涡轮喷气发动机力循环
工程热力学喷气发动机联合循环的工作原理及特点
工程热力学喷气发动机联合循环的工作原理及特点喷气发动机是一种常见的动力装置，广泛应用于航空、航天和工业领域。
为了提高发动机的热效率和功率输出，工程热力学中提出了喷气发动机联合循环的概念。
本文将详细介绍喷气发动机联合循环的工作原理以及其特点。
一、工作原理1. 简介喷气发动机联合循环是一种将燃烧室废气与蒸汽动力循环相结合的系统。
在传统的喷气发动机中，大量废气含有高温高能量，而这些废气通常会被直接排放。
而联合循环则利用这些废气，通过燃烧室后的烟气余热来产生蒸汽，再将蒸汽作为额外的工作物质来驱动涡轮，从而提高热效率。
2. 工作流程联合循环的工作流程包括废气余热回收、蒸汽发生、蒸汽冷凝和蒸汽动力循环四个主要步骤。
废气余热回收：燃烧室内产生的高温废气通过换热器进行余热回收，将烟气温度降低至合适的蒸汽发生温度。
蒸汽发生：降温后的废气进入蒸汽发生器，与水进行热交换，使水变为高温高压蒸汽。
蒸汽冷凝：蒸汽通过涡轮推动发电机或其他设备工作，然后进入冷凝器，在冷凝器中与冷却介质进行热交换，变为液体。
蒸汽动力循环：冷凝后的液体被泵送至蒸汽发生器，再次参与蒸汽循环。
二、特点1. 提高热效率联合循环通过废气余热回收和额外的蒸汽动力循环，使废气中的热能得到充分利用，提高了整个系统的热效率。
相较于传统的喷气发动机，联合循环的热效率可提高5-10个百分点。
2. 减少排放联合循环可以减少废气排放，降低对环境的负荷。
废气中的热能被充分回收利用，减少了烟气的温度和排放量，降低了对大气的污染。
3. 提升动力输出利用额外的蒸汽动力循环，喷气发动机的动力输出可以得到进一步提升。
蒸汽的加入增加了额外的工作物质，提高了整个系统的功率。
4. 延长发动机寿命联合循环利用蒸汽冷凝产生的液体作为润滑剂，可在一定程度上减少机件的磨损和热蚀，延长发动机的使用寿命。
5. 多能源适应性联合循环不仅可以利用传统的燃油发生热再利用，还能与其他能源相结合，如天然气、生物质和核能等，具有较强的多能源适应性。
航空燃气涡轮发动机概述
w0 = Cp(T3- T2)- Cp(T4- T1) 式中：T1、T2、T3、T4分别为工质状态 1、2、3、4时的温度。
布莱顿循环的理想循环效率为：
T
w0 q1
1 q2 q1
1 T4 T1 T3 T2
结构简单,重量轻, 推力大, 推进效率高 在很大的飞行速度范围内, 发动机的推力随飞行速度的
增加而增加
（2）涡轮风扇发动机（Spey，JT8D，CFM56）
涵道比： 外涵道空气流量/内涵道空气流量
高涵道比涡扇发动机
三叉戟飞机（装备三台Spey）
CFM56涡扇发动机
低涵道比涡扇发动机
涡轮风扇发动机
涡喷发动机推重比为3.5~4 涡轮风扇发动机推重比达8以上
4、单位迎面推力FA
定义：发动机推力/发动机最大迎风面积
最大迎风面积相同时，FA越大，推力F越大 推力F相同时，FA越大，发动机迎风面积越小
（二）经济性能指标
1、燃油消耗量Gf（单位kg/s，kg/h） 定义：单位时间内所消耗的燃油量
推力相同时，Gf越小越好 2、单位燃油消耗率sfc(单位kg/h N,kg/h daN ) 定义：产生一牛顿推力每小时所消耗的燃油量
改写为：
T
1 T4 T1 T3 T2
1 T1(T4 T1 1) T2 (T3 T2 1)
因为１－２和３－４为绝热过程，所以：
T1
(
p1
k 1
)k
T2 p2
T4
(
p4
)
k 1 k
T3 p3
涡轮喷气发动机的推力产生原理
涡轮喷气发动机的推力产生原理涡轮喷气发动机是一种常见的航空发动机，其推力产生原理主要涉及到气体压缩、燃烧和喷射三个方面。
涡轮喷气发动机的推力产生是通过气体的压缩来实现的。
当空气进入发动机内部时，首先经过进气道被压缩。
进气道内部设置了一系列的转子和定子，通过它们的相对运动，将空气压缩。
在转子的作用下，进气道内的空气被迫缩小截面积，从而导致空气分子之间的碰撞频率增加，分子的平均动能增加，使得气体温度和压力都得到提高。
这种压缩能够增加气体的密度和能量，为后续的燃烧提供了条件。
涡轮喷气发动机的推力产生还涉及到燃烧过程。
在压缩后，高温高压的空气进入燃烧室。
燃烧室内喷入燃料，并在火花的点燃下，燃料与空气发生燃烧反应。
燃烧过程中，燃料氧化产生大量的热能，使得气体温度和压力进一步增加。
燃烧产生的高温高压气体迅速膨胀，推动了燃烧室的尾部，形成了高速的喷气流。
涡轮喷气发动机的推力产生还依靠喷射原理。
由于燃烧产生的高温高压气体具有很高的动能，喷气发动机通过向后喷射这些燃烧产物实现推力的产生。
在发动机尾部设置了喷管，喷管内部有一系列的导向叶片和扩张段，通过喷管内部的喷气流的加速和扩张，将高速高温的气体转化为高速的喷气流。
喷气流向后喷射，产生了相反方向的冲量，即推力。
喷气流的速度和喷气量决定了推力的大小，同时也受到喷管的设计和流体力学原理的影响。
总结起来，涡轮喷气发动机的推力产生原理是通过气体的压缩、燃烧和喷射三个过程相互作用来实现的。
首先，空气被压缩，增加了气体的密度和能量；然后，燃料与空气发生燃烧反应，产生高温高压气体；最后，喷射这些高速喷气流，产生了推力。
这种推力产生原理是涡轮喷气发动机能够提供强大动力的基础。
涡轮喷气发动机在航空领域具有广泛的应用，其独特的推力产生原理使其成为现代航空的重要组成部分。
涡轮喷气发动机的推力产生原理
涡轮喷气发动机的推力产生原理涡轮喷气发动机的推力产生原理是基于牛顿第三定律——作用力与反作用力相等反向。
具体来说，涡轮喷气发动机通过燃烧燃料使得高温高压的气体产生，并通过喷嘴喷出，气体的喷出形成了一个快速的喷气流，同时也产生了一种反向的推力。
涡轮喷气发动机包括了压气机、燃烧室、涡轮和喷管等组成部分。
当空气通过压气机进入燃烧室时，燃料被喷入并与空气混合并燃烧，产生高温高压的燃烧气体。
这些气体通过喷嘴喷出，同时也作用在喷嘴上产生一个反向的推力。
在涡轮的部分，燃烧气体的推力作用在涡轮上，使其快速旋转。
涡轮与压气机共用同一轴线，因此旋转的涡轮带动了压气机的转动，使其能够提供更多的气体进入燃烧室，从而形成正反馈的循环，增加了喷气流的推力。
最后，在喷管部分，喷嘴所喷出的高速喷气流会与周围的空气发生相互作用，并产生一个反向的推力，进而将喷气发动机向前推动。
总结起来，涡轮喷气发动机的推力产生可以归结为燃烧气体的推力作用在涡轮上，推动压气机旋转，进而使燃烧室中产生更多的推力气体，并通过喷嘴喷出形成高速喷气流，从而产生一个反向的推力。
涡轮喷气发动机工作原理
涡轮喷气发动机工作原理涡轮喷气发动机作为一种最常见和应用最广泛的内燃机，其工作原理是基于空气动力学和热力学原理，通过高速旋转的轴，将压缩空气与燃料充分混合，引燃后产生高温高压气体，通过喷嘴排出产生的高速气流以产生推力。
本文将详细介绍涡轮喷气发动机的工作原理。
一、压缩空气涡轮喷气发动机的工作原理首先需要实现对空气的压缩。
首先，来自飞机外部的空气通过进气道进入到压气机，然后经过压气机的旋转叶片，使空气分子加速旋转并增加能量。
在压气机中，空气经过多个级别的压缩，达到高压状态。
高压空气会被引入燃烧室中。
二、燃烧燃料在燃烧室中，高压空气与燃料的混合进入，并通过火花点燃。
燃料的点燃会引起剧烈的化学反应，产生高温高压的气流。
这一过程被称为燃烧。
三、气流加速经过燃烧后，高温高压气体会在燃气轨道内膨胀，并通过涡轮喷气发动机的涡轮部分。
涡轮和压气机旋转叶片连接在一起，通过高速旋转提供能量给压气机，同时也会产生巨大的动力，驱动飞机前进。
四、高速气流排出经过涡轮部分后，高温高压气体通过喷管排出，形成高速气流。
根据牛顿第三定律，排出气流产生的反作用力将推动发动机向前推进，从而实现飞机的推进。
同时，喷气发动机排出的气流也产生了喷气噪声。
五、循环往复涡轮喷气发动机的工作原理并不会因为一次循环而终止。
相反，引擎会不断地完成这个循环，从而持续不断地提供推力。
为了不影响发动机的性能，需要稳定供应燃料和空气，并保持涡轮的高速旋转。
总结涡轮喷气发动机的工作原理是将空气和燃料通过压缩、燃烧、加速和排出的方式产生推力。
通过高速旋转的涡轮驱动压气机和喷气嘴，实现连续的循环供应推力。
这一工作原理为现代航空业的发展做出了重要贡献，使得飞机具备了高速、远程的飞行能力。
涡轮喷气发动机工作原理的深入理解对于航空工程师和相关人员具有重要意义。
涡轮喷气发动机的原理
涡轮喷气发动机的原理
涡轮喷气发动机是一种常见的航空发动机，也被广泛应用于汽车和发电工业中。
它的工作原理可以简单概括为空气进入发动机，然后通过一系列的流体动力学过程进行加速，最终产生动力输出。
首先，空气通过发动机的进气口进入压气机，进气口通常设计为扇叶状，旨在引导空气流动。
压气机由多级旋转叶片组成，叶片的作用是将空气压缩，从而提高空气的密度和压力。
在这一过程中，压气机的转子会使得气流的速度加快，从而将空气压缩为高压状态。
接下来，压缩后的空气进入燃烧室，与燃料混合并点燃。
燃料的点燃产生高温高压的燃气，燃气的膨胀会使燃烧室的压力增加，推动燃气向后流动。
同时，燃气的膨胀还会产生一个向前的推力，这是涡轮喷气发动机获得动力的重要来源之一。
然后，高温高压的燃气通过涡轮机组进入涡轮室。
涡轮室由高速旋转的涡轮和与之相连的轴组成。
燃气的能量转移到涡轮上，使得涡轮高速旋转。
涡轮的旋转产生巨大的动力，将能量传递到与其相连的轴上。
最后，轴将旋转的动力传递给压气机和其他辅助设备，驱动它们的工作。
同时，轴也通过传动装置将动力输出给飞行器的推进装置，例如涡轮风扇或涡轮喷气推进器。
这样，涡轮喷气发动机就能够将通过空气压缩和燃气膨胀产生的动能转化为推力，推动飞行器或车辆前进。
涡轮喷气发动机的工作过程可以看作是一种连续循环的过程，通过不断地吸入和压缩空气，然后加热、膨胀和排出燃气，从而不断地产生推力。
这种工作原理使得涡轮喷气发动机具有高效、高推力和可靠性强的特点，成为现代交通工具中不可或缺的动力装置。
简述涡轮喷气发动机的工作过程
简述涡轮喷气发动机的工作过程涡轮喷气发动机是一种常用于飞机和船舶等运输工具中的燃气涡轮发动机。
其工作过程主要分为压气、燃烧和推力三个阶段。
1.压气阶段。
外部空气通过发动机进气道进入压气机，压气机中的高速旋转叶片将空气压缩。
随着空气的不断被压缩，温度和密度也随之上升。
2.燃烧阶段。
进入高压压气机后的空气进入燃烧室，与燃料混合后点火燃烧。
燃烧产生的高温高压气体会通过喷嘴喷出，从而驱动发动机后方的涡轮。
3.推力阶段。
高温高压气体从燃烧室喷出后，会通过喷嘴冲向涡轮。
涡轮的高速旋转将气体的动能转化为机械能，使涡轮轴上的压气机和涡轮相互驱动。
驱动压气机不断压缩外部空气，同时将剩余的动能传递给涡轮轴，使其高速旋转。
旋转的涡轮通过轴传动将动力转化为推力，推动发动机和飞行器前进。
整个过程中，发动机需要不断吸入空气并将其压缩，然后与燃料混合并燃烧，最后产生高速喷出的气体，通过喷嘴转化为推力。
涡轮对发动机的工作起到了至关重要的作用，通过旋转驱动压缩空气和喷出高速气体，实现了涡轮喷气发动机的工作。
喷气发动机工作原理
喷气发动机工作原理
喷气发动机是一种通过喷射燃料并点燃产生高温高压气体，从而产生推力的热力发动机。
它的工作原理可以简单描述为以下几个步骤：
1. 压缩：空气通过进气口进入发动机，经过压缩器进行压缩。
压缩器通常由若干个旋转叶片组成，它们通过旋转产生的离心力将空气压缩。
2. 燃烧：压缩后的空气进入燃烧室，同时燃料通过喷油嘴被喷入燃烧室中。
这时燃料与空气混合并点燃，产生高温高压的燃气。
3. 膨胀：燃气通过喷嘴喷出，产生的高速气流推动涡轮旋转。
涡轮与压缩器通过一根轴相连，压缩器的旋转驱动着涡轮旋转。
涡轮产生的动力可以用来驱动压缩器工作。
4. 推力产生：喷出的高速气流通过喷嘴产生反作用力，从而产生推力。
根据牛顿第三定律，推力同时也会推动飞机向前运动。
喷气发动机通过以上循环过程不断提供推力，使得飞机能够飞行。
它具有高功率、高效率、适应性强的特点，在现代航空领域得到广泛应用。
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涡轮喷气发动机热力循环
组成
单转子涡轮喷气发动机是由进气道、压气机、燃烧室、涡轮、喷管五大部件组成。
各组成部分的功能如下:
进气道:将足够的空气量,以最小的流动损失顺利引入压气机；除此之外,当飞行速度大于压气机进口处的气流速度时,可以通过冲压压缩空气,提高空气的压力。
压气机:通过高速旋转的叶片对空气做功,压缩空气,提高空气的压力。
燃烧室:高压空气和燃油混合,燃烧,将化学能转变位热能,形成高压高温的燃气。
涡轮:高温高压的燃气在涡轮内膨胀,向外输出功，去带动压气机和其他附件。
喷管:使燃气继续膨胀,加速,提高燃气速度。
足够量的空气，通过进气道以最小的流动损失顺利地引入发动机。
压气机以高速旋转地叶片对空气做功压缩空气，提高空气地压力。
高压空气在燃烧室内和燃油混合，燃烧，将化学能转变为热能，形成高温高压地燃气。
高温高压地燃气首先在涡轮内膨胀，推动涡轮旋转，去带动压气机。
然后燃气在喷管内继续膨胀，加速燃气，提高燃气的速度。
使燃气以较高的速度喷出，产生推力。
发动机中压力最高的位置是在燃烧室进口,温度最高的位置是在涡轮的进口,发动机出口的压力可以等于,也可以大于外界的大气压。
中间的三个部分:压气机、燃烧室、涡轮称为燃气发生器。
燃气发生器是各种发动机的核心。
这是因为:燃气发生器可以完成发动机将热能转变为机械能的工作,即燃油在燃烧室燃烧,将化学能转变为热能；涡轮将部分热能转变为机械能；而热能转变为机械能需要在高压下进行,压气机就是来提高压力的。
燃气发生器所获得的机械能按其分配方式不同就形成了不同类型的燃气涡轮发动机,即涡扇发动机,涡桨发动机,涡轴发动机等；所以涡轮发动机中的风扇,涡桨发动机中的螺旋桨和直升机的旋翼所需的功率都来自燃气发生器。
故又称为这几种发动机的核心机。
单转子涡喷发动机的站位
为了讨论方便，表示了单转子涡喷发动机的站位规定。
0站位:发动机的远前方,那里的气流参数为 *0*
0,,,,T p V T p o ； 1站位:进气道的出口,压气机的进口,气流参数为 *1*
1
111,,,,T p V T p ； 2站位:压气机的出口,燃烧室的进口,气流参数为 *2*
2
222,,,,T p V T p ； 3站位:燃烧室的出口,涡轮的进口,气流参数为 *3*
3
333,,,,T p V T p ； 4站位:涡轮的出口,喷管的进口,气流参数为 *4*
4
444,,,,T p V T p ； 5站位:喷管的出口,气流参数为 *5*
5
555,,,,T p V T p ； 注意要区别于书上的循环过程的下标。
一、理想循环
燃气涡轮喷气发动机的理想化条件
在涡轮喷气发动机中进行的过程工质并没有完成闭合的循环。
而且所进行的过程十分复杂,其中工质与外界有热量的交换,功的交换,流动过程
存在摩擦损失,还进行了化学反应,工质由空气变为了燃气,所有这些都给研究发动机的热力循环带来困难。
为了便于对燃气涡轮喷气发动机的工作过程进行热力分析,特作了如下假设: (1)假设工质完成的是一个封闭的热力循环。
为此认为废气排入大气的过程是向冷源放热的过程，而且排出的废气和进入发动机进气道的空气的压力都接近于大气压，故将放热过程视为定压的放热过程。
(2)略去压缩与膨胀过程中工质与各部件之间的热量交换，忽略实际过程中的摩擦，用定熵过程代替。
(3)假设在燃烧室中进行的燃油燃烧释放出的热能的化学反应过程为外部热源对工质加热的过程，并且忽略由流动阻力和加热所引起的压力降低，从而用定压加热过程代替。
(4)喷入的燃油的质量忽略不计，而且假定工质是定质量的定比热容的完全
气体。
理想循环由四个过程组成： 1、等熵压缩过程
0－2是等熵的压缩过程，其中0－1是在进气道中进行的压缩过程，1－2是在压气机中进行的压缩过程； 2、定压加热
2－3是燃烧室中进行的定压加热过程； 3、等熵膨胀
3－9是等熵的膨胀过程，其中3－4是在涡轮中进行的膨胀过程，4－9是在喷管中进行的膨胀过程； 4、定压放热
9－0是在大气中进行的定压加热过程。
对于理想循环功
等压过程加热量为1q ＝**32()p c T T -
等压过程放热量为2q ＝90()p c T T - 循环的功 W ＝1q －2q
热效率t η为
t η＝
121q q q -＝1
21q q - ＝γ
γπ
11
1-- 式中引入了反映循环特性的参数－增压比π
π＝*2
p p
燃气涡轮喷气发动机理想循环的热效率
t η取决于发动机的增压比π和工质的热
容比γ。
也就是说，在γ一定的情况下，取决于空气在压缩过程中被压缩的程度，空气被压缩的程度高，则发动机的增压比π就高，发动机的热效率就高。
如果用机械能的形式表示，则循环功应当是包括进排气动能在内的总的膨胀功和压缩功之差，即
W ＝2290
22
T K v v W W +--
K W 和T W 分别表示压气机的压缩功和涡轮的膨胀功，如果两者相等，则可以得到
W ＝22
9022
v v -
二、实际循环
涡轮喷气发动机的实际循环与理想循环存在相当大的差别。
主要是因为在各部件中完成的实际热力过程存在各种损失，包括加热过程在内都是不可逆的。
此外，在加热的前后工质的成分发生变化。
1、压缩过程
进气道内外气流的滞止过程中，压气机的压缩过程中均存在多种流动损失。
压缩过程是多变指数大于γ的多变过程。
2、加热过程
存在流动损失和加热过程的热阻损失，使压力有所下降。
喷油燃烧是化学反应，工质的化学成分和流量都会有变化，因此，加热过程也不是定压加热过程。
3、膨胀过程
在涡轮和喷管中，燃气膨胀有多种流动损失，所以也是多变过程。
膨胀过程的多变指数小于γ。
这时的γ不同于空气的γ。
4、定压放热过程
除了放热本身的热量损失之外，不存在流动损失。
所以实际的放热过程与理想循环的放热过程是一致的。
实际循环分析
实际循环的工质是变换的，所以是一个开口的循环。
循环加热量
1q ＝**32()p c T T -
循环放热量
2q ＝'90()p c T T -
'p c 表示燃气的比热容
热效率t η为
t η＝
1
2
1q q q - 实际循环功
W ＝12q q -
对于涡轮喷气发动机，与理想循环一样，循环功表示为
W＝
22 90 22 v v
如果不考虑工质在燃烧室中的化学成分的变化和流量的增加，那么实际循环与理想循环在本质上的差别主要就是摩擦和加热所造成的流动损失和热阻损失。
在压缩、燃烧和膨胀的过程中，除了在燃烧室中的加热引起的热阻损失之外，都是由于摩擦而引起总压的损失，最终使喷管中实际用于膨胀以获得动能的压力下降。
所以提高热效率的一个很重要的方面就是要有高效率的部件。
，
－站位0（环境空气）－站位12（风扇进口）－站位25（高压压气机进口）－站位30（高压压气机出口）－站位49.5（级2低压涡轮静子）。