Уравнение момента количества движения. Формула Эйлера
(2.19)
Уравнения (2.19) являются наиболее общей формой записи основного уравнения теории турбомашин – уравнения Эйлера для компрессора и турбины.
Теоретическая работа элементарной ступени компрессора (теоретический напор) и теоретическая работа элементарной ступени турбины:
Для ступени осевой турбомашины, у которой u2≈u1, уравнения Эйлера для компрессора и турбины:
(2.22)
Окружные составляющие (с u и wu) в теории турбомашин называют закруткой потока. В самом общем случае положительной закруткой; называют закрутку по направлению вращения (совпадающей с u), а, отрицательной – против направления вращения.
Используя треугольники скоростей компрессора и турбины, и применяя теорему косинусов, получим
(2.24)
(2.25)
Уравнение сохранения энергии и обобщенное уравнение Бернулли
Рассматриваются внутренняя и кинематическая энергии элементарного объема струи. Уравнение энергии (2.29) часто называют уравнением теплосодержаний.
(2.29)
В теории неохлаждаемых турбомашин удельная тепловая мощность Qвн=0 и уравнение теплосодержаний
(2.30)
для компрессора ; (2.31)
для турбины i. (2.32)
(2.50)
т.е. затраченная работа в компрессоре расходуется на политропическую работу сжатия, на преодоление потерь и на изменение кинетической энергии рабочего тела.
В то время как в компрессоре практический интерес представлял лишь случай с внешним отводом тепла (при охлаждении компрессора), в турбине могут иметь места оба случая: с внешним теплоотводом – при охлаждении, и с внешним теплоподводом – например, в случае догорания топлива при расширении газа в проточной части:
(2.56)
Политропическая работа расширения газа в турбине расходуется на работу турбины (передаваемую на вал), на преодоление потерь на разгон потока в турбине (обычно ст>сг, т.е. ст–сг>0).
Газодинамические потери в проточной части ступени |
в каналах (неподвижных аппаратов и рабочих колес |
вне каналов (концевые) |
профильные |
вторичные |
в радиальном зазоре |
на трение (на трение диска) |
на трение и вихреобразование в пограничном слое |
кромочные (в закро-мочном следе) |
волновые (при около- и сверхзву-ковых скоростях) |
на вихре-образо-вание |
на трение у радиальных границ канала |