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第二章涡轮增压器和中冷器
时间:2020-05-04 22:03 作者:亚洲必赢网址 点击:

    

  第二章 涡轮增压器和中冷器_机器/仪表_工程科技_专业原料。柴油机增压本领课件●◇。

  第二章 涡轮增压器和 中冷器 山东大学 能源与动力工程学院 能源与动力工程 学院 第二章 涡轮增压器和中冷器 本章的闭键教学实质: 1△.离心式压气机 2.涡轮 3.涡轮增压器 4□▲.中冷器 第二章 涡轮增压器和中冷器 教学主意与央求: 央求对照编造地职掌:离心式压气机的职业 道理;离心式压气机的性情;涡轮的职业原 理◇…;涡轮的性情弧线;中冷器的打算筹算。 知道■:压气机机闭…◁;涡轮的分类和机闭=▪;涡 轮增压器;中冷器的冷却式样的机闭。 2 . 1 离心式压气机 2.1.1 离心式压气机机闭 离心式压气机构成=•:进气道、叶 轮、扩压器和压气机涡壳等。 (一)进气道 (1)效率 ▪=:将表界氛围导向压 气机叶轮; (2)分类○•: 轴向进气道、径向 进气道; 2 ▲. 1 离心式压气机 (二)压气机叶轮 (1)效率•△: 对氛围作功,涡轮提 供的机器能转化为氛围的压力能和 动能; (2)构成:导风轮、职业叶轮; (3)分类 ①遵照叶轮闭样子:开式 、半开式□、闭式、星型等▽▷; 2 . 1 离心式压气机 ②遵照叶轮的是非:全长叶片叶轮 △、是非叶片叶轮; ③遵照叶片沿径向的弯曲样子:前 弯叶片叶轮、后弯叶片叶轮、径向 叶片叶轮、前倾后弯式叶轮。 2 . 1 离心式压气机 (三)扩压器 (1)效率:高度的氛围动能转化为压力能; (2)功用:实质转化量与定熵转化量之比◇; (3)扩压器分类:无叶扩压器、叶片扩压器●; (4)特质 ①无叶扩压器△•:滚动门途长、耗损 大、功用低、流量限造宽、机闭容易。 ②叶片 扩压器○:滚动门途短、耗损幼…-、功用高、流量 限造宽、机闭繁杂▽▲; (5)叶片扩压器叶片样子:平板形、圆弧形、 机翼形。 2 . 1 离心式压气机 (四)压气机涡壳 (1)效率:搜罗从扩压器出来的 氛围,并将其指导到发起机进气 管◆◇; (2)功用△-:实质转化量与定熵转 化量之比; (3)分类:变截面涡壳▷、等截面 涡壳; 2 . 1 离心式压气机 2.1★☆.2 离心式压气机的职业道理 (一)压气机中氛围状况的蜕变 (1)进气道●:压力降、速率升◁=、温度降•◇; (2)压气机叶轮:压力升、速率升、温度 升…★; (3)扩压器…:压力升、速率降•◆、温度升; (4)压气机涡壳:压力升○▼、速率降、温度 升; 2 ◆=. 1 离心式压气机 (二)压气机中的焓商图 压气机实质耗功: kRT1* ==? T2* ▽…? •○? Wb = H ? H = c p (T =-? T ) = ? 1? * •? ? k ◇…? 1 ? T1 ▪? * 2 * 1 * 2 * 1 压气机定熵耗功: k ?1 ? ? * * k kRT1 ?? pb ? * * * * ? ? ? = H2 ? H = c ( T ? T ) = …★? 1 s 1 p 2s 1 * ? •? k ◆? 1 ?? p1 ? •◁? ? ? ? ◆? Wadb 2 ○•. 1 离心式压气机 (三)压气机的闭键机能参数 (1)增压比:压气机出口压力与进口压力之比称为增压比,用符 号 π b 默示▪○。 π b = pb p1 (2)氛围流量▼:单元时期内流经压气机的氛围质料,用符号qmb 默示。 折合流量: qmbnp = qmb [ pa ] * p1 T [T a ] * 1 2 . 1 离心式压气机 (3)压气机的定熵功用:气体压缩到必然增压比时,压气机的定 熵耗功和实质耗功之比,用符号 η adb 默示。 η adb ?1 Wadb π = = T Wb ?1 T k ?1 * k b * b * 1 (4)压气机转速:压气机职业时叶轮每分钟的转数,用符号 nb 表 示。 折合转速: nbnp = nb × [Ta ] / T1* 2 △. 1 离心式压气机 2.1.2 离心式压气机的性情 (一)压气机的性情弧线)界说▲▷:压气机的闭键机能参数正在 各类工况下的互相干系弧线称为压气 机的性情弧线)流量性情:正在差别转速下,增压 比和定熵功用随流量的蜕变干系。 (3)通用性•:差别境况下通用,转速 和流量行使犹如参数活折合参数。 2 ★□. 1 离心式压气机 (4)特质☆: ①正在某一流量下△,增压比和功用存正在一最大值,随流量增大或减幼 ,增压比和功用都低落□; ②当流量减幼到某一数值时○☆,压气机浮现担心谧滚动状况—喘振现 象浮现; ③当流量增大到某一数值时,增压比和功用均快速低落—停滞局面 浮现。 (5)绘造设施:将增压比性情线 离心式压气机 (二)压气机出现喘振的情由 (1)情由:压气机出现喘振是因为正在某一幼流量下职业时◇●,正在导风 轮入口或叶片扩压器入语气流撞击叶片▷□,正在叶片通道内出现剧烈气流 离散而惹起的; (2)妨害▽□:增压器喘振破壳△-、转子轴承烧损,导致增压器失效等问 题★; (3)导致压气机喘振闭键情景: ① 柴油机孔殷熄火或顿然卸载( 急收油门)。 ② 大气温度蜕变惹起喘振。 2 ◇▼. 1 离心式压气机 (2)导风轮入口速率三角形剖释: ①流量等于打算流量▪•,相对速率的气 流角等于叶片入口的构造角,亚洲必赢网址不出现 气流离散。 ②流量大于打算流量▼,气流撞击叶片 背部●,腹部产动怒流离散,被心服正在 较幼区域,不喘振。 ③流量幼于打算流量,气流撞击叶片 的腹部,背部产动怒流离散▽★,背风面 离散被扩散△◁,爆发喘振。 2 . 1 离心式压气机 (3)叶片扩压器入口速率三角形剖释: ①流量等于打算流量,气流绝对速率的 气流角等于叶片入口的构造角,不出现 气流离散。 ②流量大于打算流量○•,气流绝对速率的 气流角大于叶片入口的构造角…,撞击叶 片内部,表部产动怒流离散,被心服正在 较幼区域,不喘振•▼。 ③流量幼于打算流量,气流绝对速率的 气流角幼于叶片入口的构造角★◇,撞击叶 片表部,内部产动怒流离散,离散被扩 散,爆发喘振。 2 ▼•. 1 离心式压气机 (4)压气机机能弧线酿成的情由 增压比和定熵功用随流量蜕变的性情▪,闭键 是氛围正在压缩经过中存正在的各类耗损酿成的-。 ①表面状况下 a-a线 Wb = Wadb ∞u2 = k ▪◁?1 ?1 ? * kk ? ?π b ▽=? 1? ? ▼? ②摩擦耗损使增压比和功用低落,增压比性情 弧线和功用弧线为b-b线; ③偏离打算流量越大撞击耗损越大,撞击耗损 使增压比性情弧线和功用弧线进一步低落为cc线 涡轮的分类 (一)分类 (1)按气体正在涡轮中的滚动偏向 分类:轴流式涡轮、径流式向心涡 轮◇=、混流式涡轮★; (2)按燃气正在涡轮中焓降的分拨 分类:障碍式涡轮☆▷、反力式涡轮▷■; 2 -. 2 涡轮 (二)组成 (1)进气壳 效率:把废气扶引到涡轮喷嘴环入口□◆; 功用:进气壳进气状况和膨胀比必然的条款下▷,压力能转化为动能 的实质转化量和定熵转化量之比; (2)喷嘴环 效率◆◆:使燃气膨胀加快并按规矩的偏向进入职业叶轮; 功用:与进气壳同●▼; 2 . 2 涡轮 (3)职业叶轮 效率…=:把气体的动能转化为机器功向压气机输出--; 功用○▷:正在叶轮进气状况和膨胀比必然的条款下,气体对叶轮的实 际作功与定熵经过中对叶轮作功之比; (4)排气壳 效率:搜罗叶轮排出的废气并送入大气; 2 . 2 涡轮 (三)轴流式涡轮的机闭 2 . 2 涡轮 (四)径轴流式涡轮的机闭 2 . 2 涡轮 2▪.2.3 涡轮的职业道理 (一)涡轮叶轮进▲、出口 的速率三角形 (1)轴流式涡轮喷嘴叶 片和转子的进、出口速率 三角形; 2 . 2 涡轮 (2)径流式涡轮叶轮进、出口速率三角形□●; 2 . 2 涡轮 (二)涡轮职业经过的焓熵图 气体对涡轮作功的最大可用能: k ?1 ? ? k ▲▷? ? kRT p ?1 …? ? 2 ★○? ▽? = c p (TT* ? T2 ss ) = * ? =▪? k ?1 -? ? p T ? …■? ? ? ? …? * T * HT = HT ? H 2 ss 气体对涡轮实质作功-•: kRTT* ▲? T2* ? ▲? 1? * ☆□? WT = H ? H 2 = c p (T ? T ) = ? k ▼▪? 1 -? TT ? ◆? * T * T * 2 反力度: ?T = H 1s ○? H 1s * HT ? H 2 ss 2 . 2 涡轮 (三)涡轮的闭键职业参数 (1)定熵功用:实质经过气体对涡轮作功与理念的定熵经过气体对涡 轮作功的最大可用能之比,用符号 η adT 默示。 η adb * * WT HT …? H2 = = * H T H T ? H 2 ss (2)膨胀比:涡轮进语气体滞止压力与涡轮出语气体静压力之比•▲,用 符号 π T 默示。 * π T = pT p2 (3)流量■…:单元时期内通过涡轮的气体质料△☆,用符号 qmT 默示。 犹如流量•●: * qmT = TT* / pT 2 . 2 涡轮 (4)涡轮转速:实质经过气体对涡轮作功与理念的定熵经过气体对涡 轮作功的最大可用能之比,用符号 nT 默示。 犹如流量◁○: nT / TT* (5)速比•△:对付轴流式涡轮,界说为 u / c0 u1 / c0 对付径流式涡轮,界说为 2 . 2 涡轮 (四)涡轮的性情弧线)效率◁…:涡轮性情弧线默示了正在各类工况下涡轮闭键参数间的蜕变 干系,是确定涡轮与发起机成婚与否的主要根据。 (2)流量性情弧线)功用性情弧线:默示正在差别的犹如转速下,涡轮定熵功用与速比 之间的互相干系。 2 □. 3 涡轮增压器 构成◁☆:单级离心式压气机和单级涡轮以及轴承装备、润滑与冷却编造、 密封与隔热装备等构成。 2 ★▽. 3 涡轮增压器 2.3.1 轴承正在涡轮增压器上的布 置样子 (一)表支承 (二)内支承 (三)表里支承 (四)悬臂支承 涡轮增压器中普通采用表支承和 表里支承两种轴承安顿样子。 2 . 3 涡轮增压器 2◁●.3.2 涡轮增压器的轴承 (一)滚动轴承 (二)向心滑动轴承 (三)推力轴承 2 . 3 涡轮增压器 2•.3.3 轴承的润滑和冷却 2 •★. 3 涡轮增压器 2.3•.4 涡轮增压器的密封与隔热 2 △. 4 中冷器 效率:低落增压后的氛围温度○□、密度加添▷■,进怀抱增加;低落柴油机 热负荷;降低发起机的经济性▽、低落排放。 2◆▪.4.1 中冷器的冷却式样 (一)水冷式 (1)用柴油机冷却系的冷却水冷却 (2)用独立的冷却水冷却 (二)分冷式 (1)用柴油机曲轴驱动电扇 (2)用压缩氛围涡轮驱动电扇 2 . 4 中冷器 2.4◁▲.2 中冷器的机闭 (一)水冷式中冷器的机闭 (1)管片式中冷器 (2)冷轧翅片管式中冷器 (一)分冷式中冷器的机闭 (1)板翅式中冷器 (2)管翅式中冷器 2 ▷◁. 4 中冷器 2.4□□.3 中冷器的打算筹算 校 (1)闭键校核散热面积能否知足打算央求,具 体筹算时广泛采用对数均匀温差法-; (2)闭键校核增压氛围和冷却介质正在中冷器出 口的温度是否正在操纵央求的限造内,广泛采用 服从-传热单位数法△◁。 两种设施均需校核增压氛围和冷却介质的滚动 耗损等参数。 2 ■☆. 4 中冷器 筹算措施校 (一)原始数据打算 (二)传热系数筹算 (1)中冷器的换热量: Q = qmbc p b (Tb ? Ts ) Tw2 Q = Tw1 + c pw qmw 冷却介质的出口温度: 冷却介质的均匀温度▪-: Twm = (Tw1 + Tw 2 ) / 2 2 . 4 中冷器 (2)均匀温度下冷却介质的热物理性子(查表) (3)增压氛围的均匀温度: Tbm = (Tc + Ts ) / 2 (4)均匀温度下增压氛围的热物理性子 密度…: pb □? ?pb / 2 ρb = 287.4Tbm vb = 1.717 ×10 ? Tbm ? ? ▲■? ρc ■? 273 ? ?5 0.683 运动黏度•★: 2 =. 4 中冷器 热导率: λb = 2△.44 ×10? 2 ▽? △? Tbm ? ▼◇? ? 273 •-? 0.82 普郎数-■: Prb = vb c pb ρb λb (5)冷却介质的流速: cw = qmw / Fw Dw = 4 Fw / U w 冷却介质通道当量直径: 冷却介质的雷诺数: Rew = cw Dw vw 2 ▲●. 4 中冷器 冷却介质的努塞尔数: Nu w = 0…▽.023Rew Prw 0.8 0.4 冷却介质侧的对流换热系数: (6)增压氛围通道当量直径 对付板翅式和管翅式中冷器: 对付冷轧翅片管式中冷器●◆: (7)增压氛围的流速: hw = 0.023Nuwλw / Dw Db = 4 Fb / U b Db = 4S 2 ( S1 ? Fa ) / Fb cb = qmb / Fb 2 . 4 中冷器 增压氛围的雷诺数: 增压氛围的努塞尔数 对付板翅式和管翅式▽▼: 对付管片式 : 对付翅片管式 : 增压氛围侧的对流换热系数▪: (8)各侧面的热阻 Nub = 0.023Reb Prb 0.8 0.4 Reb = cb Db / vb Nub = C1 Reb n1 Nub = 0.09 Reb 0▲.05 hb = Nub λb / Db 2 △◇. 4 中冷器 (9)导热热阻 冷轧翅片管式: R4 = Fb ? ln( D3 / D2 ) ln( D2 / D1 ) ? + ? ? λ2 λ1 2π ? ★◆? 管片式、板翅式和管翅式: R4 = Abδ Awλ (10)中冷器的传热系数■▷: 1 1 1 Ab = + R1 + R2 + R3 + R4 + K hb hw Aw 2 . 4 中冷器 (三)用对数均匀温差法校核散热面积 (1)对数均匀温差: □○?Tn = (Tb ? Tw 2 ) ? (Ts ? Tw1 ) ln[(Tb ? Tw 2 ) /(Ts =□? Tw1 )] (2)所需散热面积: Ac = Q K?Tn (四)用服从-传热单位数法校核增压氛围出口温度 φ= (qm c p ) min (qm c p ) max (1)热比容: 2 . 4 中冷器 (2)传热单位数-▽: (3)服从 管片式和翅片式•●: NTU = KAb (qm c p ) min ε = 1? e 1 ? (1? e •? φNTU ) φ φ 板翅式和管翅式: ε = 1? e [e n •? NTUφ ( N □•?1 ) ] (4)增压氛围出口温度: Ts = Tb ? ε (Tb ▪? Tw1 ) 2 . 4 中冷器 冷却介质出口温度▼: Tw 2 = Tw1 + qmb c pb qmwc pw (Tb ★●? Ts ) (五)增压氛围和冷却介质的滚动阻力耗损 (1)冷却介质的压力耗损: 2 ? 64 Lw ? cw ?pw = ρ w ●-? + 1.4 ? ? ? 2 ? Rew Dw ◁? Rew ≤ 2320 2 ? 0●.3164 Lw ? cw ?pw = ρ w ★▽? + 1.4 •? 0.25 ? ? 2 ? Rew Dw ? Rew 2320 2 . 4 中冷器 (1)增压氛围的压力耗损 2 ? 0.3164Lb ◆◁? cb ?pb = ρb ? + 1.4 ? 0.25 ▽▷? □? 2 ? Reb Db □▽? 板翅式和管翅式: 管片式: ▪?pb = C2 ρ b cb Reb 2 ?n2 翅片管式: ?pb = 1.33ρ b cb Reb 2 ?0.13 Z△◆?

   
   
   
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