叶轮机械原理 第五章-第二大节侯

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2，新讲义P138，第6题： ，新讲义 ， 题
用物理图画说明旋转失速的机理。 用物理图画说明旋转失速的机理。
3，新讲义P138，第7题： ，新讲义 ， 题
简述喘振的物理全过程。为什么有时在发动机进入喘振时， 简述喘振的物理全过程。为什么有时在发动机进入喘振时，压气机 进口处会出现“吐火”的现象？ 进口处会出现“吐火”的现象？ 1
p = const
c1a＝
c1aρu1nc za＝c za
uz
1 cza ⋅π z n = const ca 1
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5.3 轴流压气机相似准则的应用 5.3 轴流压气机相似准则的应用
应用一：在进行压气机实验时， 应用一：在进行压气机实验时，运用相似理论来减少 驱动压气机运转所需要的功率 。
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5.3 轴流压气机相似准则的应用 1，缩型实验 ，
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5.4 压气机的不稳定工况与扩稳
旋转失速现象的经典解释 率先出现分离区的叶片前面出现了明显的气流阻塞现象， 率先出现分离区的叶片前面出现了明显的气流阻塞现象， 受阻滞的气流区使周围的流动发生偏转， 受阻滞的气流区使周围的流动发生偏转，从而引起左面叶 片攻角增大并分离， 片攻角增大并分离，同时引起右面叶片的攻角减小并解除 分离，因而分离区相对于叶片排向左传播， 分离，因而分离区相对于叶片排向左传播，即相对转子叶 片按照叶片旋转方向相反的方向转动。 片按照叶片旋转方向相反的方向转动。 站在绝对坐标系上观察， 站在绝对坐标系上观察，旋转失速团以比压气机转速为低 21 的速度，和压气机旋转方向相同作旋转运动。 的速度，和压气机旋转方向相同作旋转运动。
(G T
∗ 0
/ p , n/ T
∗ 0
∗ 0
)
G T G T = ∗ ∗' p1 p1
∗ 1
'
∗' 1
G P = 1' G' P* 1
*
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5.3 轴流压气机相似准则的应用 例题1、 风扇/压气机缩型实验 例题 、 风扇 压气机缩型实验
所设计的战斗机用小涵道比风扇， 所设计的战斗机用小涵道比风扇，在标准海平面大气 条件下，风扇流量为105kg/s，风扇压比为 ，效率为 条件下，风扇流量为 ，风扇压比为2.2， 0.88，风扇直径 ，风扇直径900mm，转速为 ，转速为n=10500r/min。 。 （1）进行缩型实验研究，相似准则必须满足哪些？ ）进行缩型实验研究，相似准则必须满足哪些？ 千瓦， （2）如果实验台动力功率最大仅能提供 ）如果实验台动力功率最大仅能提供2000千瓦，按 千瓦 多少缩型比进行实验研究比较适宜？ 多少缩型比进行实验研究比较适宜？ （3）实验台动力必须达到的转速是多少？ ）实验台动力必须达到的转速是多少？
K⋅ n⋅D T
* 1
∗ 1
'
∗' 1
G A1 2 = ' = Kl G ' A1
n ` D1 1 = ` = n D1 k l
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λu = K ⋅
n⋅D T
* 1
=K⋅
n` ⋅ D ` T1`
5.3 轴流压气机相似准则的应用 2，进口节流法实验 ，
另一种减少实验压气机消耗功率的办法是关小压气 机实验装置中的进气节流阀， 机实验装置中的进气节流阀，使进入压气机的气体总 压降低，从而减少流量，减少消耗功率。 压降低，从而减少流量，减少消耗功率。 （1）确定相比较的对象；（2）相似准则的选取； 确定相比较的对象；（2 相似准则的选取； ；（ （3）确定相比较的截面。 确定相比较的截面。
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5.3 轴流压气机相似准则的应用 求解： 求解：
（1） “加零级”设计的相似准则是 ） 加零级”
∗ G T0∗ / p 0
n / T0∗
在什么截面上应用如下等式？ 在什么截面上应用如下等式？
G T1* G ` T1* ` = * P P* ` 1 1
n T
* 1
=
n` T1* `
问：是否满足雷诺数大于2×105？ 是否满足雷诺数大于 ×
* 1
n ' = 1.104 × n G ' = 1.81× G
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G T1* G ` T1* ` = * P P* ` 1 1
5.4 压气机的不稳定工况与扩稳 5.4 压气机的不稳定工况与扩稳
不稳定工况的分类 压气机非稳定工况可以分为两大类。第一类属于气 压气机非稳定工况可以分为两大类。 动弹性现象，这时叶片的振动属于自激振动， 动弹性现象，这时叶片的振动属于自激振动，这种现 象被称之为颤振。这种现象不在这里介绍。 象被称之为颤振。这种现象不在这里介绍。 第二类是单纯气动现象，它也会激发叶片的振动， 第二类是单纯气动现象，它也会激发叶片的振动，但 这种叶片振动性质属于他激振动。 这种叶片振动性质属于他激振动。 第二类非稳定工况又分为两种： 第二类非稳定工况又分为两种：一是旋转失速或称旋 转分离；另一种是喘振现象。二者既有差别又有联系。 转分离；另一种是喘振现象。二者既有差别又有联系。
k P =G ⋅ RT1 ' (π k −1
' ' k −1 ' k *
− 1) / η ≤ 2000 KW
∗'
G A1 2 = ' = kl G ' A1
k l ≥ 2. 1
（3）实验台所需达到的转速： ）实验台所需达到的转速： 满足 Mau 的相似条件
n ' Dt = ' = kl n Dt
n ' ≥ 22050 rpm
第五章 轴流压气机性能特性
第2次作业 次作业 1，新讲义 ，新讲义P138，第10题： ， 题
一台高涵道比风扇， 一台高涵道比风扇，在标准海平面大气条件下 TH = 288k PH = 101325 N / m 风扇流量为360kg/s，风扇压比为 ，风扇流量为 ，风扇压比为1.65，风扇效率为 ，风扇效率为0.89，风扇直径 ， 1.6m，风扇转速为 ，风扇转速为n=5000r/min。 。 （1）计算传动这台风扇动力的功率数值； ）计算传动这台风扇动力的功率数值； 缩型此风扇进行实验研究时， （2）按缩型比为 缩型此风扇进行实验研究时，其动力原功率为多 ）按缩型比为0.6缩型此风扇进行实验研究时 少千瓦？ 少千瓦？ （3）实验台动力必须达到的转速是多少？ ）实验台动力必须达到的转速是多少？
Re = ρU t D t /µ ≥ 2 × 105
（2）原型所需耗费的功率为： ）原型所需耗费的功率为：
P = G ⋅ L∗ / η ∗ adk k −1 k =G⋅ RT1∗ (π * k − 1) / η ∗ = 8717 KW k −1
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5.3 轴流压气机相似准则的应用 求解： 求解：
（2）缩型所需耗费的功率为： ）缩型所需耗费的功率为：
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5.4 压气机的不稳定工况与扩稳 一，旋转失速
当转速一定而空气流量减少时，就会引起转子动叶攻角 当转速一定而空气流量减少时， 的增加。空气流量减少到一定程度就能观察到不稳定流动， 的增加。空气流量减少到一定程度就能观察到不稳定流动， 同时压气机发出特殊叫声，振动也增大。 同时压气机发出特殊叫声，振动也增大。在转子后测得的 流场表明， 流场表明，有一个或多个低速气流区以某一转速沿动叶旋 转方向转动，这种非稳定工况被称为旋转失速。 转方向转动，这种非稳定工况被称为旋转失速。
• 若工作压比高于设计值，此时流道收缩太慢，轴向速 若工作压比高于设计值，此时流道收缩太慢， 度逐级加速变小； 度逐级加速变小； • 若工作压比低于设计值，此时流道收缩太快，轴向速 若工作压比低于设计值，此时流道收缩太快， 度逐级加速变大。 度逐级加速变大。
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上节课内容回顾
四类非设计工况分析
G = A ρ1c1a = A2 ρ2c2a =⋯= Az ρzcza 1
所需实验台功率、 所需实验台功率、转速的变化 （1）确定相比较的对象；（2）相似准则的选取； 确定相比较的对象；（2 相似准则的选取； ；（ （3）确定相比较的截面。 确定相比较的截面。 (q(λa 0 )，λu )
G = KA1 p
∗ 0 ∗ 0
T
q(λa 0 )
G T G T = ' ' ∗ p1 ⋅ A1 p1∗ ⋅ A1
− 1) / η k
∗
P节流 = 0.9 × 8717 KW / 4 = 1961KW
（3）校验雷诺数的大小！ ）校验雷诺数的大小！
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5.3 轴流压气机相似准则的应用
应用二：在性能优异的原型压气机上， 应用二：在性能优异的原型压气机上，运用相似理论 来进行缩放、 来进行缩放、加零级设计 。 1，利用好的原型压气机进行缩放设计 ， 一台性能良好的多级压气机可以按相似准则进 行放大或缩小，应用到所需要的新机种中去。 行放大或缩小，应用到所需要的新机种中去。 对于实验研究中的高性能新型压气机进行放大（ 对于实验研究中的高性能新型压气机进行放大（由于 实验压气机尺寸多半较小）就可应用于新机种。 实验压气机尺寸多半较小）就可应用于新机种。
我院研制的WP11的原型为美国 发动机，该发动机 的原型为美国J69发动机 发动机， 我院研制的 的原型为美国 由一级轴流压气机和一级离心压气机组成， 由一级轴流压气机和一级离心压气机组成，其轴流压气 机是在原法国产小型发动机Marbore2上“加零级”而 机是在原法国产小型发动机 上 加零级” 来。 “加零级”设计的相似准则是什么？ 加零级”设计的相似准则是什么？ 加零级 如果要把WP11改为小型涡扇发动机，请问在标准大 改为小型涡扇发动机， 如果要把 改为小型涡扇发动机 气进口条件下，若新的“零级” 级压比为2.0、效率为 气进口条件下，若新的“零级” 级压比为 、 0.88时，原压气机级转速提升多少？内涵空气流量能增 时 原压气机级转速提升多少？ 大多少？ 大多少？