Малые ТВД и их перспективы

ahs> А какая разница? Считаем ведь полный цикл
разница в том, что в микротурбине газ не отрабатывает весь потенциал. Он успевает вылететь быстрее, чем сгореть/сработаться, и тут ничего не сделаешь скорости не уменьшить, а геометрия зажата. Разве что какую то хитровывернутую лабиринтную систему турбин сделать, чтобы газ в габарите раз 5 туда-сюда сходил. Но как снять мощность с этого?

s.t.> Разве что какую то хитровывернутую лабиринтную систему турбин сделать, чтобы газ в габарите раз 5 туда-сюда сходил. Но как снять мощность с этого?

Сгорание решаемо. Лабиринт туда-сюда-туда три раза, дальше на турбину. Если теплоизолировать, то потери энергии не будет.

s.t.> а мне интересно стало, турбина суть большая дыра, в противоположность поршневым мешинам.
Нет. На микротурбинах граничные явления портят картину. На самой турбине срабатывается давление превосходно. КПД больших ГТД вполне сравним с кпд больших дизелей. При этом ГТД намного легче.

s.t.> разница в том, что в микротурбине газ не отрабатывает весь потенциал. Он успевает вылететь быстрее, чем сгореть/сработаться, и тут ничего не сделаешь скорости не уменьшить, а геометрия зажата. Разве что какую то хитровывернутую лабиринтную систему турбин сделать, чтобы газ в габарите раз 5 туда-сюда сходил. Но как снять мощность с этого?
Вах, так и в поршневом двигле газ не отрабатывает весь потенциал. Он же горячим оттуда вылетает, а не с температурой окружающей среды .
Так и турбину считают, чтоб максимально сработать весь тепловой перепад. Межлопаточные каналы соплового(направляющего) аппарата и рабочего колеса так и считаются.
Вообще, тепловой КПД максимален для цикла Карно, и больше не получить, от слова никак (хоть сколько раз крути потоки туда-сюда). И чем ближе диаграмма цикла к диаграмме цикла Карно, тем лучше (при одинаковых p, v , T - естессно). Грубо говоря, чем лучше/плотнее вписывается диаграмма в диаграмму цикла Карно, тем ближе КПД агрегата к КПД идеальной тепловой машины. Площадь, ограниченная графиком (А) - суть работа термодинамического цикла. Как-то так.
Вот цикл Карно (p-v координаты):
Вот Брайтона (ГТД):

Вот Отто (ДВС с зажиганием):

Вот Дизеля:

Вот глядя на картинки и можно примерно оценить, термодинамический цикл какой машины эффективней.

Monya>> Ага, именно нехватка расхода рабочего тела.
Invar> Никак ТНА?
Ага, и причем для ЖРД открытой схемы. В замкнутом цикле рабочего тела тоже, как на гуталиновой фабрике

...
Monya> Вообще, тепловой КПД максимален для цикла Карно, и больше не получить, от слова никак

О натюрель есть еще мнооого разного в приближеньи к идеалу.
Вот сумрачный германский гений:

Monya>> Ага, именно нехватка расхода рабочего тела.
Bredonosec> погоди, а почему мы не можем увеличить подвод рабочего тела? Или в другой сегмент тяги попадаем?
Не, имеется в виду, когда больше действительно не получается. Ну лимитированы по расходу, а нужен привод именно от турбины. Пример - турбина ТНА ЖРД открытого цикла.
>>И связано это скорее не с шириной, а с высотой лопаток.
Bredonosec> на тему высоты я не спорю, меня смутило насчет "можно делать лопатки шире" - что и заинтересовало, где связь. Или всё-таки речь про удлиннение, а не изолированно ширину-высоту?
Ага, именно удлинение. Ну специфика терминологии лопаточных машин. Всеж не аэродинамика
Bredonosec> В частности, насколько велики будут потери от остальных сегментов, и не перевесят ли они. И не выгоднее-ли, к примеру, тупо уменьшить диаметр колеса турбины, чтоб, пусть проигрывая на плече, получить достойную высоту лопаток и выигрыш аэродинамически.
Иногда не выгоднее. В теории для этого целый ряд (ну или систему) потерь ввели. Сейчас уже не вспомню - там их с десяток наберется (лопаточные, на парциальность, тепловые, на перетоки ...). Вот играясь соотношением и выбирают наилучший вариант

Bredonosec> ээ.... а отличие первых от вторых можно? Чтоб в терминах не путаться..
В активной турбине весь перепад давления срабатывается в направляющем аппарате, а рабочее колесо движется за счет поворота потока. В идеале на рабочем колесе перепада давлений нет (только за счет потерь).
Выглядит так:

Активно-реактивная турбина часть перепада срабатывает в сопловом аппарате, часть на рабочем колесе (за счет конфузорности межлопаточных каналов рабочего колеса). То есть газ ускоряется не только в сопловом аппарате , но и в рабочем колесе. Естественно, за счет перепада давлений и температур.
Выглядеть будет так:

Ну а чисто реактивная турбина выглядела бы, как в аттаче
Bredonosec> Воздух обладает массой, инерцией, при любых значительных оборотах турбины его будет выбрасывать наружу. То есть, логично было бы сделать колесо турбины таким же центробежным, чтоб выходное сечение было близко к осевым турбинам, а остаток перепада срабатывался в сопле с центральным телом. Заодно, кстати, отлично закомпонуется кольцевая камера сгорания. В твоей картинке она раздувает мидель до окончания сопла, а при моём предложении сопло оказывается более узким, позволяя более аэродинамично вписать двиг в модель.
Но КПД центробежной турбины будет меньше, чем центростремительной. Газодинамика, она такая. Вот чего теория говорит:

Рассмотрение циркуляционного движения в радиальном колесе показало, что в центробежной ступени под влиянием относительного вихря увеличиваются скорости на вогнутой стороне профиля и уменьшаются на выпуклой, а в центростремительной ступени относительный вихрь приводит к уменьшению скоростей на вогнутой стороне профиля и к их увеличению на выпуклой. Иначе говоря, в центробежном колесе происходит выравнивание скоростей поперек межлопаточного канала, а в центростремительной — наоборот, поперечный градиент скоростей возрастает. Это приводит, например, к тому, что удельная работа жидкости в центростремительной турбине получается больше, чем в осевой, и тем более, чем в центробежной, при тех же размерах и той же скорости вращения, если при этом сохранить одинаковыми относительные скорости потока. Соответственно получение одной и той же удельной работы сопровождается из-за разной кривизны лопаток в турбине центростремительного типа меньшими потерями, чем в осевой, и тем более, чем в центробежной. Особенности течения жидкости в радиальной ступени (например, турбине) связаны с возникновением сил Кориолиса.  [c.64]

 

В принципе, для понимания, можно использовать принцип обратимости лопаточных машин. Лопаточный насос можно сделать центростремительным (за счет профилирования лопаток) - но работать будет хреново. Вот отзеркаль картинку - следовательно центробежная турбина хуже центростремительной.

Invar> О натюрель есть еще мнооого разного в приближеньи к идеалу.
Invar> Вот сумрачный германский гений:
Ну дык нет пределаизвращения совершенства.

Monya> Ну дык нет пределаизвращения совершенства.

Вот только даж обычный авиационный воздушно-масляный радиатор на десяток киловатт стоил примерно как Жигули в советское время.

Про рекуператор и подумать страшно

Эт так радетелям дешевизны на заметку

Invar> Добавим картинок информации к размышлению
А симпатичный моторчик. Ну это для БЛА класса MQ-1 или даже чуть поболе. Там, ЕМНИП, что-то около 100 лошадок двигло.
А в качестве одноразового для каких-нибудь ударных камикадзе типа КР жаба задушит такой мотор ставить. Дороговато, наверное?

Никак

Сейчас как доллар Конфедерации - цены не имеет.

Даж на выставках уж давно не видать...

В теории газогенератор базовый, к нему турбину, редуктор и винт плюсуем. Желающих делать за 30 кБ...даж на беспилотну версиюднём с огнем не сыщешь

Monya> Не, имеется в виду, когда больше действительно не получается. Ну лимитированы по расходу, а нужен привод именно от турбины. Пример - турбина ТНА ЖРД открытого цикла.
не, давай брать условия ближе к нам. Небо, рабочего тела как гуталина у матроскина.
В них ведь на сегмент дуть просто неразумно выходит.

Monya> Ага, именно удлинение. Ну специфика терминологии лопаточных машин. Всеж не аэродинамика


Monya> В активной турбине весь перепад давления срабатывается в направляющем аппарате, а рабочее колесо движется за счет поворота потока. В идеале на рабочем колесе перепада давлений нет (только за счет потерь).
Monya> Выглядит так:
хм... А это именно срабатывается, или всё же адиабатически ускоряется за счет сужающихся каналов?
По идее ж работу нельзя на сопловом аппарате делать - нам это никакой пользы не даст.

Monya> Но КПД центробежной турбины будет меньше, чем центростремительной. Газодинамика, она такая. Вот чего теория говорит:
честно говоря, не понял перехода от градиента скоростей к работе.
Они ведь могут падать не только от газодинамики, у нас же тут еще и момент инерции.

Monya> В принципе, для понимания, можно использовать принцип обратимости лопаточных машин.
эээ... отчасти да. Но работа момента инерции массы рабочего тела не будет обратима. На преодоление его всё равно придется тратить работу, а не получать её. Потому мне не стыкуется такое решение...

Bredonosec> хм... А это именно срабатывается, или всё же адиабатически ускоряется за счет сужающихся каналов?
Ну "срабатывается" - жаргонизм теории лопаточных машин. Естественно адиабатно ускоряется.
Bredonosec> По идее ж работу нельзя на сопловом аппарате делать - нам это никакой пользы не даст.
Ну почему же. Абстрагируясь и экстраполируя , представь: вот реактивное сопло. Ускоряет газ. А потом мы получаем работу. Вульгарно говоря, как-то так.
Bredonosec> эээ... отчасти да. Но работа момента инерции массы рабочего тела не будет обратима. На преодоление его всё равно придется тратить работу, а не получать её. Потому мне не стыкуется такое решение...
Давай попробуем совсем вульгарно, на пальцах. Рабочее колесо радиальной лопаточной машины всегда имеет расширяющийся канал от центра к периферии колеса. Работу на колесе получаем либо разворотом потока (активная турбина), либо разворотом+ускорением потока в межлопаточных каналах (активно-реактивная турбина). В центробежной турбине получать работу будем за счет разворота потока (за счет профилирования лопаток) с одновременным его торможением (проходное сечение канала растет (считаем дозвук, естессно)) (в центростремительной газ ускоряется, отдавая дополнительно часть энергии рабочему колесу). Возрастает статическое давление, часть работы теряется. Теоретически можно создать колесо с центральным сечением меньше, чем с периферийным. Только это будет не радиальная машина (центробежная/центростремительная) а так называемая "диагональная" (в принципе вопрос терминологии ).

Есть такие, просто их довольно мало, матаппарат их расчета пока довольно слаб (правда наверное потому, что серьезно ими никто не занимался ). Ведь течение получается полностью трехмерное. А существующая теория рассматривает двумерные течения (вдоль оси - для осевых, вдоль радиуса - для радиальных).
В принципе, если рассматривать турбину чисто как привод компрессора - то фиг с ним. Остаточное давление можно использовать для получения реактивной тяги на сопле. Так что для ТРД наверное пойдет, особенно для малых. Просто упадет удельная работа (а с ней естесвенно и энергия, снимаемая с единицы массы турбины), то есть для привода будет необходим больший расход рабочего тела. Вот если задаваться целью снять как можно больше энергии с рабочего тела именно на привод вала (воздушного винта), как в турбовальных двигателях, тогда уже не комильфо.

Monya> Давай попробуем совсем вульгарно, на пальцах. Рабочее колесо радиальной лопаточной машины всегда имеет расширяющийся канал от центра к периферии колеса.
угу. именно, потому что сжимать воздух против его инерции нерационально от слова вообще.

>(в центростремительной газ ускоряется, отдавая дополнительно часть энергии рабочему колесу).
стоп-стоп-стоп. Как это ускоряется, отдавая энергию? Отдавая энергию, замедляться должен.

> Возрастает статическое давление, часть работы теряется.
но у нас ведь не адиабатный процесс, мы заставляем поток совершать работу, он отдаёт энергию колесу, то есть, в первую очередь должна падать температура, а не расти статическое, нет?

>Теоретически можно создать колесо с центральным сечением меньше, чем с периферийным. Только это будет не радиальная машина (центробежная/центростремительная) а так называемая "диагональная" (в принципе вопрос терминологии ).
Monya> Есть такие, просто их довольно мало, матаппарат их расчета пока довольно слаб (правда наверное потому, что серьезно ими никто не занимался ). Ведь течение получается полностью трехмерное. А существующая теория рассматривает двумерные течения (вдоль оси - для осевых, вдоль радиуса - для радиальных).
Погоди, а почему трехмерное?
И почему это "диагональное"?
Если на выходе сечение (как межлопаточное, так и всего канала) больше, то за счет расширения газа мы можем снять какую-то работу. Происходит это на центробежном или центростремительном колесе - в принципе значения не имеет. Имеет значение только то, что в центростремительном часть работы газа будет потрачена на преодоление центробежной инерции, а на центробежной - инерция будет помогать крутить колесо, то есть, мы сможем снять больше работы.

Monya> Просто упадет удельная работа (а с ней естесвенно и энергия, снимаемая с единицы массы турбины),
вот этот момент я не понимаю. Почему? Наоборот же!

Monya> Так и турбину считают, чтоб максимально сработать весь тепловой перепад.
Это я понимаю, но речь то за микротурбины. Т.е. и в микротурбинах выжимается весь потенциал, а мизерный КПД, весь на совести разного рода потерь из-за неоптимальной аэродинамики?

s.t.>Т.е. и в микротурбинах выжимается весь потенциал,
пока неизвестно.

> а мизерный КПД, весь на совести разного рода потерь из-за неоптимальной аэродинамики?
да, невозможности улучшить классическую аэродинамику вследствие концевых явлений.
и это было прямым текстом написано (отвечено) выше. зачем повторять?

Bredonosec> и это было прямым текстом написано (отвечено) выше. зачем повторять?
Затем, что автор высказался в том духе, что у микротурбин все в порядке с утилизацией. А по расход/мощность на валу разница десятки раз. Вот и показалось, что многовато для суть трения.

s.t.> Затем, что автор высказался в том духе, что у микротурбин все в порядке с утилизацией. А по расход/мощность на валу разница десятки раз. Вот и показалось, что многовато для суть трения.

Нет там десятков раз если с конструкцией (и ценником все в порядке ) - разы и даж десятки процентов. Масштабный (размерный! не мощностной ) фактор есть, конечно, но не надо так уж демонизировать.

А если хочется "на коленке", именно эффекта, а не эффективности...каждому свое.

yacc> НЕТ ни одного ТВД\ТРД с винтовым компрессором
И что? До 40 годов ГТД вообще не было, есть принципиальный запрет?

Invar> Нет там десятков раз

Invar>> Нет там десятков раз
s.t.> Малые ТВД и их перспективы [yacc#17.11.16 11:42]

С конструкцией и ценником - за копейку канарейку не получается,

а дорого нецлесообразно

ГТД 1000/1250 примером

s.t.> Затем, что автор высказался в том духе, что у микротурбин все в порядке с утилизацией. А по расход/мощность на валу разница десятки раз. Вот и показалось, что многовато для суть трения.
блин, а учиться читать?
Там вообще не трение. Перечитайте предыдущие страницы темы.

s.t.> Это я понимаю, но речь то за микротурбины. Т.е. и в микротурбинах выжимается весь потенциал, а мизерный КПД, весь на совести разного рода потерь из-за неоптимальной аэродинамики?
Ну да, как-то так

Monya>> Давай попробуем совсем вульгарно, на пальцах. Рабочее колесо радиальной лопаточной машины всегда имеет расширяющийся канал от центра к периферии колеса.
Bredonosec> угу. именно, потому что сжимать воздух против его инерции нерационально от слова вообще.
Ну так в расширяющемся канале дозвуковой поток тормозится. Ускоряется он в сужающемся.
>>(в центростремительной газ ускоряется, отдавая дополнительно часть энергии рабочему колесу).
Bredonosec> стоп-стоп-стоп. Как это ускоряется, отдавая энергию? Отдавая энергию, замедляться должен.
Ну как в реактивном двигателе - поток газа ускоряется в сопле. Реактивный двигатель же дает тягу (энергию)?
>> Возрастает статическое давление, часть работы теряется.
Bredonosec> но у нас ведь не адиабатный процесс, мы заставляем поток совершать работу, он отдаёт энергию колесу, то есть, в первую очередь должна падать температура, а не расти статическое, нет?
Вот блин. Охлаждатся ему не с чего. В расширяющемся канале поток тормозится. Далее, по закону сохранения энергии (ну Бернулли же) растет давление.
>>Теоретически можно создать колесо с центральным сечением меньше, чем с периферийным. Только это будет не радиальная машина (центробежная/центростремительная) а так называемая "диагональная" (в принципе вопрос терминологии ).
Monya>> Есть такие, просто их довольно мало, матаппарат их расчета пока довольно слаб (правда наверное потому, что серьезно ими никто не занимался ). Ведь течение получается полностью трехмерное. А существующая теория рассматривает двумерные течения (вдоль оси - для осевых, вдоль радиуса - для радиальных).
Bredonosec> Погоди, а почему трехмерное?
Ну потому, что движется и вдоль оси и вдоль радиуса. А классическая теория рассматривает либо осевые, либо радиальные лопаточные машины. Для первых перемещением вдоль радиуса пренебрегается, для вторых - вдоль оси вращения. А тут оба присутствуют в значимых величинах.
Bredonosec> И почему это "диагональное"?
Ну так они в теории лопаточных машин обзываются. Иначе еще обзывают радиально-осевыми.

В радиальных лопаточных машинах течение рабочего колеса происходит перпендикулярно оси вращения. Если рабочее тело движется от центра к периферии, то такие лопаточные машины называются центробежными, если наоборот, то центростремительными. Поверхности тока близки к плоскостям, перпендикулярны оси вращения.
В осевых лопаточных машинах течение рабочего тела происходит параллельно оси вращения. Линии тока образуют поверхности вращения с образующей параллельно оси (цилиндры).
Диагональные лопаточные машины являются промежуточными между радиальными и осевыми. Линии тока образуют поверхности вращения с образующей, наклоненной к оси под произвольным углом.

 

Bredonosec> Если на выходе сечение (как межлопаточное, так и всего канала) больше, то за счет расширения газа мы можем снять какую-то работу.
Еще раз. Так расширение газа возможно только в сужающемся канале для адиабатного процесса.
Bredonosec> Имеет значение только то, что в центростремительном часть работы газа будет потрачена на преодоление центробежной инерции...
Плотность газа невелика, массовые центробежные силы, соответственно тоже. А вот течение газа через диффузор (расширяющийся, с замедлением) сопровождается еще к тому же и достаточно ощутимыми потерями.
Monya>> Просто упадет удельная работа (а с ней естесвенно и энергия, снимаемая с единицы массы турбины),
Bredonosec> вот этот момент я не понимаю. Почему? Наоборот же!
Да, такая штука неподготовленного чела слегонца приводит в изумление. Но в принципе и закон Бернулли на первый взгляд кажется парадоксом - с фига ли в узком сечении трубопровода давление ниже, чем в широком. Но это так. (Видишь суслика - нет. А он есть )
Вообще есть достаточно книжек по теории лопаточных машин. Но там минимум - 3-4 курс ВУЗа соответствущего (то еесть предполагается основательные познания в газодинамике и теплопередаче). Так, чтоб на пальцах - сложно