Warum drosseln Kompressoren den Durchfluss, wenn dies den Druck verringert?

Ihr Verständnis der Bernoulli-Gleichung ist richtig, aber die Situation in einem Kompressor ist komplexer, da durch die rotierenden Schaufeln Energie hinzugefügt wird.

Wenn die Geschwindigkeit des Unterschallflusses abnimmt und keine Energie zugeführt wird, bleibt der Gesamtdruck gleich . Das bedeutet, dass der statische Druck steigen muss, weil sich die linke Seite der Bernoulli-Gleichung nicht ändert:

Pt = Ps + 1/2 x rho x Geschwindigkeit ^ 2

Aber im Kompressor fügen die rotierenden Schaufeln Energie aus der mechanischen Arbeit hinzu, die sie an der Flüssigkeit verrichten, und daher steigt der Gesamtdruck . Während also die obige Gleichung immer noch gilt, nimmt die LHS jetzt zu. Der statische Druck ergibt sich dann aus der isentropischen kompressiblen Strömungsgleichung:

Pt = Ps x (1 + 0,2 x Mn^2).

Wenn jemand von sich änderndem „Druck“ spricht, muss klar sein, ob er statischen oder totalen Druck meint.

Der Kompressor erhöht den Gesamtdruck. Gesamtwerte sind das Maß für die Energie in der Strömung. Aber weil die Machzahl vom Kompressoreinlass bis zum Auslass ungefähr gleich bleibt, steigt auch der statische Druck. Aber das ist nicht wirklich wichtig, die Erhöhung des Gesamtdrucks ist der entscheidende Faktor. Gesamtwerte stellen den Energiegehalt einer Flüssigkeit dar, denn wie Sie in der Bernoulli-Gleichung sehen können, kann der Energiegehalt zwischen dem Geschwindigkeitsterm und dem statischen Term ausgetauscht werden, wenn die Flüssigkeit beschleunigt oder verlangsamt wird, aber dies ist nur eine Energieverschiebung von einem Form zu einer anderen, es ändert nicht den Gesamtenergiegehalt.

Da die Luft im Kompressor komprimiert wird, benötigt sie tatsächlich weniger Platz, als Ihre Intuition vermuten lässt. Ein erschwerender Faktor ist, dass auch die Lufttemperatur zunimmt, also nicht nur das gleiche Luftvolumen bei höherem Druck. Wenn sich der Kompressor jedoch wie von Ihnen vorgeschlagen ausdehnt, würde die Geschwindigkeit zu stark abnehmen, und dann wäre der Luftstrom über die Rotor- und Statorschaufeln zu langsam. Dadurch würden sie ihre aerodynamische Leistung verlieren. Die rotierenden Schaufeln wären beim Hinzufügen von Energie unwirksam, und die Schaufeln würden stehen bleiben, da die Rotationsgeschwindigkeit im Vergleich zu einer niedrigen Axialgeschwindigkeit zu hoch wäre. Eine hohe Rotationsgeschwindigkeit der Schaufeln und eine niedrige Axialgeschwindigkeit der Luft lässt den Angriffswinkel der Luft auf die Schaufeln zunehmen. Sie stehen wie ein Flügel eines Flugzeugs, das bei einem hohen Anstellwinkel langsam fliegt. Wenn die Luft im Kompressor abreißt, möchte sie nicht länger in Richtung des steigenden Drucks zur Brennkammer strömen. Es kehrt die Richtung um und Flammen können sogar an der Vorderseite des Motors austreten. Nicht gut!

Die Unterschallströmung nimmt an Geschwindigkeit zu, wenn sich der Querschnitt stromabwärts verengt. Wenn keine Energie zugeführt wird, nimmt der Druck gemäß dem Gesetz von Bernoulli ab. In einem Kompressor fügt jedoch jede Stufe der Strömung Energie hinzu, und diese Energie erhöht den statischen Druck. Die Verengung dient weniger der Druckerhöhung als vielmehr der Sicherstellung der richtigen Strömungsgeschwindigkeit .