是定熵过程， 没有考虑流动损失 在整个循环过程中， 气体的成分和热容比均不变。 实际条件下 存在着流动

4、损失 气体的成分发生了变化， 热容比也随着气体成分和温度的变化而变化,2020/8/17,15,实际循环处理方法,在理想循环的基础上作如下处理: 整个压缩过程(0-2) 是绝热的多变过程； 在整个膨胀过程(3-5) 是绝热的多变过程； 燃烧过程按照等压过程处理（损失折算到膨胀过程中，用膨胀效率体现）,2020/8/17,16,实际循环指示功和有效功,指示功：循环包围的面积 有效功：轴功和动能变化 对于实际循环：指示功和有效功是不相等的,2020/8/17,17,实际循环指示功和有效功,用伯努利方程推导指示功和有效功之间关系,2020/8/17,18,实际循环功,循环功等于绝热膨胀过程中的技术功

5、减去绝热压缩过程中的技术功 燃气由 经绝热多变膨胀过程到 所作的技术功为（落压比等于增压比）,2020/8/17,19,将空气由经绝热多变压缩过程到所需的技术功为: 所以，实际循环功为：,2020/8/17,20,a取决于增压比，变化范围较小，在1.02与1.05之间，可以取常数 取决于涡轮前温度T3*,2020/8/17,21,实际循环功影响参数： 加热比 增压比 压缩效率 膨胀效率,图2-13 实际循环功随增压比的 变化曲线（实线），理想循环（虚线）,2020/8/17,22,实际循环的最佳增压比 定义 计算公式 影响参数 压气机的最佳增压比 由 可得,2020/8/17,23,热效率,计

6、算,2020/8/17,24,实际循环热效率的因素： 加热比 增压比 压气机效率和涡轮效率 最经济增压比eco 定义,图2-14 热效率 实线(实际) 虚线(理想),2020/8/17,25,为什么eco opt 当opt后， 随着的增大，热效率t 仍缓慢上升 直到eco后，随着的增大，最经济增压比eco大于最佳增压比opt。,图 2-15 换算功和热量 随增压比变化,2020/8/17,26,喷气发动机的推力,2.4.1 推力的产生 推力的定义 推力是合力 推力的分布,图216 推力的分布,2020/8/17,27,推力的计算公式 推力计算推导 控制体的选取 动量方程 气体为研究对象 简化条

7、件假设 进气道的流量系数i等于1，即 发动机外表面的压力均等于外界大气压 气体流经发动机外表面时没有摩擦阻力,2020/8/17,28,动量方程（向后方向为正） 对气体的作用力: 0-0 截面（用0-0截面代替01-01截面） 5-5 截面 0-5内壁对气体的作用力为 所以,2020/8/17,29,发动机内壁对气体向后的作用力： 设Fin气体作用在发动机内壁上的力，则Fin与fin大小相等，方向相反，故： 作用在发动机外表面上的轴向力Fout ，设方向向前，则,2020/8/17,30,发动机的推力F 为： 当发动机喷管处于完全膨胀p5p0时, 且忽略燃油质量qmf时，则： 地面工作时, V

8、, 则,2020/8/17,31,用气动函数表示的推力公式,气动函数f() 的定义 将该式代入推力公式 在地面工作时，V 当喷管处于临界或超临界时，F的计算方法,2020/8/17,32,有效推力,假设忽略了三方面的阻力 附加阻力Xd 摩擦阻力Xf 波阻Xp 发动机的有效推力Fef 的计算,2020/8/17,33,喷气发动机的效率,发动机中的能量方程 考虑到 ，并略去 差别 发动机的热效率（前面提到的循环热效率为理想情况）为：,2020/8/17,34,热效率考虑了热能转变为机械能的过程中的全部损失 发动机排出的燃气所带走的焓 ， 约为5575； 燃油在燃烧室中不完全燃烧的损失 通过发动机壁面向外散失的热量 后两项约为34。涡轮喷气发动机的热效率约为2540,2020/8/17,35,推进效率,定义 推进效率是发动机完成的推进功率与单位时间发动机从热力循环中获得的循环功（可用能量，这里为气体动能）的比值 推进功率FVVqm(V5V） 单位时间循环功 推进效率,2020/8/17,36,p分析： 取决于 ， 越大， 越低 V5V 时， p1.0，F=0 V时，p 在飞行中， 只要发动机的推力不为零， 推进效率总小于 能量分析