渦輪機及噴氣發(fā)動機2課件

第四節(jié)多級渦輪機

一、多級渦輪機的熱力過程1）必要性汽輪機工作條件：初壓：23.5Mpa左右；背壓：真空度0.0034Mpa下工作；理想比焓降：達1000~1600kJ/kg；從經濟性角度：葉片平均直徑處圓周速度：>1000m/s

汽流的馬赫數(shù)：Ma=3~3.5。要保證在最佳速度比工作時，避免單級的圓周速度超過材料的極限強度；采用多級汽輪機。第四節(jié)多級渦輪機一、多級渦輪機的熱力過程第三章渦輪機及噴氣發(fā)動機2課件2）

多級汽輪機蒸汽在依次連接的多級中相繼作功；十多級每一級只利用整個汽輪機比焓降中的一小部分；高壓、中壓部分的級、葉片的圓周速度：120~250m/s；低壓缸末幾級圓周速度：350~450m/s；對多數(shù)的級汽流的馬赫數(shù)：Ma<1；級速比接近最佳速度比；汽輪機的輸出功率=各級功率之和。2）

多級汽輪機3）多級汽輪機熱力過程

：進汽節(jié)流過程：各級實際膨脹過程：排汽節(jié)流過程調節(jié)閥前狀態(tài)：A0（po，to）；第一級噴嘴前的狀態(tài)：（）調節(jié)閥的節(jié)流損失后排氣背壓——冷凝器壓力；點末級動葉排汽時排汽管壓力損失，所以，；點汽輪機總理想焓降：級內理想焓降：有效焓降3）多級汽輪機熱力過程4）多級的特點：a）單級焓降小，提高單機功率，保證在最佳速比附近工作，提高機組效率；b）噴嘴出口速度小，可減小級的平均直徑—提高葉片高度，減小葉頂端損失，或增大部分進汽度，減小部分進汽損失；c）級的焓降較小，可用漸縮噴嘴，提高噴嘴效率；d）蒸汽在汽輪機中的工作過程為絕熱過程，上一級損失轉為熱能，使進入本級時溫度升高，故增大級的理想焓降4）多級的特點：二、重熱系數(shù)表示多級汽輪機能量損失中，回收熱能的程度。

Q：級的能量損失中回收的熱能;—級內的能量損失轉變成熱能，加熱工質，提高級后蒸汽的焓值。對n級汽輪機：各級理想比焓降之和=各級等熵理想比焓降之和+各級回收熱能之和,即二、重熱系數(shù)表示多級汽輪機能量損失中，回收熱能的程度。

設各級的相對內效率相等，為，則各級實際比焓降為：總的級的實際比焓降:整個汽輪機的相對內效率：

設各級的相對內效率相等，為，整機內效率大于各級的平均內效率；但越大，越小。因為，重熱只能回收總損失的一部分，不能補償損失的全部。重熱系數(shù)的半經驗公式：在過熱區(qū)：K=0.2；飽和區(qū)：K=0.12；部分在過熱區(qū)，部分在飽和區(qū)工作時K=0.14~0.18。Z：級數(shù)

整機內效率大于各級的平均內效率；但越大，三、多級渦輪機的損失多級渦輪機除級內損失以外，還有1）前后端軸封漏汽損失漏汽原因：旋轉件和固定件之間留有間隙，間隙兩端存在壓差而漏汽。漏汽不流經主流道，不參加作功——漏汽損失防止措施：齒形軸封。密封原理——降低壓差（壓降）結構：高低齒與軸上凸肩相錯對應，而者之間留有徑向環(huán)形齒隙；每兩個齒間形成環(huán)形汽室。汽室內的蒸汽流動：蒸汽通過環(huán)形齒隙時，通道面積減小，速度增大，壓力降低；三、多級渦輪機的損失

流入齒后，汽室體積突然擴大，汽流產生渦流和碰撞，其動能全部轉換為熱能；使蒸汽焓值得到回復。每個齒隙只承擔軸封總壓降的一部分。流入齒后，汽室體積突然擴大，汽流產生渦流和碰撞，其動2）進氣節(jié)流損失進氣節(jié)流損失指蒸汽從初狀態(tài)引入第一級噴嘴之前，流經主汽閥、調節(jié)閥、管道以及蒸汽室時因壓力損失造成的焓降損失。

設第一級噴嘴前壓力為，則節(jié)流引起的壓力損失為：

高低壓缸之間用連通管連接時，因摩擦而造成的壓力損失為

：連通管壓力

2）進氣節(jié)流損失3）排汽管壓力損失設冷凝器的靜壓為，汽輪末級出口后的靜壓為，排汽管壓力損失主要包括流動摩擦損失和渦流而產生的壓降；即：

：排汽管阻力系數(shù)（0.05~0.1），

:排汽管中的汽流速度（80~100m/s）3）排汽管壓力損失4）機械損失汽輪機運行時克服徑向軸承、推力軸承的摩擦阻力；帶動調速器、主油泵等所消耗的功率—機械損失；汽輪機內功率為，則，軸端功率為：汽輪機的機械效率：4）機械損失5）汽輪機裝置的效率郎肯循環(huán)：水等壓加熱變?yōu)樗魵獾倪^程d-a；（第五章）水蒸氣在汽輪機內絕熱膨脹過程a-b；排出的水蒸氣在冷凝器內定壓凝結為飽和水的過程b-c；水在水泵內絕熱壓縮過程c-d等構成循環(huán)效率：：水蒸氣初比焓，：凝結水比焓。a）汽輪發(fā)電機組的絕對電效率：相對電效率：

5）汽輪機裝置的效率汽輪機內效率：汽輪發(fā)電機組的絕對電效率：相對電效率：汽輪機機械效率：汽輪機內效率：

其中，：發(fā)電機效率；：發(fā)電機線端功率；：流量（kg/h）：末級高壓加熱器出口的給水比焓（采用回熱系統(tǒng)時）。b）汽耗率d：每發(fā)1kw·h電所消耗的蒸汽量；

只用于同類型機組的經濟性比較。c）熱耗率：每發(fā)1kw·h電所消耗的熱量?？捎糜谠u價不同參數(shù)的汽輪機組的經濟性。

其中，：發(fā)電機效率；：發(fā)電機線端功率；四、汽輪機的配汽方式

配汽方式=汽輪機負荷調節(jié)方式，由外界負荷變化調節(jié)輸出功。兩種基本配汽方式：噴嘴配汽和節(jié)流配汽1．噴嘴配汽方式配汽方法：設多個調節(jié)閥；第一級為部分進汽，并配置若干個噴嘴組；調節(jié)閥數(shù)目=噴嘴組數(shù)目；每個調節(jié)閥只控制一個噴嘴組的進汽；通過不同調節(jié)閥的開關控制，改變工作噴嘴數(shù)目，控制進入汽輪機的流量，實現(xiàn)負荷調節(jié)。因這種汽輪機的第一級能改變流通面積，所以稱為調節(jié)級。

四、汽輪機的配汽方式配汽方式=汽輪機負荷調節(jié)方式，由配汽方式的特點：1)各閥依次開啟（關閉），任意工況下，僅一個閥為部分開啟，其余各閥均全開（全關）只有流過部分開啟閥的小部分蒸汽受到節(jié)流，改善機組低負荷的熱經濟性。2）全開閥門無節(jié)流，部分開閥門受到節(jié)流，所以調節(jié)級內有兩股初參數(shù)不同的工作蒸汽，而級后壓力相同。相當于節(jié)流部分，效率降低。3）汽輪機負荷變化時，調節(jié)級前后的壓力和焓降隨之變化。第1組閥門全開時壓差最大，焓降也最大，而部分進汽最小調節(jié)級葉片應力狀態(tài)最差；調節(jié)級后溫度變化幅度較大，且沿圓周分布不均勻，熱負荷大，所以，噴嘴配汽對負荷變化的適應性較差4）隨功率所需蒸汽量時，隨著后一個閥門開啟，級后壓力增大，在非臨界狀態(tài)，通過全閥門的蒸汽量反而會降低。配汽方式的特點：2．節(jié)流配汽根據(jù)汽輪機負荷大小，利用調節(jié)閥直接對進入蒸汽節(jié)流，以控制進入汽輪機的蒸汽量。特點：結構簡單，成本低。無調節(jié)級，除小功率外，汽輪機第一級均設計為全周進汽，改善第一級動葉強度和第一級后溫度分布不均勻性。缺點：除最大負荷工況外，調節(jié)閥均在部分開啟狀態(tài)，所以蒸汽節(jié)流，理想焓降減少，低負荷時熱經濟性較差。常用于大功率高參數(shù)機組。最大負荷時經濟性與噴嘴配汽式相近。2．節(jié)流配汽

五、汽輪機的工況圖汽輪機工況圖：指汽輪機組的功率與汽耗量間的關系曲線。節(jié)流調節(jié)的凝汽式汽輪機的工況：汽耗特性方程：：發(fā)電機組空載汽耗，dl：汽耗率，即增加單位功率所需增加的汽耗量d

4個調節(jié)汽門系統(tǒng):a點—三個汽門全開，截流損失最小，效率最高d點—四個汽門全開—全負荷

五、汽輪機的工況圖汽輪機工況圖：指汽輪機組的功率與汽耗量間第五節(jié)

火箭及噴氣發(fā)動機一、火箭推進概述1．火箭的運動與推進原理直接反作用裝置：如火箭等噴氣式發(fā)動機，特點：發(fā)動機和推進器合為一體，將各種形式的能量轉換成射流的動能；射流產生的反作用力直接作用在發(fā)動機上。

間接反作用式裝置：如螺旋槳飛機，特點：發(fā)動機和推進器分開;

發(fā)動機作為動力源，工質為燃料燃燒的產物，推進器作為產生運動部件，工質為空氣；推動飛機前進的反作用力作用在推進器上。第五節(jié)

火箭及噴氣發(fā)動機一、火箭推進概述第三章渦輪機及噴氣發(fā)動機2課件第三章渦輪機及噴氣發(fā)動機2課件直接反作用噴氣式發(fā)動機：有空氣噴氣發(fā)動機和火箭發(fā)動機1）空氣噴氣發(fā)動機：由進氣道、壓氣機、燃燒室、渦輪和噴管等組成；特點：利用周圍的空氣通過燃燒產生噴氣射流。圖3-27

其理想循環(huán)：進汽道和壓氣機中的定熵壓縮過程；燃燒室中的等壓加熱過程；渦輪和噴管中的定熵膨脹過程；對外等壓放熱過程。只能在大氣層中推進，在真空層中只能靠慣性飛行。

直接反作用噴氣式發(fā)動機：有空氣噴氣發(fā)動機和火箭發(fā)動機2）火箭發(fā)動機：發(fā)動機和推進器合為一體特點：不用周圍空氣，只用自身攜帶的物質，產生射流；所以，在大氣層或在大氣層外都能推進。3）火箭反作用運動和推力的產生原理火箭燃燒產物是從火箭本身噴出，故在推進過程中火箭是變質量系統(tǒng)；設，系統(tǒng)包括噴出的質量定質量系統(tǒng)，

由動量定律：系統(tǒng)動量變化=沖量變化2）火箭發(fā)動機：發(fā)動機和推進器合為一體t時刻：系統(tǒng)質量為M，速度u；t+dt

時刻：系統(tǒng)質量分為—火箭質量：，速度：

—排出的質量：速度：其中，：每秒噴出的燃燒產物質量，：燃燒產物相對火箭的后噴速度數(shù)學模型：t時刻：系統(tǒng)質量為M，速度u；數(shù)學模型：由動量定律：：火箭所受外力的矢量和，包括表面靜壓力、氣動阻力、重力等將上式展開，略去二階微量，整理后得，

a）火箭運動方程：說明：相對定質量物體運動方程相比，多了項，數(shù)值上等于從火箭噴出的燃燒產物的動量變化率。因為負值，其力方向與噴流方向相反，指向火箭運動方向；若把加入到中變質量系統(tǒng)具有定質量系統(tǒng)方程式由動量定律：b）發(fā)動機推力方程：在外力中氣動阻力和重力并不推動發(fā)動機，所以發(fā)動機推力方程為：推力由兩部分組成F：發(fā)動機推力，方向指向火箭方向；Ae：噴管出口面積；pe：作用在Ae截面上燃燒產物的壓力；pa：火箭外殼表面上的當?shù)馗叨壬系拇髿鈮毫?。動量推力：單位時間噴出的燃燒產物的動量變化壓力推力：出口截面上燃燒產物壓力和火箭表面大氣壓差造成的靜推力b）發(fā)動機推力方程：在外力中氣動阻力和重力并不推動發(fā)動機，所

在上式中，：是燃燒產物對發(fā)動機的反作用力，稱為內推力；是燃燒產物作用于火箭內表面上壓力的軸向合力；：外部介質作用于火箭外表面上壓力的軸向合力，稱為外推力。所以推力的定義：火箭內表面上的作用力和外表面上的作用力之軸向合力。設將靜推力換算成動推力時，等效排氣速度為：則在上式中，：是燃燒產物對c）平均比沖量Is

在tn時間內，發(fā)動機推力產生的總沖量I為：

平均比沖量：單位質量推進劑產生的沖量。即

Mp：推進劑燒掉的總質量

c）平均比沖量Is任意瞬間的比沖：等于等效排氣速度。即是衡量火箭發(fā)動機性能的重要參數(shù)。大，表明用少量推進劑獲得大的總沖，對一定飛行距離，直接影響火箭的外形尺寸，或對一定火箭影響可飛行距離。

任意瞬間的比沖：等于等效排氣速度。即d）火箭飛行速度火箭的理想飛行速度：與比沖量成正比。火箭初始質量此時=0噴出燃燒產物后質量減少到M時，火箭理想飛行速度升高到。理想條件下，火箭的飛行速度與不斷噴出燃燒產物過程中自身質量變化量有關。d）火箭飛行速度火箭初始質量噴出燃燒產物后質量減少到M時，火2.化學能火箭發(fā)動機的構造和能量轉化過程a）化學能火箭發(fā)動機的特點：能源：推進劑的化學能，推進劑的燃燒產物為工質；推進劑：包括燃燒劑和氧化劑。b）分類：根據(jù)推進劑的物理形態(tài)分為

固體推進劑火箭發(fā)動機：燃燒劑和氧化劑結合在一起制成裝藥，直接置于燃燒室內；

液體推進劑火箭發(fā)動機：全部液態(tài)推進劑，需專門的推進劑貯箱和輸送系統(tǒng);

固-液混合型火箭發(fā)動機：部分使用液態(tài)推進劑，需專門的推進劑貯箱和輸送系統(tǒng)。2.化學能火箭發(fā)動機的構造和能量轉化過程固體火箭發(fā)動機液體火箭發(fā)動機固-液體混合型火箭發(fā)動機高壓氣瓶液體推進劑貯箱固體裝藥燃燒室噴注器減壓閥固體火箭發(fā)動機液體火箭發(fā)動機固-液體混合型高壓氣瓶液體推固體c）工作原理：推進劑蘊藏大量化學能點火燃燒，部分轉變?yōu)闊崮?，燃燒室內燃燒產物的最高溫度達2000~3000K，壓力達幾~20MPa；燃燒產物流經特定形狀噴管，膨脹加速，降溫降壓，更多的熱能轉化為動能；噴口截面處出口速度可達2000~2500m/s，動能最大；發(fā)動機噴出大量燃燒產物，自身按直接反作用原理向前推進。推力對火箭發(fā)動機作推進功，其一部分又轉變成火箭本身的動能。c）工作原理：推進劑蘊藏大量化學能點火燃燒，部分轉變?yōu)闊崮芏?、火箭發(fā)動機的性能1．最佳推力：因當噴管總壓及喉部面積At一定，則秒流量一定。此時，噴管出口面積Ae的變化，改變噴管膨脹Ae/At比，直接影響排氣速度ue和壓力pe影響推力的變化。所以，存在最佳推力。令，，取F極值，得二、火箭發(fā)動機的性能1．最佳推力：因在出口截面上，dt時間，動量的變化，；此時，Ae不變，pe變化為；沖量為：時，所以，；，代入上式，得F取極值的條件：又，求二階倒數(shù)：在出口截面上，dt時間，動量的變化，；

由，,，再對Ae求導，得代入上式，得在擴張管中，dpe和dAe符號相反，所以，即，在

pe=pa

處，F(xiàn)取極大值，為最佳推力,即。是在設計高度（pe=pa），獲得，低于或高于設計高度，推力均小于最佳推力。由，,2．總沖總沖同時考慮推力的大小和推力對火箭作用時間；火箭載荷一定時，總沖越大，射程越遠。由

：為裝藥質量。在發(fā)動機工作時間，uef近似常數(shù)，I取決于uef和Mp，但I不能反映推進劑能量的高低，和內部工作過程完善程度。

2．總沖3．比沖

比沖的瞬時值：反映推進劑能量的高低，同時反映燃燒和膨脹過程的質量。所以是全面衡量發(fā)動機性能的重要參數(shù)。影響因數(shù)：推進劑性能、噴管膨脹比及外界壓力。

3．比沖第六節(jié)

水輪機概述一、水輪機的工作原理和類型1．水輪機的作用：將水流的機械能轉換成轉輪的機械能，轉輪帶動主軸克服各種阻力而連續(xù)運轉2．工作原理：水流經引水道切向進入水輪機，將其動能傳給水輪機，使水輪機旋轉而作功。帶動發(fā)電機組對外輸出電能。3．分類：根據(jù)轉輪前后水流單位壓力勢能情況分為反擊型和沖擊型。反擊型：的水輪機，轉輪前后壓力；水的密度。沖擊型：的水輪機。

第六節(jié)

水輪機概述一、水輪機的工作原理和類型二、水輪機的工作參數(shù)主要參數(shù)：工作水頭、流量、水輪機的功率及效率。1．水量：[kg]

；：水的體積流量（m3/s），A：橫斷面積;t：測量流量的時間（s）。2．水流的機械能單位質量水流的機械能：[J/kg]

a：動能不均勻系數(shù)。

二、水輪機的工作參數(shù)所以，水流的機械能：水流傳給水輪機的機械能=水輪機進口斷面與出口斷面出的機械能之差。即3．水輪機的工作水頭H：

又，：水電站的靜壓水頭，：引水管沿程損失和局部損失之和。水流單位時間對水輪機付出的機械能為：

所以，水流的機械能：4．水力效率：通過水輪機轉輪作功的實際流量為：

其中，：相對容積損失；：容積效率；

：水流運行時水流量中的損失。所以，水流對轉輪作的功率為：。其中，部分功率用來克服水力阻力而損失掉—，設水輪機中的水力損失為：4．水力效率：則，相對水力損失：水力效率：水輪機的總效率：：水輪機內部機械效率；：水輪機外部機械效率。

則，5．水輪機軸端功率：對外輸出的有效功率。

設工作機械的阻力矩為M，穩(wěn)定轉速為n，則

w：角速度。

5．水輪機軸端功率：對外輸出的有效功率。三、水輪機比轉速與氣蝕1．比轉速：用來評價同一系列水輪機的共同特性的重要指標。同一系列：幾何形狀相同，但大小尺寸不同；以適應各種水頭和流量。比轉速定義：2．氣蝕因水輪機某處壓力下降到當時當?shù)厮疁叵碌钠瘔毫r，產生氣泡，泡中有蒸汽、有氣體；當泡隨水流流到壓力高于汽化壓力處時，氣泡向內凝縮，只留稀薄空氣泡，空氣泡的壓力低于周圍水流壓力；三、水輪機比轉速與氣蝕1．比轉速：用來評價同一系列水輪機的共所以，周圍的水以極高的速度沖擊氣泡，產生高達幾個~幾千個大氣壓力。在這種快速重復的高壓作用下鄰近泡的部件金屬表面出現(xiàn)蜂窩狀斑點——氣蝕現(xiàn)象。危害：穿孔毀壞，產生振動和噪聲，局部高溫，降低材料的耐疲勞強度，能量損失增加，水輪機效率急劇下降。

所以，周圍的水以極高的速度沖擊氣泡，產生高達幾個~幾千個大氣第四節(jié)多級渦輪機

一、多級渦輪機的熱力過程1）必要性汽輪機工作條件：初壓：23.5Mpa左右；背壓：真空度0.0034Mpa下工作；理想比焓降：達1000~1600kJ/kg；從經濟性角度：葉片平均直徑處圓周速度：>1000m/s

汽流的馬赫數(shù)：Ma=3~3.5。要保證在最佳速度比工作時，避免單級的圓周速度超過材料的極限強度；采用多級汽輪機。第四節(jié)多級渦輪機一、多級渦輪機的熱力過程第三章渦輪機及噴氣發(fā)動機2課件2）

多級汽輪機蒸汽在依次連接的多級中相繼作功；十多級每一級只利用整個汽輪機比焓降中的一小部分；高壓、中壓部分的級、葉片的圓周速度：120~250m/s；低壓缸末幾級圓周速度：350~450m/s；對多數(shù)的級汽流的馬赫數(shù)：Ma<1；級速比接近最佳速度比；汽輪機的輸出功率=各級功率之和。2）

多級汽輪機3）多級汽輪機熱力過程

：進汽節(jié)流過程：各級實際膨脹過程：排汽節(jié)流過程調節(jié)閥前狀態(tài)：A0（po，to）；第一級噴嘴前的狀態(tài)：（）調節(jié)閥的節(jié)流損失后排氣背壓——冷凝器壓力；點末級動葉排汽時排汽管壓力損失，所以，；點汽輪機總理想焓降：級內理想焓降：有效焓降3）多級汽輪機熱力過程4）多級的特點：a）單級焓降小，提高單機功率，保證在最佳速比附近工作，提高機組效率；b）噴嘴出口速度小，可減小級的平均直徑—提高葉片高度，減小葉頂端損失，或增大部分進汽度，減小部分進汽損失；c）級的焓降較小，可用漸縮噴嘴，提高噴嘴效率；d）蒸汽在汽輪機中的工作過程為絕熱過程，上一級損失轉為熱能，使進入本級時溫度升高，故增大級的理想焓降4）多級的特點：二、重熱系數(shù)表示多級汽輪機能量損失中，回收熱能的程度。

Q：級的能量損失中回收的熱能;—級內的能量損失轉變成熱能，加熱工質，提高級后蒸汽的焓值。對n級汽輪機：各級理想比焓降之和=各級等熵理想比焓降之和+各級回收熱能之和,即二、重熱系數(shù)表示多級汽輪機能量損失中，回收熱能的程度。

設各級的相對內效率相等，為，則各級實際比焓降為：總的級的實際比焓降:整個汽輪機的相對內效率：

設各級的相對內效率相等，為，整機內效率大于各級的平均內效率；但越大，越小。因為，重熱只能回收總損失的一部分，不能補償損失的全部。重熱系數(shù)的半經驗公式：在過熱區(qū)：K=0.2；飽和區(qū)：K=0.12；部分在過熱區(qū)，部分在飽和區(qū)工作時K=0.14~0.18。Z：級數(shù)

整機內效率大于各級的平均內效率；但越大，三、多級渦輪機的損失多級渦輪機除級內損失以外，還有1）前后端軸封漏汽損失漏汽原因：旋轉件和固定件之間留有間隙，間隙兩端存在壓差而漏汽。漏汽不流經主流道，不參加作功——漏汽損失防止措施：齒形軸封。密封原理——降低壓差（壓降）結構：高低齒與軸上凸肩相錯對應，而者之間留有徑向環(huán)形齒隙；每兩個齒間形成環(huán)形汽室。汽室內的蒸汽流動：蒸汽通過環(huán)形齒隙時，通道面積減小，速度增大，壓力降低；三、多級渦輪機的損失

流入齒后，汽室體積突然擴大，汽流產生渦流和碰撞，其動能全部轉換為熱能；使蒸汽焓值得到回復。每個齒隙只承擔軸封總壓降的一部分。流入齒后，汽室體積突然擴大，汽流產生渦流和碰撞，其動2）進氣節(jié)流損失進氣節(jié)流損失指蒸汽從初狀態(tài)引入第一級噴嘴之前，流經主汽閥、調節(jié)閥、管道以及蒸汽室時因壓力損失造成的焓降損失。

設第一級噴嘴前壓力為，則節(jié)流引起的壓力損失為：

高低壓缸之間用連通管連接時，因摩擦而造成的壓力損失為

：連通管壓力

2）進氣節(jié)流損失3）排汽管壓力損失設冷凝器的靜壓為，汽輪末級出口后的靜壓為，排汽管壓力損失主要包括流動摩擦損失和渦流而產生的壓降；即：

：排汽管阻力系數(shù)（0.05~0.1），

:排汽管中的汽流速度（80~100m/s）3）排汽管壓力損失4）機械損失汽輪機運行時克服徑向軸承、推力軸承的摩擦阻力；帶動調速器、主油泵等所消耗的功率—機械損失；汽輪機內功率為，則，軸端功率為：汽輪機的機械效率：4）機械損失5）汽輪機裝置的效率郎肯循環(huán)：水等壓加熱變?yōu)樗魵獾倪^程d-a；（第五章）水蒸氣在汽輪機內絕熱膨脹過程a-b；排出的水蒸氣在冷凝器內定壓凝結為飽和水的過程b-c；水在水泵內絕熱壓縮過程c-d等構成循環(huán)效率：：水蒸氣初比焓，：凝結水比焓。a）汽輪發(fā)電機組的絕對電效率：相對電效率：

5）汽輪機裝置的效率汽輪機內效率：汽輪發(fā)電機組的絕對電效率：相對電效率：汽輪機機械效率：汽輪機內效率：

其中，：發(fā)電機效率；：發(fā)電機線端功率；：流量（kg/h）：末級高壓加熱器出口的給水比焓（采用回熱系統(tǒng)時）。b）汽耗率d：每發(fā)1kw·h電所消耗的蒸汽量；

只用于同類型機組的經濟性比較。c）熱耗率：每發(fā)1kw·h電所消耗的熱量。可用于評價不同參數(shù)的汽輪機組的經濟性。

其中，：發(fā)電機效率；：發(fā)電機線端功率；四、汽輪機的配汽方式

配汽方式=汽輪機負荷調節(jié)方式，由外界負荷變化調節(jié)輸出功。兩種基本配汽方式：噴嘴配汽和節(jié)流配汽1．噴嘴配汽方式配汽方法：設多個調節(jié)閥；第一級為部分進汽，并配置若干個噴嘴組；調節(jié)閥數(shù)目=噴嘴組數(shù)目；每個調節(jié)閥只控制一個噴嘴組的進汽；通過不同調節(jié)閥的開關控制，改變工作噴嘴數(shù)目，控制進入汽輪機的流量，實現(xiàn)負荷調節(jié)。因這種汽輪機的第一級能改變流通面積，所以稱為調節(jié)級。

四、汽輪機的配汽方式配汽方式=汽輪機負荷調節(jié)方式，由配汽方式的特點：1)各閥依次開啟（關閉），任意工況下，僅一個閥為部分開啟，其余各閥均全開（全關）只有流過部分開啟閥的小部分蒸汽受到節(jié)流，改善機組低負荷的熱經濟性。2）全開閥門無節(jié)流，部分開閥門受到節(jié)流，所以調節(jié)級內有兩股初參數(shù)不同的工作蒸汽，而級后壓力相同。相當于節(jié)流部分，效率降低。3）汽輪機負荷變化時，調節(jié)級前后的壓力和焓降隨之變化。第1組閥門全開時壓差最大，焓降也最大，而部分進汽最小調節(jié)級葉片應力狀態(tài)最差；調節(jié)級后溫度變化幅度較大，且沿圓周分布不均勻，熱負荷大，所以，噴嘴配汽對負荷變化的適應性較差4）隨功率所需蒸汽量時，隨著后一個閥門開啟，級后壓力增大，在非臨界狀態(tài)，通過全閥門的蒸汽量反而會降低。配汽方式的特點：2．節(jié)流配汽根據(jù)汽輪機負荷大小，利用調節(jié)閥直接對進入蒸汽節(jié)流，以控制進入汽輪機的蒸汽量。特點：結構簡單，成本低。無調節(jié)級，除小功率外，汽輪機第一級均設計為全周進汽，改善第一級動葉強度和第一級后溫度分布不均勻性。缺點：除最大負荷工況外，調節(jié)閥均在部分開啟狀態(tài)，所以蒸汽節(jié)流，理想焓降減少，低負荷時熱經濟性較差。常用于大功率高參數(shù)機組。最大負荷時經濟性與噴嘴配汽式相近。2．節(jié)流配汽

五、汽輪機的工況圖汽輪機工況圖：指汽輪機組的功率與汽耗量間的關系曲線。節(jié)流調節(jié)的凝汽式汽輪機的工況：汽耗特性方程：：發(fā)電機組空載汽耗，dl：汽耗率，即增加單位功率所需增加的汽耗量d

4個調節(jié)汽門系統(tǒng):a點—三個汽門全開，截流損失最小，效率最高d點—四個汽門全開—全負荷

五、汽輪機的工況圖汽輪機工況圖：指汽輪機組的功率與汽耗量間第五節(jié)

火箭及噴氣發(fā)動機一、火箭推進概述1．火箭的運動與推進原理直接反作用裝置：如火箭等噴氣式發(fā)動機，特點：發(fā)動機和推進器合為一體，將各種形式的能量轉換成射流的動能；射流產生的反作用力直接作用在發(fā)動機上。

間接反作用式裝置：如螺旋槳飛機，特點：發(fā)動機和推進器分開;

發(fā)動機作為動力源，工質為燃料燃燒的產物，推進器作為產生運動部件，工質為空氣；推動飛機前進的反作用力作用在推進器上。第五節(jié)

火箭及噴氣發(fā)動機一、火箭推進概述第三章渦輪機及噴氣發(fā)動機2課件第三章渦輪機及噴氣發(fā)動機2課件直接反作用噴氣式發(fā)動機：有空氣噴氣發(fā)動機和火箭發(fā)動機1）空氣噴氣發(fā)動機：由進氣道、壓氣機、燃燒室、渦輪和噴管等組成；特點：利用周圍的空氣通過燃燒產生噴氣射流。圖3-27

其理想循環(huán)：進汽道和壓氣機中的定熵壓縮過程；燃燒室中的等壓加熱過程；渦輪和噴管中的定熵膨脹過程；對外等壓放熱過程。只能在大氣層中推進，在真空層中只能靠慣性飛行。

直接反作用噴氣式發(fā)動機：有空氣噴氣發(fā)動機和火箭發(fā)動機2）火箭發(fā)動機：發(fā)動機和推進器合為一體特點：不用周圍空氣，只用自身攜帶的物質，產生射流；所以，在大氣層或在大氣層外都能推進。3）火箭反作用運動和推力的產生原理火箭燃燒產物是從火箭本身噴出，故在推進過程中火箭是變質量系統(tǒng)；設，系統(tǒng)包括噴出的質量定質量系統(tǒng)，

由動量定律：系統(tǒng)動量變化=沖量變化2）火箭發(fā)動機：發(fā)動機和推進器合為一體t時刻：系統(tǒng)質量為M，速度u；t+dt

時刻：系統(tǒng)質量分為—火箭質量：，速度：

—排出的質量：速度：其中，：每秒噴出的燃燒產物質量，：燃燒產物相對火箭的后噴速度數(shù)學模型：t時刻：系統(tǒng)質量為M，速度u；數(shù)學模型：由動量定律：：火箭所受外力的矢量和，包括表面靜壓力、氣動阻力、重力等將上式展開，略去二階微量，整理后得，

a）火箭運動方程：說明：相對定質量物體運動方程相比，多了項，數(shù)值上等于從火箭噴出的燃燒產物的動量變化率。因為負值，其力方向與噴流方向相反，指向火箭運動方向；若把加入到中變質量系統(tǒng)具有定質量系統(tǒng)方程式由動量定律：b）發(fā)動機推力方程：在外力中氣動阻力和重力并不推動發(fā)動機，所以發(fā)動機推力方程為：推力由兩部分組成F：發(fā)動機推力，方向指向火箭方向；Ae：噴管出口面積；pe：作用在Ae截面上燃燒產物的壓力；pa：火箭外殼表面上的當?shù)馗叨壬系拇髿鈮毫?。動量推力：單位時間噴出的燃燒產物的動量變化壓力推力：出口截面上燃燒產物壓力和火箭表面大氣壓差造成的靜推力b）發(fā)動機推力方程：在外力中氣動阻力和重力并不推動發(fā)動機，所

在上式中，：是燃燒產物對發(fā)動機的反作用力，稱為內推力；是燃燒產物作用于火箭內表面上壓力的軸向合力；：外部介質作用于火箭外表面上壓力的軸向合力，稱為外推力。所以推力的定義：火箭內表面上的作用力和外表面上的作用力之軸向合力。設將靜推力換算成動推力時，等效排氣速度為：則在上式中，：是燃燒產物對c）平均比沖量Is

在tn時間內，發(fā)動機推力產生的總沖量I為：

平均比沖量：單位質量推進劑產生的沖量。即

Mp：推進劑燒掉的總質量

c）平均比沖量Is任意瞬間的比沖：等于等效排氣速度。即是衡量火箭發(fā)動機性能的重要參數(shù)。大，表明用少量推進劑獲得大的總沖，對一定飛行距離，直接影響火箭的外形尺寸，或對一定火箭影響可飛行距離。

任意瞬間的比沖：等于等效排氣速度。即d）火箭飛行速度火箭的理想飛行速度：與比沖量成正比?；鸺跏假|量此時=0噴出燃燒產物后質量減少到M時，火箭理想飛行速度升高到。理想條件下，火箭的飛行速度與不斷噴出燃燒產物過程中自身質量變化量有關。d）火箭飛行速度火箭初始質量噴出燃燒產物后質量減少到M時，火2.化學能火箭發(fā)動機的構造和能量轉化過程a）化學能火箭發(fā)動機的特點：能源：推進劑的化學能，推進劑的燃燒產物為工質；推進劑：包括燃燒劑和氧化劑。b）分類：根據(jù)推進劑的物理形態(tài)分為

固體推進劑火箭發(fā)動機：燃燒劑和氧化劑結合在一起制成裝藥，直接置于燃燒室內；

液體推進劑火箭發(fā)動機：全部液態(tài)推進劑，需專門的推進劑貯箱和輸送系統(tǒng);

固-液混合型火箭發(fā)動機：部分使用液態(tài)推進劑，需專門的推進劑貯箱和輸送系統(tǒng)。2.化學能火箭發(fā)動機的構造和能量轉化過程固體火箭發(fā)動機液體火箭發(fā)動機固-液體混合型火箭發(fā)動機高壓氣瓶液體推進劑貯箱固體裝藥燃燒室噴注器減壓閥固體火箭發(fā)動機液體火箭發(fā)動機固-液體混合型高壓氣瓶液體推固體c）工作原理：推進劑蘊藏大量化學能點火燃燒，部分轉變?yōu)闊崮?，燃燒室內燃燒產物的最高溫度達2000~3000K，壓力達幾~20MPa；燃燒產物流經特定形狀噴管，膨脹加速，降溫降壓，更多的熱能轉化為動能；噴口截面處出口速度可達2000~2500m/s，動能最大；發(fā)動機噴出大量燃燒產物，自身按直接反作用原理向前推進。推力對火箭發(fā)動機作推進功，其一部分又轉變成火箭本身的動能。c）工作原理：推進劑蘊藏大量化學能點火燃燒，部分轉變?yōu)闊崮芏?、火箭發(fā)動機的性能1．最佳推力：因當噴管總壓及喉部面積At一定，則秒流量一定。此時，噴管出口面積Ae的變化，改變噴管膨脹Ae/At比，直接影響排氣速度ue和壓力pe影響推力的變化。所以，存在最佳推力。令，，取F極值，得二、火箭發(fā)動機的性能1．最佳推力：因在出口截面上，dt時間，動量的變化，；此時，Ae不變，pe變化為；沖量為：時，所以，；，代入上式，得F取極值的條件：又，求二階倒數(shù)：在出口截面上，dt時間，動量的變化，；

由，,，再對Ae求導，得代入上式，得在擴張管中，dpe和dAe符號相反，所以，即，在

pe=pa

處，F(xiàn)取極大值，為最佳推力,即。是在設計高度（pe=pa），獲得，低于或高于設計高度，推力均小于最佳推力。由，