تغییرات دما و فشار در موتور های توربین گازی

در این مطلب چگونگی تغییر دما و فشار در موتور توربوجت بررسی میشود. فشار و دما به اینصورت کدبندی رنگ شده که آبی نشان دهنده کمترین فشار و دما و سفید نشان دهنده بیشترین فشار و دما است. همانطورکه در تصویر کامپیوتری پایین مشاهده میکنید هوا از قسمت جلو وارد مجرای ورود میشود. در انتهای مجرای ورود هوا وارد کمپرسور میشود و کمپرسور مانند سطرهای زیادی از ایرفویل رفتار میکند که هر سطر مقدار کمی افزایش را در فشار تولید میکند. از آنجایی که کمپرسور بر روی جریان کار انجام میدهد، افزایش فشار همراه با افزایش در دماست. در خروجی کمپرسور، هوا دارای فشار بسیار بالاتری نسبت به جریانات آزاد است. در محفظه ی احتراق، مقدار کمی از سوخت با هوا ترکیب شده و در فشار تقریبا ثابتی میسوزد. پس واضح است که دمای جریان در محفظه ی احتراق به نهایت میرسد. در انتهای محفظه ی احتراق، گازهای خروجی از میان توربین عبور میکنند و انرژی جریان توسط توربین برای چرخاندن کمپرسور، جذب میشود که این انرژی از طریق شفت مرکزی انتقال پیدا میکند.

در طی این فرآیند مقداری از فشار جریان خروجی از بین میرود و دما کاهش میابد، اما دما و فشار ورودی نازل هنوز بیشتر از دما و فشار جریانات آزاد است. در اینجا نازل، فشار و دمای بالا را مبدل به سرعت بالا میکند و به این جهت که سرعت خروجی بیشتر از سرعت جریانات آزاد است، بنابر تعریف معادله ی تراست، تراست تولید میشود. نسبت فشار موتور (EPR)، نسبت کل فشار در میان موتور و نسبت دمای موتور (ETR)، نسبت کل دما در میان موتور تعریف شده است. با توجه به شماره های مکانی، EPR، نسبت کل فشار نازل pt8 به کل فشار ابتدای کمپرسور pt2 و ETR، نسبت کل دمای نازل Tt8 به کل دمای ابتدای کمپرسور Tt2 میباشد:

میتوان EPR و ETR را به آسانی در یک موتور در حال کار اندازه گیری کرد و آنرا به خلبان یا کسی که موتور را آزمایش میکند نشان داد. به همین جهت، نسبت بر حسب شرایط جریانات آزاد تعریف نشده است. اتلافات کل فشار در مجرای ورود شامل EPR نمی شود اما اگر ما EPR، اتلافات مجرای ورود و متناظرا نسبت دمای موتور (ETR) را بدانیم، میتوانیم به آسانی تراست را با استفاده از اطلاعات عملکرد نازل و معادله ی تراست محاسبه کنیم. بطور ساده EPR، حاصل نسبت فشار میان کل اجزاء موتور و ETR، حاصل نسبت دمای میان کل اجزاء موتور میباشد.

نسبت فشار موتور = نسبت فشار کمپرسور × نسبت فشار محفظه احتراق × نسبت فشار توربین × نسبت فشار نازل

نسبت دمای موتور = نسبت دمای کمپرسور × نسبت دمای محفظه احتراق × نسبت دمای توربین × نسبت دمای نازل

ما میتوانیم در طراحی یک موتور معین، نسبت فشار و دمای هر جزء را همانطوریکه در بخش ترمودینامیک اجزاء در مقاله ی فنی محاسبات مبتدی ۱ گفته شد، تعیین کنیم.