Если газ подогревается при постоянном давлении, изменение его объема будет напрямую зависеть от изменения абсолютной температуры, это характерно для всех идеальных газов

Если заданная масса газа сжимается при постоянной температуре, абсолютное давление обратно пропорционально ее объему.

Ограничение температуры в двигателе

ТРД является тепловой машиной. Чем выше температура горения, тем больше расширение газов и эффективность двигателя. Однако существует лимит температуры, которая может достигаться в турбине после камеры сгорания.

Этот лимит обусловлен материалами, из которых изготавливается сопловой аппарат и лопатки рабочих колес.

Использование современных материалов и высокоэффективных методов охлаждения в сопловом аппарате и лопатках рабочих колес позволяет применять более высокие температуры газа в двигателях последних моделей и достигать большей эффективности, чем у предшественников.

1.7. ПРИМЕНЕНИЕ ГАЗОВЫХ ЗАКОНОВ В ГТД

Воздух, который является рабочим телом в ГТД, претерпевает различные изменения: давления, температуры и объема – из-за получения и отдачи теплоты во время рабочего цикла двигателя.

Эти изменения соответствуют принципам, присущим комбинации законов Шарля и Бойля.

Закон Бойля гласит:

Изолированно от других условий данный закон не особенно полезен для нас. На практике мы не можем сжать газ при постоянной температуре. Однако, если применять этот закон совместно с законом Шарля, он становится более полезным.

Закон Шарля гласит:

Т.о., объем заданной массы газа с постоянным давлением прямо пропорционален абсолютной температуре данного газа.

Данный закон сам по себе лишь немного лучше предыдущего, т.к. в теории мы имеем горение в ГТД при постоянной температуре, но на практике это неосуществимо.

Поэтому мы должны создать комбинацию законов. Комбинированный газовый закон гласит:

Произведение давления и объема заданного количества газа, разделенное на абсолютную температуру, является постоянной величиной.

Простым языком, это означает, что произведение давления на объем воздуха на каждой стадии рабочего цикла пропорционально абсолютной температуре воздуха на этой стадии.

Тремя основными стадиями изменения параметров воздуха являются сжатие, горение и расширение.

Во время сжатия для повышения давления и уменьшения объема воздуха совершается работа. Существует соответствующий рост температуры. Чем больше степени повышения давления, тем выше термический КПД и ниже удельный расход топлива.

Во время горения добавление топлива к воздуху повышает температуру, происходит соответствующее увеличение объема при практически постоянном давлении.

Во время расширения, когда определенная доля энергии газового потока преобразуется в механическую энергию с помощью турбины, происходит понижение давления и температуры газа и соответствующее увеличение его объема.

Изменения температуры и давления газа, а также изменение скорости можно увидеть на рис. 1.4.

Рис. 1.4. Изменение давления, температуры и скорости в двигателе с однокаскадным осевым компрессором

1.8. КОНСТРУКЦИЯ ГАЗОВОЗДУШНОГО ТРАКТА (КАНАЛА)

При прохождении воздуха через двигатель с ним происходят различные изменения в зависимости от требований к скорости и давлению. Например, на этапе сжатия воздух должен сжиматься без какого-либо значительного увеличения его скорости.

Другим примером является выхлопное сопло, где давление газа падает до атмосферного со значительным увеличением его скорости.

Эти изменения давления и скорости достигаются с помощью каналов различной формы, через которые должен пройти воздух перед попаданием в двигатель. Конструкция таких каналов чрезвычайно важна, т.к. эффективность преобразования скорости (кинетической энергии) в давление (потенциальную энергию) и обратно имеет непосредственное влияние на эффективность работы двигателя. На рис. 1.5. приведены два примера использования внутри двигателя каналов различной формы.

Рис. 1.5. Применение расширяющегося и сужающегося каналов для управления прохождением воздушного потока в двигателе (Основано на оригинальной диаграмме фирмы Rolls-Royce)

На верхнем примере видно, что при использовании расширяющегося канала увеличивается давление воздуха после того как он покидает последнюю ступень компрессора и до того, как поступает в камеру сгорания. Этот воздух, иногда называемый «воздух на выходе компрессора», обладает самым высоким давлением во всем двигателе (см. рис. 1.4). Преимущество этого канала двойственное: первое –повышение давления без затрат энергии на привод компрессора, второе – понижение скорости, что облегчает задачу камеры сгорания.

На нижнем примере на рис. 1.5 показано применение сужающегося канала для ускорения газа при прохождении через канал между лопатками соплового аппарата на пути к рабочим лопаткам турбины.

Крутящий момент, прикладываемый к лопаткам турбины, кроме прочего, зависит от скорости газового потока в ней. Поэтому, чем быстрее мы можем разогнать поток в турбине, тем больший крутящий момент можем ей сообщить.

Логично предположить, если мы преобразуем часть значительной энергии давления газового потока в кинетическую энергию, будет более эффективно передавать его на турбину и ее вал.

Дата добавления: 2014-12-10