Termodinamica del compressore
La maggior parte dei moderni aerei passeggeri e militari sono alimentati da motori a turbina a gas, chiamati anche motori a reazione. Tutti i tipi di motori a reazione hannoalcune parti in comune.Tutti i motori a reazione hanno un compressoreaumentare la pressione dell’aria in entrata. Ci sono attualmente dueprincipali disegni compressore trovato su motori a reazione: il compressore assial, in cui l’aria scorre parallela all’asse dirotazione, e il compressore centrifugo,in cui l’aria viene ruotata perpendicolarmente all’asse di rotazione. Ineither design, il lavoro del compressore è quello di aumentare la pressione del flusso. Misuriamo l’aumento dal compressore pressureratio (CPR), che è il rapporto tra la pressione totale dell’aria pt exitingthecompressor e la pressione dell’aria che entra nel compressore. Questo numeroè sempre maggiore di 1.0.Riferendosi al nostro stationnumbering, l’ingresso del compressore è stazione 2 e il compressore exitis stazione 3.Il CPR è uguale a pt3 diviso per pt2, come mostrato su theslide.
RCP = pt3 / pt2 >= 1.0
Per produrre l’aumento della pressione, il compressore deve eseguirelavorare sul flusso. Nell’axialcompressor, cascate di piccoli profili alari sono montate su un albero chesi gira ad un alto tasso di velocità. Parecchie file, o fasi, areusually usate per produrre un alto CPR, con ogni fase che produce un piccolo aumento di pressione. Nel compressore centrifugo, un ulterioreaumento della pressione deriva dalla rotazione del flusso radialmente,irradiando da o convergendo verso un centro comune.Poiché nessun calore esterno viene aggiunto o estratto dal compressore durante l’aumento della pressione, il processo èentropico. La temperatura totale Tt3 / Tt2 attraverso il compressore è correlata al rapporto di pressione dalle equazioni del flusso isentropico.
Tt3 / Tt2 = (pt3 / pt2) ^((gam -1) / gam)
dove gam è il rapporto dimalori specifici.
È necessario lavorare per ruotare l’albero su cui è montato il compressore. Dalla conservazione dell’energia, il lavoro del compressore per massa di flusso d’aria CW è uguale al cambiamento inl’entalpia specifica ht del flusso dall’ingresso all’uscita del compressore.
CW = ht3 – ht2
Il termine “specifico” indica per massa di flusso d’aria. L’entalpia all’entrata e all’uscita è correlata alla temperatura totale Tt a quelle stazioni.
CW = cp *(Tt3-Tt2)
Eseguendoun po ‘ di algebra, arriviamo all’equazione:
CW = 2 * / nc
che mette in relazione il lavoro necessario per girare il compressore al rapporto di pressione del compressore, la temperatura totale in entrata, alcune proprietà del gas e un fattore di efficienza nc. Il fattore di efficienza è incluso toaccount per le prestazioni effettive del compressore in contrapposizione al ideale, isentropic prestazioni. In un mondo ideale, il valore dell’efficienza sarebbe 1.0; in realtà, è sempre inferiore a 1.0.So è necessario un lavoro aggiuntivo per superare l’inefficienza delcompressore per produrre un CPR desiderato. Il lavoro è fornito dalla turbina di potenza, che è collegataal compressore dall’albero centrale.
Si noti che il CPR è correlato al rapporto di temperatura totaleattraverso il compressore. Poiché il CPR è sempre maggiore di 1,0 eil valore di gam, il rapporto tra calore specifico, è di circa 1,4 per l’aria, il rapporto di temperatura totale è anche maggiore di 1,0.L’aria si riscalda mentre passa attraverso il compressore.Ci sonolimiti di temperaturasui materiali del compressore.Su alcuni motori, la temperatura all’uscita del compressore diventa un vincolo di progettazione, un fattore che limita le prestazioni del motore.È ora possibile utilizzare Enginesimper studiare gli effetti di diversi materiali sul funzionamento del motore.
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