一、热力学循环与发动机类型

1. 布雷顿循环（定压加热循环）

  • 应用：燃气涡轮发动机（涡喷、涡扇）的理想循环。
  • 过程：绝热压缩（压气机）→ 定压加热（燃烧室）→ 绝热膨胀（涡轮）→ 定压放热（尾喷管）。
  • 考点：循环效率与增压比、涡轮前温度的关系，以及总效率的计算（热效率×推进效率）。

    • 2. 奥托循环（定容加热循环）

  • 对比：汽车发动机采用奥托循环，而航空发动机多用布雷顿循环，核心差异在于工质流量和循环结构。

    • 二、热力学定律的应用

    1. 热力学第一定律（能量守恒）

  • 公式：( Q = Delta U + W )，应用于燃烧室热量转化为机械能和动能的过程。
  • 实例：燃料燃烧释放的热量一部分转化为推力，另一部分散失或用于克服摩擦。

    • 2. 热力学第二定律（熵增与效率限制）

  • 开尔文表述：无法从单一热源吸热完全做功（第二类永动机不可能）。
  • 应用：发动机实际循环效率低于理想循环，需考虑不可逆损失（如摩擦、热传导）。

    • 3. 热力学第零定律（温度定义）

  • 作用：发动机热平衡分析中温度参数的测量与传递。

    • 三、关键参数与性能指标

    1. 热效率（(eta_t)）

  • 计算：( eta_t = frac{

    ext{循环功}}{

    ext{燃料释放热量}} )，受涡轮前温度、增压比和部件效率影响。
  • 优化方向：提高压缩比、采用耐高温材料（如陶瓷基复合材料）。

    • 2. 推进效率（(eta_p)）

  • 公式：( eta_p = frac{2}{1 + frac{V_5}{V}} )，与排气速度（(V_5)）和飞行速度（(V)）相关。
  • 实例：涡扇发动机通过增大涵道比降低排气速度，提高推进效率。

    • 3. 总压恢复系数

  • 定义：进气道出口总压与自由流总压之比，反映流动损失，影响发动机推力。

    • 四、热力学过程分析

    1. 绝热压缩与膨胀

  • 压气机与涡轮：压气机对空气绝热压缩，涡轮对燃气绝热膨胀做功，能量转化涉及焓变和熵增。

    • 2. 燃烧过程

  • 定压加热：燃烧室内燃料与空气混合燃烧，释放热量提高工质内能，需控制油气比和燃烧稳定性。

    • 3. 喷管流动

  • 超临界与亚临界状态：喷管出口压力与外界压力关系影响气流膨胀程度，决定推力计算方式（完全/不完全膨胀）。

    • 五、高考常见题型

    1. 计算题

  • 推力计算：利用公式 ( F = q_m (V_5
  • V) + (p_5 - p_0) A_5 )，注意喷管状态（是否完全膨胀）。
  • 效率计算：结合热效率、推进效率推导总效率。

    • 2. 简答题

  • 循环对比：布雷顿循环与奥托循环的异同及应用场景。
  • 熵增影响：分析发动机实际循环中不可逆因素（如摩擦、散热）对效率的限制。

    • 3. 综合分析

  • 材料与热力学：高温合金、冷却技术（气膜冷却）如何通过热力学原理提升发动机性能。

    • 六、考点总结表

    | 考点 | 核心内容 | 相关公式/实例 |

    |-|--|-|

    | 热力学循环类型 | 布雷顿循环（涡喷/涡扇）、奥托循环（汽车） | 循环过程图、效率对比 |

    | 热力学定律应用 | 能量守恒、熵增原理、温度传递 | ( Delta U = Q + W )、第二类永动机 |

    | 热效率与推进效率 | 影响因素及优化方向 | ( eta_0 = eta_t cdot eta_p ) |

    | 喷管流动分析 | 超临界/亚临界状态判定及推力计算 | ( p_5 )与( p_0 )关系 |

    | 燃烧与热传递 | 定压加热过程、燃烧稳定性控制 | 油气比、燃烧室设计参数 |

    参考资料：上述内容综合了热力学基础理论、航空发动机原理及典型例题分析，适合高考中涉及热力学与工程应用的考点复习。