کارایی در توربین گاز یا موتور هواپیما

مدیران انجمن: javad123javad, parse

ارسال پست
نمایه کاربر
rohamjpl

نام: roham hesami

محل اقامت: Tehran -Qeytariyeh, Ketabi Street, 8 meters from Saba

عضویت : سه‌شنبه ۱۳۹۹/۸/۲۰ - ۰۸:۳۴


پست: 621

سپاس: 391

جنسیت:

تماس:

کارایی در توربین گاز یا موتور هواپیما

پست توسط rohamjpl »

اکثر موتورهای هواپیمای مدرن ، از چندین مرحله کمپرسور تشکیل شده اند که توسط توربین (یا چندین) و یک اتاق احتراق در بین آنها هدایت می شوند تا دمای جریان را افزایش دهند.
به طور کلی ، تولید کنندگان و طراحان برای افزایش کارایی بر افزایش نسبت فشرده سازی و همچنین دمای احتراق متمرکز هستند.
سوال من این است ، با فرضهای ساده مانند گاز کامل ، بدون اتلاف انرژی یا اصطکاک ، و دما و سرعت ورودی ثابت: بازده این چرخه ترمودینامیکی چگونه ارزیابی می شود؟ چگونه می توان بهره وری حاصل از افزایش فشار یا دما را کمی کرد؟تصویر
من میدونم توربین های گازی با استفاده از چرخه Brayton مدل سازی می شوند که در ساده ترین حالت از موارد زیر تشکیل می شود:
فشرده سازی ایزنتروپیک (در کمپرسور)
اضافه شدن گرما با فشار ثابت (محفظه احتراق)
انبساط ایزنتروپیک (در یک توربین)
رد حرارت فشار مداوم
و از آنجا که بهره وری به عنوان خروجی خالص / ورودی گرما تعریف می شود ، می توان به راحتی و به ترتیب زیر راندمان را با دمای حالت های چرخه مرتبط دانست:با این حال اکثر توربین های گازی در این شرایط ایده آل ساده نظیر فشرده سازی و انبساط ایزنتروپیک ، افزودن حرارت فشار ثابت ، فشرده سازی تک مرحله ای و انبساط تک مرحله ای کار نمی کنند. و در چنین مواردی مدل سازی و تجزیه و تحلیل کارایی بسیار پیچیده تر از چرخه ایده آل است.
کارایی موتورهای توربوجت با نازل
در هر چرخه بریتون ، بیشترین بازده ترمودینامیکی موتورهای TurboJet باید حدود 40٪ باشد. بقیه انرژی به دلیل اتلاف حرارت در گازهای خروجی بعد از توربین رد می شود.
اما اگر این گازهای گرم توربین از طریق نازل با راندمان 95٪ (همگرا یا CD) منتقل شوند ، پس کارایی کلی باید 95٪ باشد ، درست است؟ از آنجا که نازل تمام گرما و فشار هدر رفته را می خرد ، آن را به انرژی جنبشی گازها تبدیل می کند.
طبق اطلاعات من ، نازل ها دستگاه های بسیار کارآمدی با کارایی بالاتر از 95٪ هستند (لطفا در این مورد نظر دهید) و برای بحث لطفاً راندمان احتراق را 100٪ و بدون افت مکانیکی در نظر بگیرید. و در اینجا من هدف کلی موتور توربوجت را در نظر دارم تا گازها را در سریعترین زمان ممکن پیش ببرد. بنابراین راندمان کلی در اینجا انرژی جنبشی گازهای خروجی در مقابل انرژی شیمیایی آزاد شده توسط سوخت است.چرخه کامل Brayton یک موتور توربین گاز هواپیما دارای چندین منبع اتلاف انرژی است - از دست دادن نیروی رانش پیشرانه. نازلی که ذکر کردید تنها بخشی از کل چرخه است و بله اگر به درستی شکل بگیرد می تواند بسیار کارآمد باشد.
کارایی پیشرانه
حفظ شتاب برای تسریع در یک وسیله نقلیه به شتاب دادن مواد پیشرانه در جهت مخالف نیاز دارد. به طور کلی ، در چارچوب مرجع زمین ، هنگامی که سرعت اگزوز کم است ، بازده انرژی بیشترین است ، زیرا این امر باعث کاهش اتلاف انرژی جنبشی به پیشرانه می شود.موتور جت
وابستگی بهره وری انرژی (η) از سرعت خروجی / نسبت سرعت هواپیما (c / v) برای جت های تنفس هوا
فرمول دقیق کارایی پیشرانه برای موتورهای تنفس هوا${\displaystyle \eta _{p}={\frac {2}{1+{\frac {v_{9}}{v_{0}}}}}}$,${\displaystyle v_{9}}{\displaystyle v_{9}}$ سرعت دفع اگزوز به سرعت هوای ورودی نتیجه این امر این است که ، به ویژه در موتورهای تنفسی هوا ، شتاب دادن مقدار زیادی از هوا توسط مقدار کمتری از انرژی است تا شتاب دادن مقدار کمی از هوا به میزان زیاد ، حتی اگر رانش آن زیاد باشد همان به همین دلیل کارآیی موتورهای توربوفن نسبت به موتورهای جت ساده با سرعت زیر صوت زیاد است
آیا معادله ای برای بهره وری موتور جت به عنوان تابعی از دمای ورودی توربین وجود دارد؟من می دانم که بین دمای ورودی توربین و کارایی موتور رابطه وجود دارد. اما ، آیا کسی می تواند معادله ای یا کارایی را فقط به عنوان تابعی از دمای ورودی توربین ارائه دهد؟
من به دنبال چیزی شبیه به این هستم: اگر دمای ورودی توربین 200K افزایش یابد ، بازده 10٪ افزایش می یابد. همچنین ، بیایید بگوییم که اگر GE ماده ای را ابداع کند که ذوب نشود (فقط تصور کنید) ، بالاترین دمایی که می تواند با سوزاندن سوخت تولید شود ، با فرض ذوب شدن هیچ چیز.خوب بگم کارایی موتور جت متأسفانه پیچیده تر از عملکرد یک به یک بین دمای ثابت توربین و بازده است. بازده ترمودینامیکی موتور توربین به عنوان توان تولیدی مفید استخراج شده از انرژی شیمیایی اضافه شده توسط سوخت تعریف می شود.
ایستگاه 0 برای ورودی موتور است ، سایر شماره های ایستگاه عبارتند از:تصویر
ورودی کمپرسور.
ورودی محفظه احتراق.
ورودی توربین.
خروجی توربین.
اگزوز موتور.
جریان حرارتی$\dot{Q}$ اضافه شده به موتور:
$\dot{Q} = \dot{m} \cdot c_{pg} \cdot (T_{3t} - T_{2t}) \tag{roham1}$
با$\dot{m}$= جریان جرم در موتور ، $c_{pg}$ = ثابت گاز ،$T_{3t}$ = دمای کل در ورودی توربین. دمای کل دمایی است که وقتی جریان گاز به صورت غیر هم فشار متراکم شود ، در نقطه رکود اندازه گیری شود و به صورت تعریف شود
$T_t = T + v^2/(2 * C_p) \tag{roham2}$
بنابراین انرژی IN تابعی از موارد زیر است:
دمای ورودی توربین استاتیک
جریان جرم کل
سرعت جریان گاز در ورودی توربین.
قدرت مفید خارج
توان تحویل شده توسط ژنراتور گاز:
$P_{gg} = \dot{}m \cdot c_{pg} \cdot T_{4t} \left[ 1 - {\left(\frac{p_0}{p_{4t}} \right)}^{\frac{\kappa_g - 1}{\kappa_g}} \right] \tag{roham3}$
با$T_{4t}$ = دمای راکد در خروجی توربین.
p0 = فشار استاتیک در ورودی موتور ، تابعی از تراکم هوا و سرعت هوا.
$p_{4t}$= فشار راکد در خروجی توربین ، که بستگی به میزان انرژی توربین از جریان گاز دارد.
بهره وری
اگر بتوانیم فقط $T_{3t}$را تغییر دهیم و متغیرهای دیگر را ثابت نگه داریم ، می توانیم به نوعی از عملکردی که پس از آن دنبال می شویم برسیم - اما نمی توانیم. افزایش T.I.T باعث ایجاد رانش بیشتر ، تسریع در هواپیما ، افزایش فشار ورودی ، افزایش فشار خروجی توربین و غیره می شود.
تعداد زیاد متغیرهای درگیر ، استخراج عبارات جبری برای خروجی خاص و کارایی چرخه های واقعی را غیرممکن می کندi hope i helped roham hesami smile072 smile260
آخرین ویرایش توسط rohamjpl چهارشنبه ۱۴۰۰/۳/۵ - ۱۱:۴۰, ویرایش شده کلا 1 بار
تصویر

نمایه کاربر
rohamjpl

نام: roham hesami

محل اقامت: Tehran -Qeytariyeh, Ketabi Street, 8 meters from Saba

عضویت : سه‌شنبه ۱۳۹۹/۸/۲۰ - ۰۸:۳۴


پست: 621

سپاس: 391

جنسیت:

تماس:

Re: کارایی در توربین گاز یا موتور هواپیما

پست توسط rohamjpl »

آیا این عامل اصلی است که من اشتباه می کنم؟تصویر
فراموش کردید که فشار را در نظر بگیرید. این فرمول با این فرض کار می کند که نازل شما به خوبی سازگار باشد و جریان خروجی در فشار جو باشد. در مورد شما سرعت افزایش می یابد اما همانطور که در معادله برنولی بیان شده است فشار کاهش می یابد.
$P_0+ 0.5\rho V_0^2 = P_1+ 0.5\rho V_1^2$
این بدان معنی است که نیروی فشار بر روی نازل شما رانش حاصل از شتاب سیال را خنثی می کند.
در صورت متفاوت بودن فشار ، معادله رانش کلی خود را ببینید
$\text{Thrust} = (Q * V)_e - (Q * V)_0 + (P_e - P_0) * A_e$
با توجه به Ae هوای خروجی نازل است.
برای یک موتور جت ، جریان جرم خروجی تقریباً برابر با جریان جرم جریان آزاد است ، زیرا سوخت بسیار کمی به جریان اضافه می شود. ... برای شفافیت ، سپس رانش موتور را رانش خالص می نامند. معادله رانش ما نشان می دهد که رانش خالص برابر است با رانش ناخالص منهای کشش قوچ.رانش ناخالص موتور جت منهای کشش ناشی از حرکت هوای ورودی.رانش موتور جت نیرویی است که توسط موتوری که روی پایه های هواپیمای خود عمل می کند ، هواپیمای آنها را در پرواز به جلو می کشد به بیان ساده پره ها با سرعت زیاد می چرخند و هوا را فشرده یا فشرده می کنند. سپس هوای فشرده شده با سوخت پاشیده می شود و جرقه برق مخلوط را روشن می کند. گازهای سوزان از طریق نازل ، در پشت موتور منبسط می شوند و منفجر می شوند. همانطور که جت های گاز به عقب شلیک می کنند ، موتور و هواپیما به جلو رانده می شوند.چگونه موتورهای جت باعث افزایش رانش می شوند؟
پس سوز مشهورترین روش تقویت رانش ، پس سوز است که به آن سوختن لوله دم نیز می گویند. سوخت به گاز خروجی داغی که بین توربین و نازل جریان دارد تزریق می شود. احتراق گاز با ورود به نازل جریان هوا را گسترش داده و باعث افزایش رانش می شود.چرا موتورهای جت بهتر از ملخ هستند؟
پاسخ: موتورهای جت به دلیل نحوه تولید رانش سریعتر هستند. آنها با افزایش فشار داخل موتور با واکنش احتراق ، رانش ایجاد می کنند. فشار افزایش یافته در موتور نیروی بیشتری را در جهت جلو وارد می کند
فرمول رانش و فشار چیست؟
ما می دانیم که Thrust = فشار × سطح و فشار نیرو / منطقه است. بنابراین ما در فرم رانش فشار را جایگزین می کنیم و بدست می آوریم: Thrust = Force / Area * Area. که به Thrust = نیرو ساده می شودتفاوت بین رانش و فشار چیست؟
خلاصه: به کل نیرویی که عمود بر یک سطح معین عمل می کند رانش گفته می شود. رانش وارد بر سطح واحد فشار نامیده می شود.
نازل در موتور جت چه کاری انجام می دهد؟
تمام موتورهای توربین گاز دارای یک نازل برای تولید رانش ، هدایت گازهای خروجی به جریان آزاد و تنظیم میزان جریان جرم در موتور هستند. نازل در پایین دست توربین قدرت قرار دارد. نازل یک وسیله نسبتاً ساده است ، فقط یک لوله مخصوص است که گازهای داغ از طریق آن جریان می یابد.
رانش مایع چیست؟
به کل نیروی عادی اعمال شده توسط مایعات در حالت استراحت بر روی سطح تماس با آن ، رانش سیال گفته می شود. رانش سیال واحد SI نیوتن (N) است و یک مقدار بردار است. ... تعریف فشار: فشار در هر نقطه از سیال ، رانش سیال در واحد سطح اطراف آن نقطه است.انواع رانش چیست؟
در هواپیما ، رانش با توجه به نوع پیشرانه به روش های مختلف ایجاد می شود:
توربوجت: تمام رانش به صورت جریان خروجی جت از عقب موتور تولید می شود. ...
توربوفان: بیشتر رانش توسط یک فن بزرگ در جلوی موتور ایجاد می شود. درصد کمی توسط جریان جت تولید می شود.
تفاوت وزن و رانش چیست؟
وزن نیروی جاذبه است. ... لیفت نیرویی است که در جهت حرکت از طریق هوا در زاویه راست عمل می کند. بالابر در اثر اختلاف فشار هوا ایجاد می شود. رانش نیرویی است که یک ماشین پرنده را در جهت حرکت حرکت می دهد
تفاوت بین رانش و نیرو چیست؟
نیرو فشار یا کشیدن بر روی یک جسم است. دستگیره ر را فشار دهید تا در را باز کنید یا در را بکشید. هر دو نیروهای در هستند. رانش نیرویی است که هواپیما را به جلو یا بالا می کشاند
رابطه بین تراکم و رانش فکر کنم جوابشو دارم اگر گاز موجود در اگزوز چگالی کمتری داشته و مساحت بیشتری را اشغال کند ، این امر باعث افزایش رانش نیز می شود. اکنون منطقه ای که درباره آن صحبت می کنیم ناحیه نازل است. مساحت نازل بیشتر است بنابراین در حالت ایده آل با توجه به فرمول رانش بیشتر خواهد شد.
هرچه سطح مقطع نازل در خروجی بیشتر باشد ، سرعت بیشتر و فشاری که گاز می تواند در خروجی بدست آورد کاهش می یابد. برای رانش بهینه فشار گاز در خروجی نازل باید دقیقاً برابر با فشار هوای خارج باشد.
بنابراین طبق فرمول Thrust = فشار x مساحت نازل. بنابراین مساحت نازل بیشتر است ، رانش بیشتر است. همچنین هرچه گاز تولید شده سریعتر از موتور فرار کند ، رانش به سمت بالا نیز بیشتر می شود.
فشار ، نیرو ، رانش چگونه مرتبط هستند؟ بنابراین آیا Force همان رانش است؟
در رانش یک واکنش داخلی مانند موتورهای جت یا موشک وجود دارد که باعث ایجاد نیرو می شود. این همان چیزی است که ما آن را "تراست" می شناسیم. از طرف دیگر ، نیرو ناشی از واکنشهای خارجی مانند هل دادن صندلی است.
همچنین Thrust کل نیروی عمود بر سطح است. واحد رانش نیوتن است. به نیروی وارد بر سطح واحد فشار گفته می شود. واحد فشار در سیستم SI نیوتن / مترمربع است.
اگر اشتباه می کنم من را اصلاح کنید اما طبق نظر من نیروی محرکه نیرویی است که در جهت مخالف گازهای خروجی ایجاد می شود. بنابراین نیرو و رانش در جهت مخالف سرعت دارند و هر دو بردار هستند. اگر رانش 5 نیوتن شمالی باشد ، نیرو 5 نیوتن جنوبی خواهد بود. اگر حق با من است لطفا به من بگویید.i hope i helped roham hesami
تصویر

ارسال پست