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1、 喷气发动机动力循环研究喷气发动机动力循环研究论文题目:喷气发动机动力循环研究课程名称：工程热力学专业班级：热动 0803组 数：第二组姓 名: 王涛、王少博、胡天庆日 期：2010 年 11 月喷气发动机动力循环研究喷气发动机动力循环研究论文摘要：本篇论文介绍喷气发动机的分类和其应用现状、经济型、环保性等。以涡轮发 动机为例将发动机实际循环简化为理想循环，利用循环的 P-V、V-S 图分析循环的热效率和 影响循环热效率的因素，并分析提高循环热效率的方法措施。 关键字：喷气，发动机，经济性，热效率，理想循环，实际循环。 正文： 1.喷气发动机的分类、动力性能、经济性分析 喷气发动机（Jet e
2、ngine）是一种通过加速和排出的高速流体做功的热机或电机，使燃 料燃烧时产生的气体高速喷射而产生动力。 大部分喷气发动机都是依靠牛顿第三定律工作 的内燃机。 按照喷气方式不同可以几类，冲压喷气发动机、脉冲喷气发动机、涡轮喷气式发动机、 涡轮/冲压喷气发动机和涡轮/火箭发动机等。冲压喷气发动机常作为导弹和靶机的动力装 置， 由于没有活动组件，冲压发动机与一般喷气发动机比较起来，重量较低，结构也比 较简单，不过冲压发动机在低速时的气体压缩效果有限，因此低速时效率比较差。脉冲喷 气发动机被用于直升机旋翼的推进装置，原地可以启动，构造简单，重量轻，造价便宜只 适应于低空推进装置，速度极限约为每小时
3、640800 公里，且燃油消耗率大 ；涡轮喷 气发动机用于军用歼击机和民用旅客机，其高速性能好。 喷气发动机的燃油消耗都很大，所以对大气污染很严重。 2. 下面以涡轮喷气发动机为例，涡轮喷气发动机有进气道、压气机、燃烧室、涡轮和尾 喷管构成,如图 1.2.1 涡轮喷气发动机实际过程分析（1）高速空气首先进去进气道，经过冲压过程，对空气进行降速升压 （2）空气进入压气机进行压缩升温 （3）压缩后的高压空气进入燃烧室和燃油混合燃烧 （4）燃气经过涡轮，膨胀推动和压气机同轴的涡轮做功 （5）燃气由尾喷管喷出，做功推动飞机前进，喷出的废气和大气换热 所以整个实际循环是开式的，不可逆的 2.2 涡轮喷气
4、发动机理想循环热力学分析 引用空气标准假设，把燃料定压燃烧产生高压、高温燃气的过程简化为工质定压升温 过程；把循环工质简化为空气，且作理想气体处理，比热容取定值；忽略实际过程中的摩压气 机涡轮尾喷管燃烧室图 1：涡轮喷气发动机装置图进气道擦阻力等不可逆损失，认为排气进气压力相同，推动功为零；在膨胀和压缩过程中，忽略 气体和气缸之间的热交换，简化为可逆绝热循环。简化后的理想循环，p-v、T-s 图如下0-1 为冲压过程，绝热膨胀过程，1-2 为压气机中绝热压缩过程 2-3 为燃烧室中定压膨胀过程，3-4 为涡轮内绝热膨胀过程 4-5 为尾喷管绝热膨胀过程，5-0 为定压放热过程 热力学分析： 涡
5、轮中膨胀做功和压气机耗功量相同，循环净功为 = 1 2总吸热量和放热量为 1= 3 2 2= 5 0发动机热效率为= 1 21= 1 5 03 2循环最高压力和最低压力之比，称为循环压力比 ，循环最高温度和最低温度之比，即循环增温比，用 表示，即 =20 , =30比热容为定值，则20=(20) 1 =(35) 1 =35=() 1 sT012345vp012345图 2经计算得到循环热效率为= 1 5 03 2= 1 5 03 2= 1 02所以= 1 1() 1 从循环热效率公式可以看出，循环热效率主要取决于循环增压比，还和循环增温比有关。 2.3 提高循环热效率的方法 热效率和增压比、增
6、温比的关系如下图提高热效率从图中可以看出，在循环增温比一定的情况下，可以通过增大循环增压比来 增大热效率，反过来，在循环增压比一定的情况下，可以适当增大循环增温比来增大热效 率，也可以同时增大二者。 2.4.循环净功 对于飞行器来说，最重要的参数是循环净功 = 3 2(5 0)= (3 2) (5 0)= 0(305020+ 1)= 0( ()1 () 1 + 1)它们的关系如下图 所以在环境温度恒定的情况下，可以 通过增大循环增温比和循环增压比， 来增大循环净功。下面介绍两种常用的增大循环净功的措施： （1）复燃加力方法在涡轮和尾喷管之间，安装一个加力燃烧室，注入燃料，利用涡轮出来的燃气中剩
7、余 的氧气，在进行一次定压燃烧，以增加燃烧焓，p-v、T-s 图如下从图中看出，循环净功显著增加，但总的来说热效率是降低的，所以飞机巡航时一般不 使用加力燃烧室，只在战斗中使用。 （2）喷射液体的方法在压气机进口喷射容易蒸发的液体，利用液体的气化潜热降温，从而降低气体温度， 减小压气机耗功，增大循环净功。 ，在飞机起飞时使用该方法可以缩短起飞距离。 总结：喷气发动机的理论循环分为 6 个可逆过程，分别是锦旗绝热压缩过程、压气机内绝 热压缩过程、定压膨胀过程、涡轮内绝热膨胀过程、尾喷管内绝热膨胀过程和定压发热过 程，可以通过提高循环增压比和循环增温比的方法来提高热效率。可以采用增加加力燃烧 室和喷射液体降温的方法提高循环净功。34s5pvT1234504510245增加加力燃烧室的涡轮喷气发动机 p-v、T-s 图
