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1、第二章 发动机部件工作原理,第二章 发动机部件工作原理,第一节 气动热力基础 第二节 进气道 第三节 尾喷管 第四节 压气机 第五节 涡轮 第六节 燃烧室,2019年11月12日,2,第一节 气动热力基础,2019年11月12日,3,第一节 气动热力基础,1、连续方程 2、能量方程 3、音速 4、马赫数 5、滞止参数,2019年11月12日,4,6、变截面管流 7、临界参数 8、速度系数 9、密流函数 10、激波,1、连续方程,2019年11月12日星期二,2、能量方程,2019年11月12日,6,2、能量方程,同时可以看出，气体在变截面流管中的流动，气流的速度与温度同时变化。 气体加速，T降
2、低 宏观动能 内部储能 气体减速，T升高 宏观动能 内部储能,2019年11月12日,7,2、能量方程,示例1 以发动机的进气道为例。 V0=0 T0=288.15K 进口速度124.3m/s 进口温度280.4K,2019年11月12日,8,2、能量方程,示例2 以发动机的尾喷管为例。 尾喷管进口速度174m/s 进口温度507.6K 尾喷管出口速度417m/s 出口温度442.6K,2019年11月12日,9,3、音速,音速随当地温度变化而变化，并不是定值 示例: T=15C c=340.3m/s,2019年11月12日,10,4、马赫数,Ma：气体速度与当地音速之比,2019年11月12
3、日,11,4、马赫数,2019年11月12日,12,Ma=0.3 Ma=0.6？,v,T,c,Ma0.6,4、马赫数,2019年11月12日,13,作业,2019年11月12日星期二,（1）飞机的Ma增加1倍，其空速是否也增加一倍？为什么？ （2）气体在尾喷管中Ma增加1倍，气流速度是否也增加1倍？为什么？,5、滞止参数,稳态一维定常流动的能量方程： 定常流动中v等熵地降为0的点，称为驻点、滞止点。,2019年11月12日,15,5、滞止参数,定比热容的理想气体： 带入总焓的公式，可得到,2019年11月12日,16,5、滞止参数,2019年11月12日,17,5、滞止参数,等熵过程,2019
4、年11月12日,18,5、滞止参数,例：环境温度15C、 音速C=340m/s 行走 1m/s Ma=0.003 T*=15.0005 C 自行车 18km/h Ma=0.015 T*=15.0125 C 汽车 108km/h Ma=0.088 T*=15.4482 C 客机 700km/h Ma=0.57 T*=33.7403 C 战斗机 Ma=2 T*=245.319 C 流星 10000km/h T*=3830.53 C,2019年11月12日,19,5、滞止参数,2019年11月12日,20,发动机尾喷口速度：100-1200m/s,小结,1、连续方程 2、能量方程 3、音速,2019
5、年11月12日,21,小结,4、马赫数 5、滞止参数,2019年11月12日,22,6、变截面管流,一维定常绝能管流 发动机内部工质是可压缩气体 可压缩气体高速流动时，存在神奇现象,2019年11月12日,23,V ,低速气体,6、变截面管流,超声速气体进入变截面管道,2019年11月12日,24,？ V ,？ V ,6、变截面管流,通过速度变化率与面积变化率的关系理解 Ma1 dv与dA同号（超音速） dA0 dv0,2019年11月12日,25,6、变截面管流,通过速度变化率与面积变化率的关系理解 Ma0 dA0 dv0,2019年11月12日,26,6、变截面管流,超音速气流举例,201
6、9年11月12日,27,v,A,6、变截面管流,亚音速气流 亚音速 超音速,2019年11月12日,28,v,A,v,A,v,A,6、变截面管流,气流速度与管道截面变化的关系,2019年11月12日,29,6、变截面管流,思考题：如何设计亚音速进气道？ 亚音速客机在设计高度以Ma=0.8巡航，涡扇发动机的风扇进口Ma要求0.55。,2019年11月12日,30,前方气流 Ma=0.8,Ma=0.55,进气道,？,我只接受Ma=0.55气流,6、变截面管流,思考题：如何设计亚音速进气道？ 亚音速客机在设计高度以Ma=0.8巡航，涡扇发动机的风扇进口Ma要求0.55。,2019年11月12日,31
7、,前方气流 Ma=0.8,Ma=0.55,我只接受Ma=0.55气流,6、变截面管流,2019年11月12日,32,进气道,6、变截面管流,2019年11月12日,33,压气机,6、变截面管流,2019年11月12日,34,燃烧室,6、变截面管流,思考题：如何设计超音速进气道？ 超音速战机在设计高度以Ma=2巡航，涡扇发动机的风扇进口Ma要求0.55。,2019年11月12日,35,前方气流 Ma=2,Ma=0.55,进气道,？,我只接受Ma=0.55气流,6、变截面管流,思考题：如何设计超音速进气道？ 超音速战机在设计高度以Ma=2巡航，涡扇发动机的风扇进口Ma要求0.55。,2019年11
8、月12日,36,前方气流 Ma=2,Ma 1,我只接受Ma=0.55气流,Ma=1,6、变截面管流,思考题：如何设计超音速进气道？ 超音速战机在设计高度以Ma=2巡航，涡扇发动机的风扇进口Ma要求0.55。,2019年11月12日,37,前方气流 Ma=2,Ma=0.55,我只接受Ma=0.55气流,6、变截面管流,Ma=1时，dA=0 截面积取极值，称为临界截面。,2019年11月12日,38,6、变截面管流,以收缩管道为例理解临界截面,2019年11月12日,39,288.15K,100000Pa,小结,在绝能管流中，气体总温永远不变； 在绝能等熵流动中，总压不变；若流动不等熵，总压下降
9、在绝能流动中，若气流速度发生变化，静温和当地音速也将发生变化 在收缩管道中，亚音速气流最高可加速至音速，超音速气流最低可降至音速； 临界截面只能是管道的最小截面，气流只能在最小截面处达到音速。,2019年11月12日,40,7、临界参数,假设气体在管道中作等熵加速流动，那么随着气体速度的增加，当地音速不断下降,2019年11月12日,41,7、临界参数,对于一维绝能流动 将 带入上式,2019年11月12日,42,7、临界参数,2019年11月12日,43,8、速度系数,分析下面的绝能流动方程 气流速度与当地音速都在变化,不易计算Ma 定义气流速度与临界音速之比为速度系数,其与Ma有单值对应关
10、系,2019年11月12日,44,8、速度系数,区别 与Ma的关系,2019年11月12日,45,8、速度系数,与Ma的关系,2019年11月12日,46,8、速度系数,Ma=0 =0 Ma=1 =1 Ma1 1 Ma= ,2019年11月12日,47,8、速度系数,思考题：在绝能流动中，如果气流速度增加2倍，那么下面的论述是否正确？ （1）Ma增加2倍 （2）增加两倍,2019年11月12日,48,9、密流函数,在流量公式中，、V随A的变化而变化，qm难以计算 引入新定义： 密流：通过单位面积的流量.,2019年11月12日,49,9、密流函数,密流函数（流量函数、无量纲密流） 所研究截面密
11、流与对应的临界截面密流之比 流量： 面积： 密流： 密流函数：,2019年11月12日,50,9、密流函数,密流函数,2019年11月12日,51,9、密流函数,与 的关系,2019年11月12日,52,9、密流函数,对于一维绝能流管： 若气流为亚音速，随着流速增加，密流增加； 若气流 为超声速，随着流速增加，密流减小。 用密流函数表示流量公式：,2019年11月12日,53,9、密流函数,以上公式的推导：,2019年11月12日,54,9、密流函数,临界截面 Ma=1，=1，q()=1,2019年11月12日,55,9、密流函数,思考题： 亚音速气流在收缩管道中等熵加速，并在出口达到临界状态
12、，如果： （1）增加进口气流的总压，流量如何变化？排气速度如何变化，喷管出口的静压如何变化？为什么？ （2）增加进口气流的总温，流量如何变化？排气速度如何变化？喷管出口静温如何变化？为什么？,2019年11月12日,56,9、密流函数,思考题： 亚音速气流在收缩管道中等熵加速，并在出口达到亚临界状态，如果： （1）增加进口气流的总压，流量如何变化？排气速度如何变化，喷管出口的静压如何变化？为什么？ （2）增加进口气流的总温，流量如何变化？排气速度如何变化？喷管出口静温如何变化？为什么？,2019年11月12日,57,10、激波,在喷气发动机的进气道、压气机、涡轮导向器和非正常设计的尾喷管都会存在激波 正激波前流速必为超音速，之后必为亚音速。 经过激波，压力、温度增加，速度下降。,2019年11月12日,58,2019年11月12日星期二,
