¿Cuál es el cambio de velocidad absoluta a través del compresor+quemador?

Pensé que la velocidad que pasaba por un turborreactor aumentaba a medida que pasaba por el compresor y el quemador. Intuitivamente, si la presión/entalpía aumenta, también lo hará la velocidad, ¿verdad? Sin embargo, me encontré con esta imagen:

Magnitudes-A través-de-Turbojet

Como puede ver, esta imagen dice que la velocidad general en realidad disminuye a la salida del compresor y del quemador.

¿Cuál es la explicación lógica detrás de esto? ¿No debería el efecto de compresión/quema acelerar el flujo?

La ley de conservación de la energía dicta que la presión y la velocidad de un fluido son inversamente proporcionales. Por tanto, cuanto mayor sea la presión, menor será la velocidad y viceversa.
Dejé la temperatura fuera de eso, pero aún se aplica. El aire comprimido reduce su velocidad, el aire acelerado reduce su presión.
@TomMcW, sin embargo, hay una anomalía en el gráfico. La mayoría muestra que la velocidad disminuye a medida que aumenta la presión y viceversa, pero en la cámara de combustión, extrañamente, tanto la presión como la velocidad disminuyen, mientras que la temperatura permanece constante.
@JanHudec Eso es extraño. Ni este gráfico , ni este ni este muestran eso, así que me pregunto si el gráfico tiene un error. No lo sé.
También veo ahora que especificó a la salida del compresor y quemador. Entonces creo que entendí mal su pregunta.
@TomMcW, bueno, a la salida del compresor disminuye, porque la cámara de combustión es más ancha que el compresor, por lo que la velocidad debe disminuir por la conservación de la masa. De acuerdo con los gráficos que encontró, la velocidad aumenta en todo el quemador (combustor), por lo que parece ser un error en el gráfico.
@JanHudec En el extremo del compresor, cuando la velocidad cae rápidamente, ¿no debería haber un pico correspondiente en la presión y/o una caída en la temperatura? Sólo uno de los cuatro gráficos muestra que
@TomMcW, hm, tienes razón, eso parece extraño.
@TomMcW La presión total y la temperatura total no cambian con la velocidad. La presión estática aumenta en la descarga del compresor. Se utiliza un difusor para recuperar la presión sin causar reflujo.
@TomMcW: la sección transversal no es constante; después del compresor, se expande para reducir la velocidad del flujo. Esa sección se llama a propósito el difusor, y allí la presión se mantiene constante mientras la velocidad cae. La relación entre velocidad, presión y temperatura solo se mantiene cuando el volumen (o aquí: la sección transversal) permanece constante.
El valor conservado más básico aquí es que, en estado estacionario, la tasa de flujo másico a través de cualquier sección transversal dada es una constante. Esta es una función solo de la densidad, el área de la sección transversal y la velocidad perpendicular a la sección transversal, y la densidad es una función solo de la presión y la temperatura (OK, también la composición química, dada la quema del combustible).

Respuestas (2)

El flujo ingresa al compresor a aproximadamente Mach 0,4 a 0,6 para garantizar un flujo másico alto con velocidades de álabe del compresor aún subsónicas. Comprimir el aire permite reducir la velocidad del flujo, y entre la salida del compresor y la cámara de combustión hay un difusor para reducir aún más la velocidad del flujo. ¿Por qué? ¡Para garantizar un alto grado de combustión! Cuanto más tiempo permanezcan los reactivos en la cámara de combustión, mejor. Y las cámaras de combustión grandes son pesadas, por lo que se mantienen lo más cortas posible .

Tan pronto como el aire se calienta, aumenta la velocidad. En ese sentido, su gráfico no es del todo correcto (o asume una sección transversal que se ensancha rápidamente a través de la cámara de combustión). Pero la relación general entre presión y velocidad es correcta: si bien no se agrega ni elimina energía, la suma de la energía de presión y la energía cinética del flujo es constante. Mientras que tanto el compresor como la cámara de combustión agregan energía y la turbina la extrae nuevamente, la boquilla es una región de energía constante. Aquí la presión restante del flujo se convierte en velocidad.

Esta imagen que TomMcW publicó en los comentarios es una representación mucho mejor de lo que está pasando.

ingrese la descripción de la imagen aquí

En primer lugar, mirar solo la velocidad axial es solo la mitad de la historia, a través del compresor y especialmente a través de la turbina, el flujo de aire puede ser más circunferencial que axial. De hecho, el objetivo de las paletas del estator y las boquillas de la turbina (paletas de la turbina) es girar el flujo de aire para dar el ángulo de ataque adecuado a las palas.

La velocidad cae en el compresor porque el área de flujo no disminuye tan rápido como aumenta la densidad del aire, por diseño. Esto aumenta la eficiencia del compresor y mantiene el aire moviéndose más lentamente a la salida del compresor.

El área de flujo aumenta mucho en la descarga del compresor que ingresa a la cámara de combustión, esto es para reducir la velocidad del aire para una mejor combustión y para garantizar que la presión estática en el exterior del revestimiento sea más alta que en el interior. En la cámara de combustión, suceden dos cosas para aumentar la velocidad, primero se agrega una gran cantidad de calor, disminuyendo la densidad que requiere una mayor velocidad y el área se vuelve más pequeña, también aumentando la velocidad, ambos se pueden calcular con la ecuación de continuidad. También obtiene una pequeña cantidad de aumento de masa a través de la cámara de combustión del combustible.

Ahora, a la salida de la cámara de combustión, tiene las boquillas de turbina de la Etapa 1, que aceleran el flujo de aire a Mach 1, y generalmente con un ángulo circunferencial muy agudo. Luego, el aire se ralentiza y se endereza a medida que el álabe de la turbina extrae trabajo. Esto se repite en cada etapa de la turbina, aunque no volverá a alcanzar Mach 1.

Recuerde también cambios de Mach 1 en todo el motor con temperatura total.

Su respuesta fue tan buena como la de @PeterKampf, ¡gracias a ambos por sus ideas!
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