Varför ger ett högre kompressor-tryckförhållande högre Thrust och lägre TSFC?
Min professor ber oss vanligtvis i våra tentor att plotta tryckkraftförhållandet och TSFC-tryckförhållande diagrammen och motivera de observerade tendenser.
(TSFC = Thrust Specific Fuel Consumption).
Vi vet alla att när kompressorns tryckförhållande ($ \ pi_c $) ökar, desto högre drivkraften ($ F $) och ju lägre $ TSFC $. Här är ett diagram (som hämtades från boken Grundläggande om Jet Propulsion with Applications , av Ronald D. Flack ).
Dethärdiagrammetgjordesefterattdeslutligauttryckenhartagitsför$F$och$TSFC$(vilketärenorma)ochplottardemmot$\pi_c$medendator.Självklartharviintedatoreritentamen,ochviharintetillräckligtmedtidföratthärledasådanakomplexaformler.Härärettexempelpåden(icke-dimensionerade)$TSFC$:
Iställetvilljagimponerapåhonommedenövertygande,icke-matematisk,kvalitativförklaringavdettabeteende.
Därförminfrågaminskartill:Varförökartrycketmed$\pi_c$fysisktsett?(Svaretpå"varför minskar TSFC med $ \ pi_c $ svaras och säger att $ F $ och $ TSFC $ beter sig omvänd mot varandra).
Detta är mitt försök: När kompressorns tryckförhållande ökar kommer flödet blandas och brännas mer effektivt i förbränningskammaren, vilket ökar energin som är tillgänglig för munstycket för att accelerera flödet. Eftersom strålkastningen ökar med avgashastigheten kan vi vara säkra på att ett högre tryckförhållande kommer att översättas till en högre drivkraft. $ (TSFC- \ pi_c) $ beteendet kommer att vara invers proportionellt mot $ (F- \ pi_c) $, eftersom $ TSFC = \ dot {m} _f / F $
OBS: Min förklaring av processen, jag tycker är lite ofullständig. Det förklarar till exempel inte varför det finns en $ \ pi_c $ för vilken $ F $ faktiskt börjar minska (i grafen är detta $ \ pi_c $ -värdet ca 15).
1 svar
Eftersom de konstanta tryckledningarna är divergerande med ökande entalpy.
Ta en titt på rätt mest diagram. De två linjerna är konstanta trycklinjer, med den högre linjen som indikerar högre tryck, och som du kan se är de divergerande.
1 är början på cykeln, alltså vid omgivande temperatur
Från 1 till 2 ökar vi temperaturen och går till ett högre tryck i kompressorn. Detta kommer att kosta lite energi, som levereras av turbinen.
Från 2 till 3 ökar vi Temperaturen vid samma tryck genom att lägga till energi.
Från 3 till 4 minskar vi temperaturen och trycket i turbinen (och använder lite av den extraherade energin för att driva turbinen).
Från 4 till 1 använder vi energin i flödet för att driva oss, och vi går tillbaka till omgivande temperatur.
I princip kan vi också hoppa över det högre trycket och helt enkelt gå från 1 till 4 och tillbaka till 1 (som bara värmer luft och driver dig själv med värmen.)
Men genom att flytta till ett högre tryck kan vi utnyttja de divergerande tryckledningarna. Detta ger oss en fördel eftersom avståndet 3-4 är större än 2-1. Detta innebär att om vi använder turbinen för att köra kompressorn, får vi lite "fri" energi.
Källa
Följande OSUZorbas kommentar:
För att illustrera punkten för "fri energi", se bilden nedan, här läggs två extra stationer till inloppet, vilket inte är så viktigt för nu och munstycket. Observera att kompressorns och turbins vertikala avstånd är lika (de måste vara, eftersom man driver den andra), sålunda $$ \ start {aligned} P_ {comp} = P_ {turb} & \ Rightarrow \ Delta T_ {comp} = \ Delta T_ {turb} \\ & \\ Rightarrow (T_3 - T_2) = (T_4 - T_5) \ end {linje} $$
Men på grund av linjernas divergerande natur har vi lite extra energi kvar. Vi använder munstycket för att optimalt expandera högtrycks-, högtemperaturflödet och extrahera "extra" energi.
Källa
Läs andra frågor om taggar fuel compressor Kärlek och kompatibilitet Skor Gear 12 Stjärntecken Grunderna