第1.3节 喷气发动机热力循环
1.3.1 循环的理想化条件
理想化假设条件
假设工质完成的是一个封闭的热力循环 假设压缩和膨胀过程是定熵过程 假设燃烧室为定压加热过程 忽略qmf ，假设气体为定质量（前后质量不
便）的定比热容的完全气体
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1.3.2 布莱顿或定压加热循环
0

opt


2 1


T3 T0
2 1
w0,max c pT0

2
1
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当实际加热比为5－6时，πopt≈16－30 最大理想循环功为仅取决于加热比
当增压比很大时，在极限情况下，则加 热量为零， 理想循环功也为零。
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图形分析
增压比一定， 加热 比愈大， 循环功愈 大。
最佳增压比 opt 的
定义
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图2－11 理想循环功与增压比的关系
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最
大循环功w0,max
及最佳增压
比
的
opt
计算
dw0 de

c
pT0

Δ e2
1
压气机的增压比的乘积
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热效率推导：
γ 1
ηt
1 T5 T3
T0 T2
1 T5 T3
1 T0 T2

1



p2
p0

γ
1
1
1

所以：燃气涡轮喷气发动机理想循环的 热效率取决于发动机的增压比和工质的 热容比
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热效率 ηt＝
cp

1
c
1
ac p
1

1

1
1

cp
c
1


影响发动机实际循环热效率的因素：加热比Δ(或涡轮 前燃气总温)、增压比、压气机效率 、涡轮效率。
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4 实际循环
发动机实际工作过程 气体的成分发生变化； 热容比也随着气体成分和温度而发生变化； 存在流动损失
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压缩过程(0-2)： 认为是 绝热的多变过程
膨胀过程(3-5)： 认为是 绝热的多变过程
燃烧室中由于流动损失和 加热热阻存在，加热伴随 气流总压损失



p3 p5

γ


p2 p0

γ
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引入反映循环特性的参数--增压比 π
π p2
p0
进气道的冲压比 ： 压气机的增压比 ：
所以 in c
in c

p1 pp02 p1
即：循环的增压比等于进气道的冲压比与
布莱顿循环p-v图
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2 布莱顿循环的热效率
布莱顿循环的热效率
热效率的定义
其中：
ηt

wo q1

1
q2 q1
问题：问什么W0=Q1-Q2
η ：循环热效率
Wt0：循 环 过 程 产 生 的 机 械 功
q1 :循环过程中吸收的热q量 2 :循环过程中放出的热量

c
pT0

T3

T0
1


1ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
1



1

1
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c
pT0

1

1 e


e

1

其中：
1
T3 成为加热比，e
T0
故：理想循环功取决于加热比Δ和增压比π
布莱顿或定压加热循 环定义
循环组成
０-２ 定熵压缩过程 ２-３ 定压加热过程 ３-５ 定熵膨胀过程 ５-０ 定压放热过程
布莱顿循环p-v图
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⒈布莱顿循环的p-v图和T-s图
布莱顿循环的p-v图 过程含义
0－1线 1－2线 2－3线 3－4线 4－5线
控制体的选取
动量方程
气体为研究对象
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有效功
w0

c pT0

1
c
1
ac
1

p
1



a

c p '1


1
'1 '



cp
1

1
1

T* 3
T0
影响实际循环功的因素：加热比Δ、增压比、压缩效率、 膨胀效率等
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喷气发动机的推力
1 推力的产生
推力的定义
气体流过发动机时对发动 机内外壳体作用力的合力 在发动机轴线方向的分力 叫推力，用符号表示。
推力是合力
推力的分布
图2－16 推力的分布
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2 推力的计算公式
推力计算推导
q1 c p T3 T2
q 2 c p T5 T0
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对于定比热容的完全气体有:
ηt

1 T5 T3
T0 T2
对于定熵过程0－2有:
γ 1
T2 T0



p2 p0

γ
对于定熵过程3－5有:
γ 1
γ 1
T3 T5
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指示功
Li (V52 V 2 ) 2 Lnet Lrp Lrc
有效功
Le (V52 V 2 ) 2 Lnet Li Lrp Lrc
涡喷发动机：对外输出的有效功完全用来增加流过发动机气体的动能； 涡扇发动机：一部分有效功用来驱动外涵风扇； 涡轮螺桨发动机：有效功大部分用来驱动螺旋桨，小部分增加气体动能； 涡轮轴发动机：实际循环的全部有效功绝大部分用来驱动直升机的旋翼。
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在 一 定的情况下， 取决于空气在压缩过
程中压力提高的程度
发动机的增压比
愈大， 则热效率
愈高。
t
图2－10 热效率随发动机增压比的变化
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3 理想循环功
W的推导计算：
w0 q1 q2 c p T3 T2 c p T5 T0