发动机原理(航空)课件：第一章第一节-涡轮喷气发动机热力循环.ppt

1、第一章第一章航空燃气涡轮发动机航空燃气涡轮发动机工作原理工作原理第一章第一章航空燃气涡轮发动机工作原理航空燃气涡轮发动机工作原理 第一节第一节 涡轮喷气发动机热力循环涡轮喷气发动机热力循环 第二节第二节 推力公式推力公式 第三节第三节 性能指标和基本要求性能指标和基本要求 第四节第四节 能量转换与效率能量转换与效率 第五节第五节 发展方向发展方向2022年11月27日2第一章第一章航空燃气涡轮发动机工作原理航空燃气涡轮发动机工作原理 第一节第一节 涡轮喷气发动机热力循环涡轮喷气发动机热力循环 第二节第二节 推力公式推力公式 第三节第三节 性能指标和基本要求性能指标和基本要求 第四节第四节 能量

2、转换与效率能量转换与效率 第五节第五节 发展方向发展方向2022年11月27日3第一节第一节 涡轮喷气发动机热力循环涡轮喷气发动机热力循环 一、组成一、组成 五大主要部件：五大主要部件：进气道、压气机、燃烧室、涡轮、尾喷管进气道、压气机、燃烧室、涡轮、尾喷管2022年11月27日4第一节第一节 涡轮喷气发动机热力循环涡轮喷气发动机热力循环 一、组成一、组成 附件系统附件系统燃油系统、起动系统、滑油系统燃油系统、起动系统、滑油系统2022年11月27日5二、工作过程二、工作过程 工作过程示意工作过程示意 进气道：输送工质（空气）进气道：输送工质（空气）压气机：压缩空气，提高压力压气机：压缩空气，

3、提高压力 燃烧室：加热气体，提高总温燃烧室：加热气体，提高总温 涡轮：气体膨胀做功，推动涡轮旋转，通涡轮：气体膨胀做功，推动涡轮旋转，通过连接轴驱动压气机过连接轴驱动压气机 尾喷管：气体膨胀加速，高速喷出，产生尾喷管：气体膨胀加速，高速喷出，产生推力推力2022年11月27日6二、工作过程二、工作过程2022年11月27日7三、理想循环三、理想循环 热力学基础热力学基础2022年11月27日8三、理想循环三、理想循环 假设：假设：1）工质为空气；）工质为空气；2）忽略流动损失；）忽略流动损失；3）气流在尾喷管）气流在尾喷管达到完全膨胀。达到完全膨胀。2022年11月27日9三、理想循环三、理想

4、循环 布莱顿（布莱顿（Braton）循环，四个热力过程）循环，四个热力过程 0 2：等熵压缩等熵压缩2 3：等压加热等压加热3 9：等熵膨胀等熵膨胀9 0：等压放热等压放热2022年11月27日10三、理想循环三、理想循环 加热量加热量q1 2022年11月27日11*132()pqCTT三、理想循环三、理想循环 放热量放热量q22022年11月27日12290()pqCTT三、理想循环三、理想循环 循环功：循环功：2022年11月27日1312Wqq三、理想循环三、理想循环 热效率热效率2022年11月27日141211thqqWqq三、理想循环三、理想循环 如何提高循环热效率？如何提高循环

5、热效率？如何提高循环功？如何提高循环功？2022年11月27日15三、理想循环三、理想循环-热效率热效率2022年11月27日161221190*32900*32*21()1()(1)1(1)thppppqqqqqc TTc TTTc TTTc TT *3290*3209pppppppp*1133220099(),()pTpTpTpT*113209*3*02()()TTTTTTTT9三、理想循环三、理想循环-热效率热效率2022年11月27日171221190*32900*32*21()1()(1)1(1)thppppqqqqqc TTc TTTc TTTc TT 0*220111thTTTT

6、 *20PP*12200()pTpT111th 1*20TT=三、理想循环三、理想循环-热效率热效率 理想循环热效率只与循环理想循环热效率只与循环增压比增压比有关，且有关，且与循环增压比成与循环增压比成正比正比。2022年11月27日18111th 三、理想循环三、理想循环-循环功循环功2022年11月27日19132320100()1()(1)thpthpWqc TTTTc TTT*310eTT*01()(1)pWc Tee三、理想循环三、理想循环-循环功循环功 理想循环功与循环理想循环功与循环加热比加热比成成正比正比。存在有使理想循环功达最大的循环增压比存在有使理想循环功达最大的循环增压比

7、称为称为最佳增压比最佳增压比 opt2022年11月27日2001()(1)pWc Tee2(1)opt三、理想循环三、理想循环 如何提高循环热效率？如何提高循环热效率？提高增压比。提高增压比。如何提高循环功？如何提高循环功？提高加热比；提高加热比；寻找最佳增压比。寻找最佳增压比。2022年11月27日21四、实际循环四、实际循环 各部件损失和热力各部件损失和热力过程的不可逆性过程的不可逆性 加热前后工质成分加热前后工质成分发生变化发生变化2022年11月27日22四、实际循环四、实际循环 实际循环，四个热力过程实际循环，四个热力过程 0 2：多变压缩多变压缩2 3：不等压加热不等压加热3 9

8、：多变膨胀多变膨胀9 0：等压放热等压放热2022年11月27日23四、实际循环四、实际循环 加热量加热量q1 2022年11月27日24*132()pqCTT四、实际循环四、实际循环 放热量放热量q22022年11月27日25290()pqCTT四、实际循环四、实际循环 循环功循环功 热效率热效率2022年11月27日261211thqqWqq12Wqq四、实际循环四、实际循环 由于热力过程损失的存在：由于热力过程损失的存在：实际循环效率除受增压比影响外，还受实际循环效率除受增压比影响外，还受加热比加热比以及以及压缩过程压缩过程和和膨胀过程效率膨胀过程效率影响，且比理想影响，且比理想循环热效

9、率循环热效率低低；实际循环功实际循环功低于低于理想循环功。理想循环功。2022年11月27日27(,)(,)thcecefWf 五、结论五、结论1.为提高循环为提高循环热效率热效率，应尽可能提高循环，应尽可能提高循环增增压比压比2.为提高为提高循环功循环功，应尽可能提高循环，应尽可能提高循环加热比加热比3.存在有存在有最佳增压比最佳增压比，使，使循环功循环功最大，增压最大，增压比过大将使循环功减小比过大将使循环功减小4.提高循环加热比使循环最佳增压比增加提高循环加热比使循环最佳增压比增加5.提高提高部件效率部件效率有利于提高循环功和热效率有利于提高循环功和热效率2022年11月27日28发动机

10、热力基础发动机热力基础1、理想气体及其状态方程、理想气体及其状态方程 pv=RT2022年11月27日29发动机热力基础发动机热力基础2、比热容和热量、比热容和热量 Q=mc（T2-T1）定容加热：定容加热：Qv=mcv（T2-T1）定压加热：定压加热：Qp=mcp（T2-T1）比热容比：比热容比：=cp/cv2022年11月27日30发动机热力基础发动机热力基础3、工质的内能与外功、工质的内能与外功 u=u（T）J/kg u=u2-u1=qv=cv（T2-T1）dW=pdv 2022年11月27日3121vvpdvW发动机热力基础发动机热力基础4、工质的焓、工质的焓 h=u+pv J/kg

11、h=u(T)+RT=h(T)qp=cp(T2-T1)=(cv+R)(T2-T1)=h cp=cv+R 2022年11月27日32发动机热力基础发动机热力基础5、热力学第一定律、热力学第一定律 热量、内能和机械能之间的相互转换和守热量、内能和机械能之间的相互转换和守恒关系。恒关系。dq=du+pdv dq=dh-vdp q=cp(T2-T1)-2022年11月27日3321ppvdp发动机热力基础发动机热力基础6、热力过程、热力过程 定容过程：定容过程：W=0 q=u=cv(T2-T1)定压过程：定压过程：u=cv(T2-T1)W=R（T2-T1）q=u+W=cp(T2-T1)定温过程：定温过程：u=0 q=W 绝热过程：绝热过程：pv=常数常数 2022年11月27日341211lnvvvpW)(121TTRW发动机热力基础发动机热力基础7.熵熵抽象的热力学参数，反应体系的混乱程度抽象的热力学参数，反应体系的混乱程度ds=dq/T J/kg K热能除以温度所得的商，标志热量转化为功热能除以温度所得的商，标志热量转化为功的程度。的程度。状态参数，与过程无关，通常计算变化量。状态参数，与过程无关，通常计算变化量。热力学第二定律：自发的热力学过程总是沿热力学第二定律：自发的热力学过程总是沿着熵增的方向进行。着熵增的方向进行。2022年11月27日35