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如何优化汽车引擎的T-s线图与增压比?

【摘要】:即,因V3T2。在此T-s线图中,对工作叶片和导流叶片的损失进行分析。但因实际过程为非可逆过程,因此不能获得与等熵过程相同的压力增大。把式对增压比Rs进行推导,可以改写为式中,适用一级压缩器中的总温增加量ΔT0s和速度关系式,可以将增压比表示为从上式中可以看出,如果效率ηs不变,为了获得大的增压比,必须增大工作叶片的转速U和圆周方向的绝对速度变化量ΔVw。

压缩器的导流叶片上没有输入动力,可以考虑为等熵过程,根据能量守恒定律总温T0和总焓h0保持不变。因此,如图12-18a所示,以下标2、3分别表示导流叶片进口和出口时,能量守恒式为

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参考图12-18b所示的速度三角形,在导流叶片中绝对速度会降低,温度会增加。即,因V3<V2,有T3>T2。相反,在工作叶片中与获得的动力成正比,总温会增大,即T02>T01。但是,当以与工作叶片一起旋转的观察者角度上观察工作叶片时,等于没有输入动力,因此相对总温T0,rel(以相对速度W计算的总温)不变,如下式表示。

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在工作叶片上相对速度减小,温度上升。即因W2<W1,有T2>T1。考虑此关系,在轴流式一级压缩器的状态变化如图12-19所示。在此T-s线图中,对工作叶片和导流叶片的损失进行分析。在工作叶片经过期间,总温与输入动力成正比增加,但如式(12.78)所示,相对总温保持不变,因此温度T以与相对速度减小量成比例的速度增加。如此,在工作叶片中温度和总温增加,同时压力和总压均要增大。但因实际过程为非可逆过程,因此不能获得与等熵过程相同的压力增大。

一级压缩器的等熵效率ηs

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图12-19 一级压缩器的T-s线图

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利用理想气体的等熵状态式T(1-κ)/κp=常数,式(12.71)可以改写为

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式(12.72)所示的一级压缩器的效率可以作为以相同的温度比能获得多少增压比的尺度。

把式(12.72)对增压比Rs(=p03/p01)进行推导,可以改写为

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式中,适用一级压缩器中的总温增加量ΔT0s(=T03-T01)和速度关系式(12.68),可以将增压比表示为

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从上式中可以看出,如果效率ηs不变,为了获得大的增压比,必须增大工作叶片的转速U和圆周方向的绝对速度变化量ΔVw。在此考虑速度三角形,可以获得关系式:

U=Vw1-Ww1=Vw2-Ww2 (12.75)

因此,有

ΔVw=Vw2-Vw1=Ww2-Ww1=Va(tanα2-tanα1) (12.76)

从式(12.76)可以看出,圆周方向绝对速度变化量与轴向速度和工作叶片中的流动角度变化量有很大的关系。因此,为了增加压缩器各级的增压比,必须增大下述要素:

①工作叶片的转速U。

②轴向绝对速度Va

③工作叶片的流动角度的转换(α2-α1)。