燃气轮机-理论循环

1、第二章第二章 燃气轮机循环理论燃气轮机循环理论 燃气轮机原理燃气轮机原理2-1 2-1 燃气轮机循环的主要性能指标燃气轮机循环的主要性能指标 1、比功比功流经燃气轮机的单位质量工质所输出的机械功或单位质量流经燃气轮机的单位质量工质所输出的机械功或单位质量 流量的工质所输出的功率流量的工质所输出的功率。 maqPdmdWw采用比功而不是总功率作为描述循环性能的指标的原因：采用比功而不是总功率作为描述循环性能的指标的原因： 功率不仅与循环性能有关，还与工质流量有关功率不仅与循环性能有关，还与工质流量有关 / 而工质流量基而工质流量基本上由燃气轮机的尺寸决定，与循环性能无关。本上由燃气轮机的尺寸决定

2、，与循环性能无关。 cTwww忽略压气机和涡轮中流量的差别及机械损失等忽略压气机和涡轮中流量的差别及机械损失等装置比功大，气耗率就小，发出相同功率所需工质流量小，装置就可以造装置比功大，气耗率就小，发出相同功率所需工质流量小，装置就可以造的小。的小。 力争提高比功。力争提高比功。第二章第二章 燃气轮机循环理论燃气轮机循环理论 燃气轮机原理燃气轮机原理通过燃气轮机的一定量工质输出的有用功与输入该工质的燃料所含热值之比通过燃气轮机的一定量工质输出的有用功与输入该工质的燃料所含热值之比 2、热效率热效率 和油耗率和油耗率 tsfcuufatfHwHqwq输入输出mamfqqf 衡量燃气轮机的经济性，

3、即输出单位功率每小时需消耗的燃油量衡量燃气轮机的经济性，即输出单位功率每小时需消耗的燃油量wfwqqsfcmamf36003600相互关系相互关系utHsfc3600对以对以推力推力衡量性能的航空燃气轮机：衡量性能的航空燃气轮机： 1、单位推力单位推力流经航空燃气轮机的单位质量工质所产生的推力流经航空燃气轮机的单位质量工质所产生的推力 masqFF smfFfFqsfc36003600 2、耗油率耗油率输出单位推力（输出单位推力（N N）每小时消耗的燃料量）每小时消耗的燃料量 第二章第二章 燃气轮机循环理论燃气轮机循环理论 燃气轮机原理燃气轮机原理2-2 2-2 理想简单燃气轮机循环理想简单燃

4、气轮机循环工质为空气，可视为理想气体；整个工质过程中空气的比热为常数，不随气体工质为空气，可视为理想气体；整个工质过程中空气的比热为常数，不随气体的温度和压力而变化；的温度和压力而变化；整个工质过程中没有流动损失，绝热过程为等熵，燃烧前后压力不变，没有热整个工质过程中没有流动损失，绝热过程为等熵，燃烧前后压力不变，没有热损失（排热过程除外）和机械损失。损失（排热过程除外）和机械损失。定常流动能量方程：定常流动能量方程：CBT1243 T-s 图图 p-v 图图 hvwhvq20202121第二章第二章 燃气轮机循环理论燃气轮机循环理论 燃气轮机原理燃气轮机原理 1、绝热压缩过程（、绝热压缩过程

5、（1-2）：）：012q地面燃气轮机：地面燃气轮机：1212,hhwwic航空燃气轮机：航空燃气轮机：2121121211vvhh1212,2hhwwic12,21hhwwwicicic112121,21211hhvvwic) 1()(111212,kkppicTCTTChhw12PP 单位质量工质所作的机械功单位质量工质所作的机械功略去工质流速变化第二章第二章 燃气轮机循环理论燃气轮机循环理论 燃气轮机原理燃气轮机原理 燃烧室内完成。工质通过燃烧室与外界无机械功的燃烧室内完成。工质通过燃烧室与外界无机械功的传递，传递，工质的流速变化可以忽略工质的流速变化可以忽略。工质吸热：工质吸热：)()(

6、11232323kkppTCTTChhq13TT 2、等压加热过程（、等压加热过程（2-3）：）： 3、绝热膨胀过程（、绝热膨胀过程（3-4）：）： 过程中工质吸热为零，单位质量工质所作的机械功的情过程中工质吸热为零，单位质量工质所作的机械功的情况与绝热压缩过程类似。况与绝热压缩过程类似。忽略涡轮进出口工质流速变化忽略涡轮进出口工质流速变化。地面燃气轮机地面燃气轮机：)11 (114334,kkpitTChhwwkkTT143航空燃气轮机航空燃气轮机：333hhw434hhw4343,hhwwwit第二章第二章 燃气轮机循环理论燃气轮机循环理论 燃气轮机原理燃气轮机原理 4、等压放热过程（、等

7、压放热过程（4-1）：）： 此过程向大气放热此过程向大气放热,与等压压缩过程类似。工质与外与等压压缩过程类似。工质与外界无机械功的传递界无机械功的传递，工质的流速变化可以忽略工质的流速变化可以忽略。041w) 1()(11141441kkppTCTTChhq工质对外界放热工质对外界放热整个循环过程中单位质量工质从高温热源整个循环过程中单位质量工质从高温热源(燃烧室燃烧室)中吸收热量中吸收热量,即燃烧过程加热量即燃烧过程加热量:)(11)23231kkppTCTTCqq) 1()(1114412kkppTCTTCqq向低温热源放热量向低温热源放热量: 理想简单燃气轮机循环的比功：理想简单燃气轮机

8、循环的比功：111)()(111142321kkkkpppiTCTTCTTCqqw第二章第二章 燃气轮机循环理论燃气轮机循环理论 燃气轮机原理燃气轮机原理111111kkkkpTC即：即：)()(1243,TTCTTCwwwppiciti与前面的公式完全相同与前面的公式完全相同kkiitqqqw1121,111， 与与 无关无关it,3T it,理想简单燃气轮机循环的热效率：理想简单燃气轮机循环的热效率：比功达最大的比功达最大的称为最佳增称为最佳增压比（最有利增压比）：压比（最有利增压比）：增压比增加使膨胀功等于压缩增压比增加使膨胀功等于压缩功时，功时，称为最大增压比：称为最大增压比：0iw1

9、max,kkiiopt,0ddwi) 1(2,kkioptimax, iopt,imax,比功与比功与温比压比温比压比关系图关系图 第二章第二章 燃气轮机循环理论燃气轮机循环理论 燃气轮机原理燃气轮机原理2-3 2-3 压缩过程中间冷却的理想简单燃气轮机循环压缩过程中间冷却的理想简单燃气轮机循环到达到相同压比，等温压缩过程所耗功比等熵压缩过程小，但真正等温难达到。到达到相同压比，等温压缩过程所耗功比等熵压缩过程小，但真正等温难达到。压缩过程中间冷却常用方法压缩过程中间冷却常用方法在航空燃气轮机压气机进口处喷水冷却来增加在航空燃气轮机压气机进口处喷水冷却来增加功率功率 / / 极限理想情况可看作

10、等温过程；极限理想情况可看作等温过程；两级压气机之间进行一次中间冷却或多级压气两级压气机之间进行一次中间冷却或多级压气机之间进行多次中间冷却机之间进行多次中间冷却 / / 理想情况可看作理想情况可看作等压放热过程。等压放热过程。趋于无穷多个，其极限理想情况也可看成等温过程。趋于无穷多个，其极限理想情况也可看成等温过程。等温压缩过程使循环面积增大。等温压缩过程使循环面积增大。表明：表明：在增压比和加热比不在增压比和加热比不变的情况下，等温压缩理想燃气轮机循环的比功大于理想简变的情况下，等温压缩理想燃气轮机循环的比功大于理想简单燃气轮机循环的比功单燃气轮机循环的比功。 1 1、等温压缩理想燃气轮机

11、循环：、等温压缩理想燃气轮机循环：T-s 图图第二章第二章 燃气轮机循环理论燃气轮机循环理论 燃气轮机原理燃气轮机原理等温压缩过程中，工质的内能和焓均不变。等温压缩过程中，工质的内能和焓均不变。 等温压缩过程放热量（等温压缩过程放热量（1-2）：）：按热力学第一定律按热力学第一定律ln1112, 2TCkkqp 2-3等压加热过程中吸收的热量：等压加热过程中吸收的热量： 4-1等压放热过程中放出的热量：等压放热过程中放出的热量：) 1()()(111131441, 2kkPkkppTCTTCTTCq 等温压缩理想燃气轮机循环的比功：等温压缩理想燃气轮机循环的比功：循环热效率：循环热效率：1ln

12、1)11 (1132 , 141, 212, 2,kkqqqkkit) 1()()(1132332 , 1TCTTCTTCqpppln1111141, 212, 232 , 1kkTCqqqwkkpi第二章第二章 燃气轮机循环理论燃气轮机循环理论 燃气轮机原理燃气轮机原理 等温压缩理想燃气轮机循环比功等温压缩理想燃气轮机循环比功 效率效率等温压缩燃气轮机循环的比功和热效率随压比的变化图iiww itit, 等温压缩燃气轮机循环燃气轮机的热效率等温压缩燃气轮机循环燃气轮机的热效率 ,itit, 2 2、压缩过程一次中间冷却的理想燃气轮机循环：、压缩过程一次中间冷却的理想燃气轮机循环：理想间冷燃气

13、轮机循环示意图和T-s 图设循环总增压比仍为设循环总增压比仍为1/1ppa12/kkkkTTTb112122 2-3等压加热过程中吸收的热量：等压加热过程中吸收的热量：kkpkkppTCTTCTTCq11112132332 , 1)()(第二章第二章 燃气轮机循环理论燃气轮机循环理论 燃气轮机原理燃气轮机原理 a-b 等压放热过程放出的热量：等压放热过程放出的热量： 4-1等压放热过程中放出的热量：等压放热过程中放出的热量：) 1()(111, 2kkpbapabTCTTCq) 1()()(111131441, 2kkPkkppTCTTCTTCq 一次中间冷却理想燃气轮机循环的比功：一次中间冷

14、却理想燃气轮机循环的比功：211)(1111141, 2, 232, 1kkkkkkpabiTCqqqw循环热效率：循环热效率：kkkkkkabitqqq1111132 , 141, 2, 2,211211 1 iw 一定时一定时iwmax, iw代入代入 中，得出中，得出 一定时比功最大的总的一定时比功最大的总的iwopt对对 也可以进行类似分析，且存在一个热效率达最大值的总的最佳增压比：也可以进行类似分析，且存在一个热效率达最大值的总的最佳增压比： 原因：原因：压比越高，压比越高，T T2 2 越高，达到相同的越高，达到相同的T3 所需要的热量越少；所需要的热量越少； 压比越高，压比越高，

15、T4 越低，废气带走的热量与越多，对效率有利。越低，废气带走的热量与越多，对效率有利。 但，压比提高过多时，比功下降太多，致使效率也下降。但，压比提高过多时，比功下降太多，致使效率也下降。,itoptwopt第二章第二章 燃气轮机循环理论燃气轮机循环理论 燃气轮机原理燃气轮机原理2-4 2-4 膨胀过程中一次中间加热的理想燃气轮机循环膨胀过程中一次中间加热的理想燃气轮机循环膨胀过程中一次中间加热的燃气轮机循环T-s 图在不变动燃气发生器的条件下，有效地增大燃气轮机的功率或推力在不变动燃气发生器的条件下，有效地增大燃气轮机的功率或推力加力燃烧室：加力燃烧室：使歼击机迅速起飞、爬升、加速和增大升限

16、使歼击机迅速起飞、爬升、加速和增大升限 F15/F16的的F100发动机，发动机，B1-A的的F101发动机发动机 J7/J8的的WP13和和J10、J11的的AL31F和太行、昆仑发动机等和太行、昆仑发动机等航空燃气轮机航空燃气轮机：地面燃气轮机地面燃气轮机：加力燃烧室后无转动部件加力燃烧室后无转动部件 T Td d T T3 3中间加热时，燃烧室后还有动力涡轮，中间加热时，燃烧室后还有动力涡轮， 加热温度不能太高，加热温度不能太高，T Td d T T3 3膨胀过程中一次中间加热后，也会使循环比功增大而效率降低膨胀过程中一次中间加热后，也会使循环比功增大而效率降低作业：结合作业：结合T-s

17、 图，分析膨胀过程中间一次加热时产生这种结果的原因图，分析膨胀过程中间一次加热时产生这种结果的原因第二章第二章 燃气轮机循环理论燃气轮机循环理论 燃气轮机原理燃气轮机原理2-5 2-5 理想燃气轮机回热循环理想燃气轮机回热循环目的：提高燃气轮机循环的热效率目的：提高燃气轮机循环的热效率压气机和涡轮的比功都没有改变压气机和涡轮的比功都没有改变t0.200.320.250.36回热过程的理想状况是等压吸热和等压放热过程的热交换量相等：回热过程的理想状况是等压吸热和等压放热过程的热交换量相等：)()(2244TTCTTCapap回热度：回热度：实际热交换量实际热交换量/理想热交换量理想热交换量 24

18、2224222444)()()()(TTTTTTCTTCTTCTTCapappap理想回热：理想回热：=1=1第二章第二章 燃气轮机循环理论燃气轮机循环理论 燃气轮机原理燃气轮机原理与理想燃气轮机循环相比，理想回热循环的比功不变，只是由于回热减少了燃料的与理想燃气轮机循环相比，理想回热循环的比功不变，只是由于回热减少了燃料的加热量。加热量。加热量为：加热量为：)11 ()11 ()()(11134323,1kkpkkppapiRTCTCTTCTTCq 理想回热燃气轮机循环的热效率：理想回热燃气轮机循环的热效率：kkkkpkkkkpiRiiRtTCTCqw111111,1,111111压气机增压

19、比越低，压气机增压比越低， 越高越高 /原因：原因：压比越低，压气机出口温度越低，回热器中排压比越低，压气机出口温度越低，回热器中排 气余热利用越充分。气余热利用越充分。iRt,第二章第二章 燃气轮机循环理论燃气轮机循环理论 燃气轮机原理燃气轮机原理压气机增压比越高，压气机增压比越高， 越低越低 iRt,当当 T2 = T4 时，排气余热无法利用。理想回热燃气轮机循环时，排气余热无法利用。理想回热燃气轮机循环理想简单燃气轮机循环理想简单燃气轮机循环临界增压比临界增压比kkcrkkcrTT131112kkcr此时，理想回热循环燃气轮机热效率：此时，理想回热循环燃气轮机热效率：kkcriRt1,1

20、1)1(2kkopt类似与比功达最大值的类似与比功达最大值的若进一步提高压比，若进一步提高压比，当当 cr时，时， T2 T4 压气机中部分热量将通过回热器由涡轮出口排出，压气机中部分热量将通过回热器由涡轮出口排出，使效率还低于理想简单循环，使效率还低于理想简单循环，毫无意义！毫无意义！第二章第二章 燃气轮机循环理论燃气轮机循环理论 燃气轮机原理燃气轮机原理2-6 2-6 实际燃气轮机循环分析实际燃气轮机循环分析实际燃气轮机循环T-s 图理想燃气轮机循环分析中，认为压缩和膨胀过程是等熵的，理想燃气轮机循环分析中，认为压缩和膨胀过程是等熵的，没有流动损失，且整个循环过程中比热比保持不变。没有流动

21、损失，且整个循环过程中比热比保持不变。实际燃气轮机中，实际燃气轮机中，Cp随气体成分和温度不断变化，且各个随气体成分和温度不断变化，且各个工作过程中存在工作过程中存在流动损失流动损失。流动损失流动损失 气流在流动过程中，由于存在附面层、湍流流动或激波，气流在流动过程中，由于存在附面层、湍流流动或激波，使流动的气流在静压不变的情况下降低了流速或者说降低的气流的总压。使流动的气流在静压不变的情况下降低了流速或者说降低的气流的总压。绝热流动中，气流总温不变，存在流动损失的绝热流动过程是熵增过程绝热流动中，气流总温不变，存在流动损失的绝热流动过程是熵增过程 。 1 1、实际简单燃气轮机循环：、实际简单

22、燃气轮机循环：11111212nnckkccTTTT用绝热压缩效率表示压缩过程流动损失用绝热压缩效率表示压缩过程流动损失：用绝热膨胀效率表示膨胀过程流动损失用绝热膨胀效率表示膨胀过程流动损失：kkenneeTTTT1143431111第二章第二章 燃气轮机循环理论燃气轮机循环理论 燃气轮机原理燃气轮机原理实际简单燃气轮机循环比功：实际简单燃气轮机循环比功：1111/113kkcekkpccetTCwwwiccww,实际简单燃气轮机循环的最佳增压比实际简单燃气轮机循环的最佳增压比： （由（由 ）0ddw12,kkceoptw实际简单燃气轮机循环的热效率：实际简单燃气轮机循环的热效率：1qwt11

23、11111212kkCCTTTTT11111111113kkCpkkCpTCTTC)(231TTCqp第二章第二章 燃气轮机循环理论燃气轮机循环理论 燃气轮机原理燃气轮机原理1111111111kkckkckket不仅与压比有关不仅与压比有关 也与温比有关也与温比有关当压比超过此值时，由于流动损失的存在，热效率开当压比超过此值时，由于流动损失的存在，热效率开始下降，直到始下降，直到 ，此时循环的加热量全部用于，此时循环的加热量全部用于克服流动损失和向大气放出热量（克服流动损失和向大气放出热量（ ）。）。0t0w 随加热比的增加而增大。随加热比的增加而增大。max,特点：特点：加热比越大，实际简

24、单燃气轮机循环的热效率越高；加热比越大，实际简单燃气轮机循环的热效率越高；加热比一定时，热效率随压比的变化有一个热效率加热比一定时，热效率随压比的变化有一个热效率达最大值的达最大值的 ；max,第二章第二章 燃气轮机循环理论燃气轮机循环理论 燃气轮机原理燃气轮机原理特点：特点：实际简单燃气轮机循环的比功和热效率不仅实际简单燃气轮机循环的比功和热效率不仅与增压比和加热比有关，还与压缩和膨胀过程与增压比和加热比有关，还与压缩和膨胀过程的效率有关，且随二者的提高，循环的比功和的效率有关，且随二者的提高，循环的比功和热效率均要增大。热效率均要增大。表中表中 压比压比=10=10，加热比，加热比=5=5

25、， 压气机效率压气机效率=0.85=0.85，涡轮效率，涡轮效率=0.90=0.90 随随 的增加，的增加， 和和 也增加，同也增加，同一加热比下：一加热比下： 设计增压比：设计增压比： max,wmax,max,max,wmax,max,w比功比功 w w热效率热效率 t t压气机效率增加压气机效率增加1%1%+0.94%+0.94%+0.94%+0.94%涡轮效率增加涡轮效率增加1%1%+1.95%+1.95%+1.95%+1.95%加热比增加加热比增加1%1%+1.95%+1.95%+0.69%+0.69%第二章第二章 燃气轮机循环理论燃气轮机循环理论 燃气轮机原理燃气轮机原理实际简单燃

26、气轮机循环耗油率与热力参数变化关系对不同燃气轮机是不同的。实际简单燃气轮机循环耗油率与热力参数变化关系对不同燃气轮机是不同的。a）地面燃气轮机：）地面燃气轮机：b）航空燃气轮机：）航空燃气轮机：utHsfc3600 随热力参数的变化关系与效率一致随热力参数的变化关系与效率一致 只不过只不过 对应对应 最小值。最小值。sfctsfcsfc 0000000000036003600360036003600MHaMHaMHwCFHqwqaMCHFqaHqFfsfcuuptusumfmausmaumfs02020001221CCCCCCCwCFjjjsp推进效率推进效率： = p推进功（每秒流过发动机推

27、进功（每秒流过发动机1kg空气所作的推进功）空气所作的推进功）发动机的可用功发动机的可用功%7555p第二章第二章 燃气轮机循环理论燃气轮机循环理论 燃气轮机原理燃气轮机原理作为一个推进器：作为一个推进器：航空发动机将可用功转变为飞机前进的推进功，所以，推进效率是衡量航空发动机航空发动机将可用功转变为飞机前进的推进功，所以，推进效率是衡量航空发动机的可用功转变为推进功的程度。的可用功转变为推进功的程度。总效率：总效率：wCFqwqCFsspt000航空燃气轮机作为热机和推进器的组合体，应该用总效率来衡量它的经济性。航空燃气轮机作为热机和推进器的组合体，应该用总效率来衡量它的经济性。 总效率总效

28、率表示加入航空燃气轮机的燃料完全燃烧产生的热量有多少转变为飞机飞表示加入航空燃气轮机的燃料完全燃烧产生的热量有多少转变为飞机飞行的推进功行的推进功 。pw%30200热效率、推进效率和压比的关系图耗油率和加热比的关系图对航空燃气轮机来讲，其耗油率绝不简单对航空燃气轮机来讲，其耗油率绝不简单与热效率有关，而且还与推进效率有关，与热效率有关，而且还与推进效率有关，不再象地面燃气轮机那样，对应热效率最不再象地面燃气轮机那样，对应热效率最高的最佳增压比也是对应耗油率最小的最高的最佳增压比也是对应耗油率最小的最佳增压比。佳增压比。 第二章第二章 燃气轮机循环理论燃气轮机循环理论 燃气轮机原理燃气轮机原理

29、 2 2、实际简单燃气轮机回热循环：、实际简单燃气轮机回热循环：理想回热中，未考虑流动损失，比功与理想燃气轮机循环的理想回热中，未考虑流动损失，比功与理想燃气轮机循环的比功相等。比功相等。实际循环中，存在流动损失，压缩和膨胀过程都实际循环中，存在流动损失，压缩和膨胀过程都是非等熵的，回热器的存在加大了压气机和燃烧室以及排气是非等熵的，回热器的存在加大了压气机和燃烧室以及排气系统的损失，因此，实际回热循环过程中的比功将下降。系统的损失，因此，实际回热循环过程中的比功将下降。24222422TTTTTTCTTCpp另外，实际回热循环中，实际热交换量低于理想热交换量。另外，实际回热循环中，实际热交换

30、量低于理想热交换量。 回热度：回热度：从压气机流出的空气，经回热器实际吸收的热量与最大可能吸收热量之比。从压气机流出的空气，经回热器实际吸收的热量与最大可能吸收热量之比。实际回热循环T-s 图燃烧室进口温度：燃烧室进口温度： 2421TTTckkekkTTT111111111132第二章第二章 燃气轮机循环理论燃气轮机循环理论 燃气轮机原理燃气轮机原理实际燃气轮机回热循环加热量：实际燃气轮机回热循环加热量： 231TTCqpRckkekkpTCw1111113如果暂不考虑流动过程中的其它损失，该循环如果暂不考虑流动过程中的其它损失，该循环的比功和实际简单燃气轮机循环的比功相等。的比功和实际简单

31、燃气轮机循环的比功相等。ckkekkckkekkRRtqw111111111111111, 1,实际回热循环热效率和压比的关系图ceRt,Rt, 达最大值时，也存在达最大值时，也存在一个最经济增压比一个最经济增压比ecRec,第二章第二章 燃气轮机循环理论燃气轮机循环理论 燃气轮机原理燃气轮机原理几点结论：几点结论： 加热比越高，实际回热循环的比功和热效率也越高。因此，在材料耐热性允许加热比越高，实际回热循环的比功和热效率也越高。因此，在材料耐热性允许的条件下，应尽可能地提高加热比。的条件下，应尽可能地提高加热比。 回热器的回热度越大，循环热效率越高，应适当地提高回热度。回热器的回热度越大，循

32、环热效率越高，应适当地提高回热度。 实际回热循环的最佳增压比大于最经济增压比实际回热循环的最佳增压比大于最经济增压比 但当增压比大于最经济增压比后，热效率随增压比的变化比较平坦。但当增压比大于最经济增压比后，热效率随增压比的变化比较平坦。ecopt5 . 0 设计增压比应取在最佳增压比设计增压比应取在最佳增压比 的附近，使比功接近实际简单燃气轮机循的附近，使比功接近实际简单燃气轮机循环，而热效率则大于实际简单燃气轮机循环。环，而热效率则大于实际简单燃气轮机循环。optR,第二章第二章 燃气轮机循环理论燃气轮机循环理论 燃气轮机原理燃气轮机原理2-7 2-7 涡扇发动机热力循环涡扇发动机热力循环

33、涡扇发动机和涡喷发动机相比，由于将可用功分配给更大量涡扇发动机和涡喷发动机相比，由于将可用功分配给更大量的空气，降低了尾喷管气流的喷射速度，增大了发动机的推的空气，降低了尾喷管气流的喷射速度，增大了发动机的推力，提高了推进效率。力，提高了推进效率。采用涡扇，为了提高热效率而提高涡采用涡扇，为了提高热效率而提高涡轮前燃气温度不会给推进效率带来不利影响。轮前燃气温度不会给推进效率带来不利影响。1 1、涡扇发动机的性能参数：、涡扇发动机的性能参数：a）涵道比：）涵道比：通过外涵风扇的空气流量与通过内涵燃气发生器的空气流量通过外涵风扇的空气流量与通过内涵燃气发生器的空气流量之比，称为涡扇发动机的涵道比

34、。之比，称为涡扇发动机的涵道比。,Bmamaqqb）功分配系数：）功分配系数：传给外涵的可用功与全部可用功之比。传给外涵的可用功与全部可用功之比。ww传给外涵每公斤空气的功：传给外涵每公斤空气的功： BwwfTmb第二章第二章 燃气轮机循环理论燃气轮机循环理论 燃气轮机原理燃气轮机原理c）单位推力：）单位推力：分开排气涡扇发动机内外涵气流不在尾喷管内掺混，在各自的尾喷管内分开排气涡扇发动机内外涵气流不在尾喷管内掺混，在各自的尾喷管内完全膨胀后分别以不同的速度喷出，其内外涵单位推力为：完全膨胀后分别以不同的速度喷出，其内外涵单位推力为：0js,CFC0js,CFC,ma,smasFqFqFFF,

35、ma,SSSBFFqFF涡扇发动机的单位推力有两种表示法：涡扇发动机的单位推力有两种表示法： 一种是发动机的总推力和内涵空气流量之比；一种是发动机的总推力和内涵空气流量之比； 一种是发动机总推力和内外涵总空气流量之比。一种是发动机总推力和内外涵总空气流量之比。对于不加力涡扇发动机，用发动机的总推力和内涵空气流量之比比较合理，这样对于不加力涡扇发动机，用发动机的总推力和内涵空气流量之比比较合理，这样相当于把外涵作为发动机的推进器，与涵道比为零的涡喷发动机相比较，可以看相当于把外涵作为发动机的推进器，与涵道比为零的涡喷发动机相比较，可以看出涡扇发动机方案后单位推力和推力的增大程度出涡扇发动机方案后

36、单位推力和推力的增大程度。不加力涡扇发动机的单位推力：不加力涡扇发动机的单位推力：第二章第二章 燃气轮机循环理论燃气轮机循环理论 燃气轮机原理燃气轮机原理2 2、分开排气涡扇发动机功分配系数和涵道比的选择：、分开排气涡扇发动机功分配系数和涵道比的选择：首先讨论燃气发生器的可用功一定时怎样选择功分配系数和涵首先讨论燃气发生器的可用功一定时怎样选择功分配系数和涵道比道比,才能使涡扇发动机的推力最大。才能使涡扇发动机的推力最大。ww)1 ( 20, j)1 (2CCwp内涵尾喷管出口燃气喷射速度：内涵尾喷管出口燃气喷射速度：0,20,20,)1)2)1 (2CBCwBBCwBFFFpjpfTmpss

37、s（,20,20,b, j)22CpipfTmppCwBCwi , p,202)1 (21PjWCC外涵尾喷管出口空气喷射速度外涵尾喷管出口空气喷射速度：, pi分开排气涡扇发动机的单位推力：分开排气涡扇发动机的单位推力：外涵尾喷管中每公斤空气所得到的功外涵尾喷管中每公斤空气所得到的功,除内涵传给外涵的功除内涵传给外涵的功 以外，还有迎面气流以外，还有迎面气流动能通过进气道减速增压得到的功。动能通过进气道减速增压得到的功。bw第二章第二章 燃气轮机循环理论燃气轮机循环理论 燃气轮机原理燃气轮机原理pjCCw2/202ppp 为研究涡扇发动机的优越性，合理选择功分配系数和涵道比，将涡扇发动机的单

38、位推为研究涡扇发动机的优越性，合理选择功分配系数和涵道比，将涡扇发动机的单位推力与相同燃气发生器的涡喷发动机力与相同燃气发生器的涡喷发动机 的单位推力对比。的单位推力对比。)0, 0(w)()1)()(00202022022CCCBCCCBBCCCFFjpifTmjjjs（推力或单位推力的相对比值：推力或单位推力的相对比值：jCCA/0令令)1 ()1)1 ()1 (1222AABAABBAFFpifTms（0dFdA、B为定值时为定值时：)( )1 ()(2222fTmfTmpifTmoptBAA 0, 00AC由由 并假定并假定 时：时：pppopt地面静止条件下，当地面静止条件下，当fT

39、m, jj,CC一般情况下，当一般情况下，当 时，时，80. 075. 0fTmjjCC)80. 075. 0( 存在机械损失和流动损失存在机械损失和流动损失第二章第二章 燃气轮机循环理论燃气轮机循环理论 燃气轮机原理燃气轮机原理具体设计涡扇发动机时，功分配系数的选择要考虑多方面的因素具体设计涡扇发动机时，功分配系数的选择要考虑多方面的因素。为减少风扇和发动。为减少风扇和发动机的涡轮级数，使发动机的尺寸、重量和制造成本都能减少，功分配系数的选择往往机的涡轮级数，使发动机的尺寸、重量和制造成本都能减少，功分配系数的选择往往比最佳值小些，即：比最佳值小些，即：fTmCC, j, j75. 0fTm

40、66. 0jjCC 美国美国JT3D发动机，在设计状态下：发动机，在设计状态下：4.4 4.4 (5.28)(5.28)309.2/472.5309.2/472.5CF-6CF-64.9 4.9 (5.10)(5.10)313.9/476.5313.9/476.5JT9DJT9D( (1.41.4) ) F100-PW-100: B=0.63F100-PW-100: B=0.63309.4/465.6309.4/465.6JT3DJT3DB BjjCC实际上，实际上，功分配系数的选择往往使功分配系数的选择往往使外涵风扇出口总压外涵风扇出口总压与与内涵涡轮后的总压内涵涡轮后的总压相接近。相接近。

41、第二章第二章 燃气轮机循环理论燃气轮机循环理论 燃气轮机原理燃气轮机原理研究涵道比研究涵道比B对涡扇发动机性能的影响对涡扇发动机性能的影响：将最佳功分配系数代入推力相对比值表达式将最佳功分配系数代入推力相对比值表达式在最佳功分配系数下，涵道比与最大比推力的关系曲线最佳功分配系数最佳功分配系数和和最大比推力最大比推力： 都是涵道比都是涵道比B和速度比和速度比A的函数。的函数。相同燃气发生器的涡喷发动机相同燃气发生器的涡喷发动机 CCj j = 700m/s= 700m/s 在在A = 0.3A = 0.3时，时，飞行速度为：飞行速度为： 756 km/h756 km/h。在在A = 0.4 A = 0.4 时时， 在在B=2B=24 4左右出现极值（左右出现极值（1.101.10）：）： 相同燃气发生器的涡喷发动机相同燃气发生器的涡喷发动机 CCj j = 700 m/s= 700 m/s；飞行速度为：；飞行速度为： 1008km/h1008km/h。maxF在在A = 0.5 A = 0.5 时时，