涡轮喷气发动机力循环

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。