第二部分航空燃气轮机的工作原理
燃气轮机的工作原理分析
燃气轮机的工作原理分析燃气轮机是一种将燃气能转换为机械能的热动力装置。
它通过燃烧燃气，并利用高温高压气体的膨胀驱动涡轮机运转，从而将热能转化为机械能。
本文将对燃气轮机的工作原理进行深入分析。
一、燃气轮机的基本构造燃气轮机主要由压气机、燃烧室、涡轮机和辅助系统等组成。
压气机负责将大气中的空气压缩，提高压气机出口的压力和温度；燃烧室将燃料与压缩空气混合并燃烧，产生高温高压的燃气；涡轮机则利用高温高压燃气的膨胀作用，转动轴，输出机械能。
二、燃气轮机的工作过程1. 压缩过程在压气机中，压气机叶片将空气压缩，并不断增加其压力和温度。
由于压缩过程中涡轮机的功率输入，工作流体的压力会急剧增加，温度也会相应上升。
2. 燃烧过程压缩后的空气进入燃烧室，与喷入的燃料充分混合并燃烧。
在燃烧过程中，燃气的温度急剧升高，压力也随之上升。
在燃烧过程中，燃气释放的热能被吸收，并驱动涡轮机的转动。
3. 膨胀过程高温高压的燃气进入涡轮机，通过叶轮的高速旋转，将热能转化为机械能。
涡轮机的转动使得轴上的负载得以工作，产生功率输出。
4. 排气过程经过涡轮机的工作后，燃气温度和压力均下降。
排气系统将残余燃气排出燃气轮机，进入大气中。
三、燃气轮机的特点与优势1. 高效率：相比于蒸汽轮机，燃气轮机拥有更高的实际功率和热效率，能够更充分地利用燃气的能量。
2. 快速启动：燃气轮机的启动时间相对较短，可以在数分钟内达到额定工况。
3. 灵活性：燃气轮机由于结构简单，响应速度快，适用于大范围的负荷变化，具有较好的负载调节性能。
4. 环保性：燃气轮机燃烧过程中的烟气排放较少，对环境污染较低。
四、燃气轮机的应用领域燃气轮机由于其高效率、快速启动和灵活性的优势，广泛应用于各个领域。
以下是燃气轮机的几个主要应用领域：1. 发电行业：燃气轮机广泛用于电力厂的发电设备，可以有效提供稳定可靠的电力供应。
2. 航空航天产业：燃气轮机被用于飞机、火箭等航空航天器的推进系统，提供动力支持。
燃气轮机工作原理
燃气轮机工作原理燃气轮机是一种以燃气作为工作介质，通过气体膨胀驱动涡轮，从而将燃料的热能转化为机械能的设备。
其工作原理主要包括压气机、燃烧室和涡轮机三个关键部分。
一、压气机压气机是燃气轮机中的关键组件，其主要功能是将空气压缩，并提供高压气体给燃烧室。
当空气从压气机的进气口进入时，经过多级叶片的压缩，气压逐渐升高。
叶轮运转过程中，由于高速流动的气体受到叶片作用的连续压缩，达到更高的压力。
压缩后的空气被传送至下一个关键组件——燃烧室。
二、燃烧室燃烧室是燃气轮机中进行燃烧过程的地方。
压缩后的空气通过喷嘴喷出，并与燃料混合，形成可燃气体。
该混合物在高温和高压的环境下点燃，产生高温高压气体。
燃烧室内设计有特殊结构，以确保燃烧过程的稳定性和安全性。
在燃烧室中，燃料的热能被传递给工作介质，使气体的温度和压力大幅增加。
三、涡轮机涡轮机是燃气轮机中的动力转换器，主要由高压涡轮和低压涡轮组成。
高温高压气体从燃烧室排出，经过高压涡轮叶片的推动，使其旋转。
旋转的高压涡轮带动同轴的低压涡轮旋转，从而将气体的动能转化为机械能。
涡轮机带动轴上的机械装置旋转，例如飞机的螺旋桨或发电机的发电机组，进而实现不同的功效。
燃气轮机的工作原理相对简单，但在实际运行中，需要注意几个重要问题。
首先，燃烧室中的燃料混合比例需精确掌握，以保证燃烧过程的高效和安全。
其次，良好的液压系统和供气系统是燃气轮机工作的前提条件，必须确保燃气轮机能够获得所需的动力和稳定的工作状态。
此外，对于长时间运行的燃气轮机，还需要定期检修和维护，以确保其性能的稳定和可靠。
总结起来，燃气轮机的工作原理可以归纳为经过压气机将空气压缩，经过燃烧室中燃料的燃烧，产生高温高压气体，再通过涡轮机将气体的动能转化为机械能。
燃气轮机在航空、能源以及工业领域发挥着重要的作用，其工作原理的理解对于提高能源利用效率和推动相关领域的发展具有重要意义。
航空燃气涡轮发动机原理,王琴芳
航空燃气涡轮发动机原理引言航空燃气涡轮发动机（Gas Turbine Engine）是一种利用燃烧产生的高温高压气体驱动涡轮，从而产生推力的发动机。
它广泛应用于现代航空领域，是飞机的主要动力装置之一。
本文将详细解释航空燃气涡轮发动机的基本原理，包括工作循环、组成部分以及运行过程。
工作循环航空燃气涡轮发动机的工作循环主要包括压缩、燃烧和膨胀三个过程。
1.压缩（Compression）：在这个过程中，来自外部的空气经过进气口进入发动机，并经过多级压缩器（Compressor）进行压缩。
压缩器由多个转子和定子组成，通过旋转运动将空气逐渐压缩，并提高其温度和压力。
2.燃烧（Combustion）：在这个过程中，经过压缩后的空气进入到燃烧室（Combustion Chamber），与喷入的燃料混合并点燃。
燃烧产生的高温高压气体通过喷嘴喷向涡轮（Turbine）。
3.膨胀（Expansion）：在这个过程中，高温高压气体经过涡轮的作用，使其旋转并释放出能量。
涡轮与压缩机共用一根轴，因此涡轮的旋转也会带动压缩机的旋转。
同时，涡轮还通过输出轴将剩余的能量传递给飞机的推进系统，产生推力。
组成部分航空燃气涡轮发动机由多个组成部分构成，下面将对每个部分进行详细解释。
1.进气系统（Inlet System）：进气系统负责将外界空气引入发动机内部，并通过滤清器去除杂质。
进气口通常位于飞机的前部，并采用特殊设计以确保稳定流量和适当压力。
2.压缩系统（Compression System）：压缩系统由多级压缩器组成，其中的转子和定子通过旋转运动将空气逐渐压缩。
这样做不仅提高了空气的密度和温度，也为燃烧提供了必要的条件。
3.燃烧室（Combustion Chamber）：燃烧室是将压缩空气与喷入的燃料混合并点燃的地方。
在燃烧过程中，释放出的能量会使气体温度和压力升高，为后续的膨胀提供动力。
4.涡轮（Turbine）：涡轮是航空燃气涡轮发动机中最重要的组成部分之一。
(861)航空燃气轮机原理
(861)航空燃气轮机原理
航空燃气轮机是一种使用燃气作为动力源的内燃机，其工作原理可以简述为燃烧气体通过喷嘴喷射到高速旋转的涡轮上，使得涡轮转动，并通过轴将动能传递给工作设备，最终产生推力或者做功。
航空燃气轮机主要由压气机、燃烧室和涡轮组成。
首先，空气通过进气道经过压气机被压缩。
压气机是由一系列圆盘或叶片组成的，当空气通过叶片时，叶片对空气施加作用力，将空气压缩。
压气机的任务是提供高密度的压缩空气。
然后，压缩后的空气进入燃烧室。
燃烧室内喷入燃油并点火，形成高温高压的燃烧气体，这些燃烧气体能够释放出巨大的热能。
燃烧气体通过喷嘴进入涡轮，由于喷嘴的作用，燃烧气体以高速喷射到涡轮叶片上，使涡轮旋转起来。
涡轮一般是由多级叶片组成的，其中前级涡轮通过轴与压气机相连，驱动压气机工作，后级涡轮通过轴与外部设备（例如飞机的螺旋桨）相连，产生推力。
涡轮旋转的同时，废气被排出，进一步利用余热燃烧废气发电，提高热效率。
总之，航空燃气轮机通过压缩空气，燃烧燃油产生高温高压气体，并利用这些气体的动能来驱动涡轮旋转，从而实现飞机的
推进。
由于其高效、可靠等特点，航空燃气轮机已经成为现代商用飞机和军用飞机的主要动力装置。
燃气轮机工作原理与应用技术
燃气轮机工作原理与应用技术燃气轮机是一种能够将燃料的热能转化为动能的发电机组，被广泛应用于发电、航空、船舶等领域。
本文旨在介绍燃气轮机的工作原理和应用技术。
一. 燃气轮机的工作原理燃气轮机的基本构成包括压气机、燃烧室、涡轮和发电机。
其工作原理可以简单概括为：压缩来自空气压力机的压缩空气，送入燃烧室燃烧燃料，产生高温高压气流，通过涡轮转子驱动发电机发电，同时排出尾气。
1. 压气机压气机的作用是将空气压缩并提高压力，为下一步的燃烧提供充足的氧气。
一般情况下，燃气轮机会使用多级离心式压气机，它的作用是将来自空气压力机的空气进行多级压缩，以达到较高的压力和温度。
2. 燃烧室燃烧室是将燃料燃烧，产生高温高压气流的空间。
在燃烧室中，燃料喷射器将燃料喷入燃烧室中，随后点火引燃。
经过燃烧后，气流温度达到1000℃以上，并且压力增加。
3. 涡轮涡轮是燃气轮机中最重要的组成部分之一。
涡轮的作用是将由燃烧室排出的高温高压气流转化为机械能，启动发电机转子，发电机转子通过旋转发电。
通常，燃气轮机会采用多级叶轮式涡轮，不同级数叶片的转速和角度不同，以适应不同的压力和温度。
4. 发电机发电机是将涡轮输出的机械能转化为电能的装置。
发电机一般采用在转子上安装绕组的感应式发电机。
整个燃气轮机的工作过程，最终会输出电能。
二. 燃气轮机的应用技术燃气轮机作为一种高效能、节能、环保的发电机组，具有着广泛的应用领域。
1. 发电在发电领域，燃气轮机可以单独或者联合热电联产的方式来输出电能和热能，具有高效能、低污染等优点。
另外，由于其响应速度较快，可以在短时间内投入运行，满足紧急情况下的电力需求。
2. 航空领域燃气轮机在航空领域中可以作为飞机推进装置，为飞机提供动力。
燃气轮机具有高可靠性、高效能、快速响应等优点，很好地满足了航空领域对发动机的高要求。
3. 船舶领域燃气轮机在船舶领域中可以作为动力装置，为船只提供足够的动力。
燃气轮机具有启动响应快、可调速、低振动、低噪音等优点，非常适合船舶的工作环境。
第二章航空燃气轮机的工作原理
第2章航空燃气轮机的工作原理Principle of Aero Gasturbine Engine第2.1节概述Introduction涡轮喷气发动机是航空燃气轮机中最简单的一种，它是飞机的动力装置。
涡轮喷气发动机在工作时，连续不断地吸入空气，空气在发动机中经过压缩、燃烧和膨胀过程产生高温高压燃气从尾喷管喷出，流过发动机的气体动量增加，使发动机产生反作用推力（图2.1.1）图2.1.1 单轴涡轮喷气发动机涡轮喷气发动机（图2.1.2）作为一个热机，它将燃料的热能转变为机械能。
涡轮喷气发动机同时又作为一个推进器（，它利用产生的机械能使发动机获得推力。
图2.1.2 表示热机和推进器的单轴涡轮喷气发动机涡轮喷气发动机，作为热机，它和工程中常见的活塞式发动机一样，都是以空气和燃气作为工作介质。
它们的相同之处为：均以空气和燃气作为工作介质。
它们都是先把空气吸进发动机，经过压缩增加空气的压力，经过燃烧增加气体的温度，然后使燃气膨胀作功。
燃气在膨胀过程中所作的功要比空气在压缩过程中所消耗的功大得多。
这是因为燃气是在高温下膨胀的，于是就有一部分富余的膨胀功可以被利用。
它们的不同之处为：•进入活塞式发动机的空气不是连续的；而进入燃气轮机的空气是连续的。
•活塞式发动机中喷油燃烧是在一个密闭的固定空间里，称为等容燃烧，而燃气轮机则在前后畅通的流动过程中喷油燃烧，若不计流动损失，则燃烧前后压力不变，故称为等压燃烧。
下面给出了涡轮喷气发动机的简图，图中标出了发动机各部件名称和各个截面的符号。
对于单轴和双轴涡轮喷气发动机的尾喷管，若为收敛性喷管，其出口截面9在临界或超临界状态下成为临界截面，故也可以标注为8。
0---远前方，1---发动机进气道入口，2---压气机入口，3---燃烧室入口,4---涡轮入口，5---尾喷管入口，8---尾喷管临界截面,9---尾喷管出口图 2.1.3涡轮喷气发动机各部分名称请记住上图涡轮喷气发动机各个截面符号的含义。
航空燃气轮机原理
航空燃气轮机原理航空燃气轮机是现代飞机动力系统的核心部件之一，它以其高效、可靠的特点成为了飞机动力系统的主力。
那么，究竟航空燃气轮机是如何工作的呢？接下来，我们将深入探讨航空燃气轮机的原理。
首先，我们来了解一下航空燃气轮机的基本构成。
航空燃气轮机主要由压气机、燃烧室、涡轮和推力矢量控制系统组成。
其中，压气机负责将大气中的空气压缩，提高空气的密度；燃烧室将压缩后的空气与燃料充分混合并燃烧，产生高温高压的燃气；涡轮则利用燃气的高温高压能量驱动风扇和压气机，推力矢量控制系统则用于调节发动机喷口的方向，从而实现飞机的姿态控制。
其次，我们来了解一下航空燃气轮机的工作原理。
当飞机起飞时，航空燃气轮机开始工作。
首先，压气机将大气中的空气压缩，提高空气的密度，然后将高压空气送入燃烧室。
在燃烧室内，高压空气与燃料充分混合并燃烧，产生高温高压的燃气。
随后，这些高温高压的燃气驱动涡轮旋转，涡轮带动风扇和压气机工作，产生推力。
最终，推力矢量控制系统调节发动机喷口的方向，实现飞机的姿态控制，飞机顺利起飞。
再者，我们来了解一下航空燃气轮机的优势。
相比于传统的活塞发动机，航空燃气轮机具有功率重量比高、燃料效率高、可靠性高、噪音低等优势。
这使得航空燃气轮机成为了现代飞机动力系统的主力，广泛应用于商用飞机、军用飞机以及直升机等领域。
最后，我们来了解一下航空燃气轮机的发展趋势。
随着科技的不断进步，航空燃气轮机的技术也在不断创新。
未来，航空燃气轮机将更加注重环保、节能和智能化，同时也将更加注重减少噪音和提高可靠性，以满足不断发展的航空市场需求。
综上所述，航空燃气轮机作为现代飞机动力系统的主力，其原理清晰明了，工作高效可靠，优势明显，发展前景广阔。
相信随着科技的不断进步，航空燃气轮机将会迎来更加美好的未来。
燃气轮机的工作原理
燃气轮机的工作原理
燃气轮机是一种利用燃料燃烧产生高温高压气体做工质，通过气流转动涡轮，再将动能转化为机械能的装置。
以下是燃气轮机的工作原理：
1. 空气进气：燃气轮机的工作过程始于将空气引入进气道中。
为了达到更高的效率，一般会采用压气机提升空气的压力，以增加进气气流量。
2. 燃料燃烧：在压缩后的空气进入燃烧室之前，燃料被喷入燃烧室进行燃烧。
通常情况下，燃料燃烧产生的热量会使气体的温度和压力升高。
3. 气体膨胀：经过燃烧室燃烧后，高温高压气体进入涡轮机，气体的动能随之转化为涡轮得以旋转。
4. 涡轮工作：涡轮由多个叶片组成，这些叶片被高速旋转的气体冲击，使得涡轮自身也随之旋转。
涡轮旋转的目的是为了将气体流动时的动能转化为机械能。
5. 惯性运动：涡轮和轴传动装置的联系使得涡轮的运动将会传递给其他设备，如发电机或驱动船只的螺旋桨。
同时，惯性使得涡轮与压气机相互影响，构成了一个循环的工作系统。
6. 排气：气体工作完毕后，通过排气道排出。
部分排出的热能可以用于发电或供热。
总结起来，燃气轮机通过燃烧燃料产生高温高压气体，通过涡轮转动的方式将气体的动能转化为机械能，最终实现能量的利用。
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•p-V
•4
•V
ü 3’~4 在尾喷管或动力涡轮中 完成，单位工质所做的功为。
p总机械功：
•*
•航空发动机原理
•22
• 2.1.2 燃气发生器的理想循环和实际循
环
• （3）理想燃气轮机循环分析
•p •2 •3
④ 等压放热过程 4~1
p整个过程是向大气放热； p 机械功为0：
p总放热量为：
•1
•0 •p-V
•
p 工质吸热量：
•1
•0 •p-V
•4
•V
•为 循环的加热比
•*
•航空发动机原理
•21
• 2.1.2 燃气发生器的理想循环和实际循
环
• （3）理想燃气轮机循环分析
•p •2 •3
③ 绝热膨胀过程 3~4
p整个过程吸热为0；
p两个阶段：
•1
ü 3~3’ 在涡轮中完成，涡轮从
•0
工质中获得的机械功为：
•*
•航空发动机原理
•3 •3
• §2.1 航空燃气轮机工作原理
• 2.1.1 发动机组成及简图 ➢ 发动机组成
•*
•航空发动机原理
•4 •4
• 2.1.1 发动机组成及简图
•*
•航空发动机原理
•5
• 2.1.1 发动机组成及简图
•*
•航空发动机原理
•6
• 2.1.1 发动机组成及简图
•*
•航空发动机原理
（排热过程除外）和机械损失。
•*
•航空发动机原理
•17
• 2.1.2 燃气发生器的理想循环和实际循
环 • 1. 理想循环
•p •2 •3
•2
•B
•3
•T
•0
•C •1
•T
•4
•图2.15 燃气轮机循环布置 图
•1-2 绝热压缩 2-3 等压加热 •3-4 绝热膨胀 4-1 等压放热
•0
•*
•航空发动机原理
• 2.1.1 发动机组成及简图
•*
•航空发动机原理
•13
• 2.1.1 发动机组成及简图
•*
•航空发动机原理
•14
• 2.1.1 发动机组成及简图
•*
•航空发动机原理
•15
• 2.1.1 发动机组成及简图
•*
•航空发动机原理
•16
• §2.1 航空燃气轮机工作原理
• 2.1.2 燃气发生器的理想循环和实际循 环
l 燃气发生器是各类燃气轮机的热机部分，
• 包括压气机、燃烧室和带动压气机的那部分涡轮 。
l 原理：利用工质重复地进行某些工作过程同时不断 吸热做功。
l 理想循环
p 工质为空气，为理想气体，其比热为常数，不随 气体温度和压力而变化。
p 整个工作过程没有流动损失，压缩过程与膨胀过
程为绝热等熵，燃烧前后压力不变，没有热损失
第二部分航空燃气轮机 的工作原理
2020年7月10日星期五
课程结构
➢ 绪论
航空发动机发动机发展回顾与展望 第11章
➢ 第一部分 热力学和气体动力学基础 第1章
➢ 第二部分 航空燃气轮机的工作原理 第2章
➢ 第三部分 发动机部件工作特性 第3,4章
➢ 第四部分 典型发动机工作特性 第5,6,7,8,9章
•1
•p-V
•4
•V
•3
•2
•1
•T-S
•4
•S
•18
• 2.1.2 燃气发生器的理想循环和实际循 环
• 1. 理想循环
• （1）衡量燃气发生器性能的指标
① 热效率
：加入每千克空气的热量中所能产生的可用功与所加热量之比
。
② 比功 ：单位质量空气所作的功。
• （2）表示理想燃气轮机循环工作状态的参数
① 增压比 ：压气机出口静压与周围大气压力之比。
② 加热比 ：燃烧室出口温度与外界大气温度之比。
• （3）理想燃气轮机循环分析
• •能量方程式
•*
•航空发动机原理
•19
• 2.1.2 燃气发生器的理想循环和实际循
环
• （3）理想燃气轮机循环分析
•p •2 •3
① 绝热压缩过程 1~2
p整个过程吸热为0；
•1
•*
•航空发动机原理
•4
•26
• 2.1.2 燃气发生器的理想循环和实际循
环 • 2. 实际循环
•p •2 •3
•1-2 多变压缩n >k •3-4 多变膨胀n’<k
2-3 等压加热 4-1 等压放热
n 表明压缩过程流动损失：
•1
•4
•绝热压缩效率
•*
•航空发动机原理
•27
• 2.1.2 燃气发生器的理想循环和实际循
p两个阶段：
ü 1~1’ 迎面高速气流在进气道
•0
中的绝能流动，使工质减速增；
•压；
•1
•p-V
•4
•V
ü 1’~1 压气机对工质做功。
p总机械功：
•*
•航空发动机原理
•20
• 2.1.2 燃气发生器的理想循环和实际循
环
• （3）理想燃气轮机循环分析
•p •2 •3
② 等压加热过程 1~2
p 在燃烧室内完成； p 工质所做的机械功为0：
和 ，热效率
之间的关
① 理想燃气轮机的热效率 只与增压比 有关， 随 增大而单调增加； ② 在加热比 一定得条件下，有一个使比功达最大值的增压比，称为最佳增压
比，记为 ，最佳增压比随加热比 增大而增大； ③ 加热量和比功不仅与增压比 有关，还和加热比 有关
•*
•航空发动机原理
•25
• 2.1.2 燃气发生器的理想循环和实际循
•4
•V
•*
•航空发动机原理
•23
• 2.1.2 燃气发生器的理想循环和实际循 环
• （3）理想燃气轮机循环分析
p 吸热量 p 放热量
p 比功
•或
p 热效率
•*
•航空发动机原理
•24
• 2.1.2 燃气发生器的理想循环和实际循 环
• （3）理想燃气轮机循环分析
•分析： 增压比
•
吸热量
系
，加热比 ，比功
•7
• 2.1.1 发动机组成及简图
•*
•航空发动机原理
•8
• 2.1.1 发动机组成及简图
•*
•航空发动机原理
•9
• 2.1.1 发动机组成及简图
•*
•航空发动机原理
•10
• 2.1.1 发动机组成及简图
•*
•航空发动机原理
•11
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
• 2.1.1 发动机组成及简图
•*
•航空发动机原理
•12
➢ 第五部分 其他发动机机简介 第10章
•*
•航空发动机原理
•2 •2
•第二部分 航空燃气轮机的工作原理
§ 2.1 航空燃气轮机工作原理
2.1.1 发动机组成及简图 2.1.2 燃气发生器的理想循环和实际循环 2.1.3 双轴式结构的燃气发生器 2.1.4 核心机
§ 2.2 涡喷发动机推力的计算 § 2.3 航空燃气轮机的性能指标及效率
环 • 2. 实际循环
① 在压缩和膨胀两个绝热过程中，由于存
在流动损失，过程中熵增加，因此将绝 •p •2
热过程改成多变过程，n代替k。
•3
② 把燃烧室的压力损失归入总的膨胀过程
，而燃烧过程仍可看做等压加热过程。
•1-2 多变压缩n >k 2-3 等压加热
•3-4 多变膨胀n’<k 4-1 等压放热