3.4. Изображение процесса сжатия воздуха в ступени в p, V- и t, s- координатах

Процесс сжатия (повышения давления) воздуха в ступени компрессора является, вообще говоря, неравновесным. Но степень этой неравновесности невелика, и поэтому его обычно условно изображают в различных термодинамических координатах. Рассмотрим процесс повышения давления воздуха в ступени компрессора в р, v- и T, s- координатах.

Изобары р = р₁ и р = р₃ соответствуют давлению воздуха перед и за ступенью. Точка 1 изображает состояние воздуха на входе в ступень. Линии 12 и 23 соответствуют процессам повышения давления в РК и НА.

В авиационных компрессорах теплообмен между потоком в компрессоре и окружающей средой на установившихся режимах пренебрежимо мал. Если бы, кроме того, воздух в компрессоре был бы лишен вязкости, то процесс повышения давления в ступени протекал бы при постоянной энтропии, т. е. по адиабате, изображенной линиями 13_ад.

В действительности выделение теплоты, связанной с трением в процессе сжатия при практическом отсутствии теплообмена с окружающей средой, приведет к некоторому увеличению температуры за ступенью по сравнению с температурой, достигаемой в адиабатном процессе. В результате реальный процесс сжатия изобразится линиями 13, расположенными правее адиабаты. а температура Т₃за ступенью окажется выше Т_3ад.

Если принять, что увеличение энтропии в результате выделения теплоты трения определяется равенством , то суммарная теплота трениябудет связана с изменением энтропии в реальном процессе1-3 условием

откуда следует, что величина L_rможет быть выражена вT, s- диаграмме площадью, лежащей между линией1-3и осью абсцисс.

Согласно уравнению Бернулли работа вращения колеса ступени, равна

где  политропная работа сжатия (повышения давления) в ступени. Из рис. видно, что эта работа превышает работу повышения давления в адиабатном процессе 13_ад, равную , на величину, эквивалентную площади заштрихованного на рис. 3.5 криволинейного треугольника, обозначенной символом ΔL_r. Поскольку это увеличение L_п.ст по сравнению с L_ад.ст является следствием выделения теплоты трения, в теории компрессоров его принято называть тепловым сопротивлением.

С учетом сказанного уравнение (2.1) может быть записано в виде

откуда следует, что вредная роль гидравлических потерь проявляется в компрессорах двояко: как непосредственно в виде затраты работы L_r на преодоление гидравлических сопротивлений, так и дополнительно в виде теплового сопротивления ΔL_r .