کارایی در توربین گاز یا موتور هواپیما

پست توسط rohamjpl » چهارشنبه ۱۴۰۰/۳/۵ - ۰۷:۱۸

اکثر موتورهای هواپیمای مدرن ، از چندین مرحله کمپرسور تشکیل شده اند که توسط توربین (یا چندین) و یک اتاق احتراق در بین آنها هدایت می شوند تا دمای جریان را افزایش دهند.
به طور کلی ، تولید کنندگان و طراحان برای افزایش کارایی بر افزایش نسبت فشرده سازی و همچنین دمای احتراق متمرکز هستند.
سوال من این است ، با فرضهای ساده مانند گاز کامل ، بدون اتلاف انرژی یا اصطکاک ، و دما و سرعت ورودی ثابت: بازده این چرخه ترمودینامیکی چگونه ارزیابی می شود؟ چگونه می توان بهره وری حاصل از افزایش فشار یا دما را کمی کرد؟تصویر
من میدونم توربین های گازی با استفاده از چرخه Brayton مدل سازی می شوند که در ساده ترین حالت از موارد زیر تشکیل می شود:
فشرده سازی ایزنتروپیک (در کمپرسور)
اضافه شدن گرما با فشار ثابت (محفظه احتراق)
انبساط ایزنتروپیک (در یک توربین)
رد حرارت فشار مداوم
و از آنجا که بهره وری به عنوان خروجی خالص / ورودی گرما تعریف می شود ، می توان به راحتی و به ترتیب زیر راندمان را با دمای حالت های چرخه مرتبط دانست:با این حال اکثر توربین های گازی در این شرایط ایده آل ساده نظیر فشرده سازی و انبساط ایزنتروپیک ، افزودن حرارت فشار ثابت ، فشرده سازی تک مرحله ای و انبساط تک مرحله ای کار نمی کنند. و در چنین مواردی مدل سازی و تجزیه و تحلیل کارایی بسیار پیچیده تر از چرخه ایده آل است.
کارایی موتورهای توربوجت با نازل
در هر چرخه بریتون ، بیشترین بازده ترمودینامیکی موتورهای TurboJet باید حدود 40٪ باشد. بقیه انرژی به دلیل اتلاف حرارت در گازهای خروجی بعد از توربین رد می شود.
اما اگر این گازهای گرم توربین از طریق نازل با راندمان 95٪ (همگرا یا CD) منتقل شوند ، پس کارایی کلی باید 95٪ باشد ، درست است؟ از آنجا که نازل تمام گرما و فشار هدر رفته را می خرد ، آن را به انرژی جنبشی گازها تبدیل می کند.
طبق اطلاعات من ، نازل ها دستگاه های بسیار کارآمدی با کارایی بالاتر از 95٪ هستند (لطفا در این مورد نظر دهید) و برای بحث لطفاً راندمان احتراق را 100٪ و بدون افت مکانیکی در نظر بگیرید. و در اینجا من هدف کلی موتور توربوجت را در نظر دارم تا گازها را در سریعترین زمان ممکن پیش ببرد. بنابراین راندمان کلی در اینجا انرژی جنبشی گازهای خروجی در مقابل انرژی شیمیایی آزاد شده توسط سوخت است.چرخه کامل Brayton یک موتور توربین گاز هواپیما دارای چندین منبع اتلاف انرژی است - از دست دادن نیروی رانش پیشرانه. نازلی که ذکر کردید تنها بخشی از کل چرخه است و بله اگر به درستی شکل بگیرد می تواند بسیار کارآمد باشد.
کارایی پیشرانه
حفظ شتاب برای تسریع در یک وسیله نقلیه به شتاب دادن مواد پیشرانه در جهت مخالف نیاز دارد. به طور کلی ، در چارچوب مرجع زمین ، هنگامی که سرعت اگزوز کم است ، بازده انرژی بیشترین است ، زیرا این امر باعث کاهش اتلاف انرژی جنبشی به پیشرانه می شود.موتور جت
وابستگی بهره وری انرژی (η) از سرعت خروجی / نسبت سرعت هواپیما (c / v) برای جت های تنفس هوا
فرمول دقیق کارایی پیشرانه برای موتورهای تنفس هوا
η
p
=
2
1
+
v
9
v
0
,
v
9
v
9
سرعت دفع اگزوز به سرعت هوای ورودی نتیجه این امر این است که ، به ویژه در موتورهای تنفسی هوا ، شتاب دادن مقدار زیادی از هوا توسط مقدار کمتری از انرژی است تا شتاب دادن مقدار کمی از هوا به میزان زیاد ، حتی اگر رانش آن زیاد باشد همان به همین دلیل کارآیی موتورهای توربوفن نسبت به موتورهای جت ساده با سرعت زیر صوت زیاد است
آیا معادله ای برای بهره وری موتور جت به عنوان تابعی از دمای ورودی توربین وجود دارد؟من می دانم که بین دمای ورودی توربین و کارایی موتور رابطه وجود دارد. اما ، آیا کسی می تواند معادله ای یا کارایی را فقط به عنوان تابعی از دمای ورودی توربین ارائه دهد؟