提高效率，掌握12.5.2T-s线图的应用方法

2023-06-28 理论教育版权反馈

【摘要】：图12-33 一级涡轮T-s线图涡轮的等熵效率ηs定义为等熵过程和实际过程中发生的动力之比，表示为利用理想气体的等熵状态方程Tp（1-κ）/k=常数，式可以改写为对式进行变换，相对于总压比所发生的总温减小量ΔT0s的计算式为式中，ηs为对于总温的等熵效率，称为涡轮的总效率。涡轮轴发动机仅需要获得机械能量，因此使用静态效率。

在涡轮导流叶片上可以忽略热量的发散，也不发生动力变化，根据能量守恒方程，总焓h₀和总温T₀保持不变，可以表示为

式中，下标1、2分别表示导向叶片进口和出口（工作叶片进口）。另外，下标3表示工作叶片出口（导向叶片进口）。

在涡轮工作叶片上因发生动力，总焓和总温会发生变化，根据能量守恒方程，可以表示为

w_s=h₀₂-h₀₃=c_p（T₀₂-T₀₃）=c_pΔT_0s （12.87）

即，在涡轮中燃烧气体的焓减小转换为动力，因此总焓和总温会减小。式（12.87）与式（12.85a）合并，在一级涡轮中总温的减小量ΔT_0s可以以速度的函数表示为

如果工作叶片的进口和出口的绝对速度相同，即V₂=V₃，则工作叶片中温度的减小量等于总温的减小量。但是，在与工作叶片一起旋转的观察者角度上进行观察，因不发生动力，形成相对总温T_0，rel保持不变的过程，为

以上式为依据，在图12-33所示的T-s线图中显示了轴流式涡轮的一级状态变化。导向叶片是降低压力（p₁>p₂）和增加速度（V₁<V₂）的流体流动通道。在导向叶片内流体流动时会发生摩擦损失，因此熵会增大，能获得的速度会减小。在等熵过程中，导向叶片出口温度降低到温度T₂′，实际过程中导向叶片出口温度降低到温度T₂，因此动能产生量会减少。

与此相反，在工作叶片中，总温与涡轮输出功率成比例以式（12.88）为依据减少。但是，如式（12.89）所示，相对总温保持不变，静态温度T与相对速度的增加成比例减少，在工作叶片中，静温（及总温）和静压（及总压）均会减少。因此，一旦发生摩擦损失，能获得的动力就会减少。

图12-33 一级涡轮T-s线图

涡轮的等熵效率η_s定义为等熵过程和实际过程中发生的动力之比，表示为

利用理想气体的等熵状态方程Tp^{（1-κ）/k=}常数，式（12.90）可以改写为

对式（12.91）进行变换，相对于总压比（p₀₃/p₀₁）所发生的总温减小量ΔT_0s的计算式为

式中，η_s为对于总温的等熵效率，称为涡轮的总效率。此总效率在出口动能V²₃/2使用在下一级或其他目的上时很有用。可以说是出口动能使用为推力能量时涡轮喷气发动机的一个很好的例子。

效率定义为在得出的压力差（p₀₁-p₃）中能获得的最大动力（理想动力）对实际获得动力之比。如图12-33所示，即使在相同的等熵过程，随出口速度V₃的不同，最大动力也不同。即，出口速度越小，动力越大，当出口速度为0时获得最大动力。此时，效率称为级的静态效率η_ts，定义为

式中，T₃′为等熵过程中从p₀₁到p₃膨胀后的温度。静态效率在出口速度为0时等于总效率，出口速度不是0时，小于总效率。此静态效率是在不需要涡轮出口的动能，即不需要推力发生时所需的效率。涡轮轴发动机仅需要获得机械能量，因此使用静态效率。

提高效率，掌握12.5.2T-s线图的应用方法

相关推荐