喷气发动机热力循环

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航空发动机原理
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压缩过程(0-2)： 认为是 绝热的多变过程 膨胀过程(3-5)： 认为是 绝热的多变过程 燃烧室中由于流动损失和 加热热阻存在，加热伴随 气流总压损失
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指示功
Li (V52 V 2 ) 2 Lnet Lrp Lrc
有效功
Le (V52 V 2 ) 2 Lnet Li Lrp Lrc
涡喷发动机：对外输出的有效功完全用来增加流过发动机气体的动能； 涡扇发动机：一部分有效功用来驱动外涵风扇； 涡轮螺桨发动机：有效功大部分用来驱动螺旋桨，小部分增加气体动能； 涡轮轴发动机：实际循环的全部有效功绝大部分用来驱动直升机的旋翼。
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2 布莱顿循环的热效率

布莱顿循环的热效率

热效率的定义
w q o η 1 2 t q q 1 1
问题：问什么W0=Q1-Q2
其中：
W ：循环过程产生的机械功 0
η ：循环热效率 t
循环过程中放出的热量 q1 : 循 环 过 程 中 吸 收 的q 热 量 2: q2 c T T q c T T p 5 0 1 p 3 2

1
η t＝





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源自文库
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对于定比热容的完全气体有:
T T η 1 5 0 t T T 3 2
T 2 T 0 γ 1 p γ 2 p 0

对于定熵过程0－2有:
对于定熵过程3－5有:

T 3 T 5
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p1 in p0 p2 c p1

热效率推导：
T T T T 5 0 5 0 η 1 1 1 1 t T T T T 3 2 3 2
γ 1 p γ 1 2 1 1 p 0



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


T3* T0
影响实际循环功的因素：加热比Δ、增压比、压缩效率、 膨胀效率等
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热效率
1 a c p cp 1 1 c 1 1 cp 1 c
γ 1 γ 1 p γ p γ 3 2 p p 5 0
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引入反映循环特性的参数--增压比
p2 π p0
π
进气道的冲压比 ： 压气机的增压比 ： 所以 in c 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
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最大循环功 w0,max 及最佳增压比 opt的计算
opt
dw0 Δ c pT0 2 1 0 de e T3 2 1 w0,max 2 1 T c pT0 0

1

2
喷气发动机热力循环
1 循环的理想化条件

理想化假设条件



假设工质完成的是一个封闭的热力循环 假设压缩和膨胀过程是定熵过程 假设燃烧室为定压加热过程 忽略qmf ，假设气体为定质量（前后质量不 便）的定比热容的完全气体
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2 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

其中：
T3 成 为 加 热 比 ， e T0

1
故：理想循环功取决于加热比Δ和增压比π
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图形分析 增压比一定， 加热 比愈大， 循环功愈 大。 最佳增压比 opt 的 定义
图2－11 理想循环功与增压比的关系
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1 T3 1 c pT0 1 1 1 T0
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1 c pT0 1 e 1 e

０-２ 定熵压缩过程 ２-３ 定压加热过程 ３-５ 定熵膨胀过程 ５-０ 定压放热过程
布莱顿循环p-v图
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⒈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

0－1线 1－2线 2－3线 3－4线 4－5线
布莱顿循环p-v图
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有效功
a 1 c p w0 c p T0 1 1 c
1
1 c p ' 1 ' 1 ' a 1 c p 1 1
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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 愈大， 则热效率 t 愈高。
图2－10 热效率随发动机增压比的变化
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3 理想循环功

W的推导计算：
w0 q1 q2 c p T3 T2 c p T5 T0
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当实际加热比为5－6时，πopt≈16－30 最大理想循环功为仅取决于加热比 当增压比很大时，在极限情况下，则加 热量为零， 理想循环功也为零。
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4 实际循环

发动机实际工作过程 气体的成分发生变化； 热容比也随着气体成分和温度而发生变化； 存在流动损失