压缩功

航空航天应用中的热交换器

在给定压缩功的情况下提高总压力比的一种方法是引入带中间冷却的多级压缩，其中气体分阶段压缩并在每级之间通过使气体通过称为中间冷却器的热交换器进行冷却。航空航天工业中的燃气涡轮发动机需要高总压力比。为了实现更高的压力比，压缩机分为低压压缩机（LPC）和高压压缩机（HPC）。这样做是为了在LPC和HPC之间引入中间冷却器。压缩气体在LPC的出口处具有相对较高的温度。通过使用横流或逆流空对空热交换器，压缩空气在一侧流动，低温冲压空气在另一侧流动，压缩空气可以在进入HPC之前得到冷却。稳流压缩功或给定压缩功的压力比与压缩空气的比容成正比[8]。中间冷却器降低温度，从而降低压缩空气的比容，从而提高热力循环效率。在燃气涡轮发动机中，离开涡轮的废气温度通常比离开 HPC 的空气温度高得多。可以结合再生器或回热器，即横流或逆流热交换器，将热废气中的热量传递给压缩空气。因此，热效率提高，因为废气中应该被排放到周围环境中的部分能量被回收以预热进入燃烧室的空气。当使用中间冷却器时，回热器更有优势，因为存在更大的回热潜力。对于高总压力比，回热器并不有效，尤其是考虑到其成本、尺寸和重量。图 1 显示了概念草图，将不同燃气涡轮循环的热效率与总压力比进行比较。一般而言，中间冷却和回热燃气涡轮循环在相对较低的总压力比（例如小于 30）下有效。没有回热的中间冷却燃气涡轮循环仅在非常高的总压力比下有效。图 2 说明了中冷和回热燃气轮机循环。