航空燃气轮机五、六章部分作业题
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第五章作业
1答：离心式压气机 离心式压气机由导风轮、叶轮、扩压器等组成。空气由进气道进入压气机、经过与叶轮一起旋转的导风轮的导引进入叶轮。在高速旋转叶轮作用下，空气由叶轮中心被离心力甩向叶轮外缘，压力也逐渐提高，由叶轮流出的空气进入扩压器后速度降低，压力再次提高，最后由出气管流出压气机。
轴流式压气机，气体从进口流入压气机，经收缩器时流速得到初步提高，进口导向叶片使气流改为轴向，同时还起扩压管的作用，使压力有所提高。转子在外力作用下作高速转动，固装在转子上的动叶片推动气流，使气流获得很高的流速。高速气流进入导叶，气流动能降低而压力升高，相邻导叶叶片间的通道相当于一个扩压管。气体流经每一级连续进行类似的过程，使气体压力逐渐升高。
它和压气机基元机的完全一样。
20答：①单级功率不够；②轴流式压气机由于受到 的限制，圆周速度一般较低；③有时涡轮的最大尺寸受到限制或者需要保证一定的效率时，也不宜采用单级。
21答：一般来说，采用膨胀功逐级下降为佳，它有以下优点：
1末级功小，易使末级出口气流接近轴向，能量损失较小；
2第一级功大则焓降大，反力度一定时，第一级静叶片中气流的膨胀功就大，气流在静叶中的温度降低就多。第一级动叶片以及后面各级动叶叶片温度就低，对强度有利。
22答：对略去对外散热的情况下。涡轮全体实际膨胀过程由于“再生热”作用，在相同的落压比下，膨胀终了的气体总温高于等熵膨胀终了的总温。在多变指数n值相同和落压比相同的情况下，气体总温愈高，则其所作的膨胀功愈大，因此在气体膨胀过程中发生的“流阻”损失，可以在以后的膨胀过程中回收一部分。落压比愈大，则回收的愈多，涡轮效率也就愈高。
4 答：原因是具有锐边前缘，适合于超声来流，切向孔的锐边前缘具有把不均匀来流调匀的作用，从而减少损失。在管式扩压器的圆管中二次损失将大为减少。
缺点：工作特性比较陡峭，在亚声速工况下工作时效果不够明显。
第六章作业
1答：气流流经压气机时从动叶获得机械能，从而提高焓和压力。而在涡轮中，气流则将极高的焓转变成动能，然后一部分动能通过动叶转变成涡轮轴上的机械功。
2答：把喷嘴环放在前面有利于把来自燃烧室的高温高压燃气的热能转换发出大的功率。同时，由于燃气在喷嘴环中已做了相当程度的膨胀，燃气温度大为降低，改善了在高温下做高速转动的工作轮的工作条件，从而提高了涡轮的寿命和安全可靠性。
4特性
30解：（1）滞止等熵膨胀功
Lad*=K’*R’*T3**(1-1/πT*(K’-1)/K’)/(K’-1)
πT*=0.8/0.25=3.2
Lad*=1.33*8.3145*(273+1015)**(1-1/πT*(1.33-1)/1.33)/(1.33-1)
=10820 (J)
（2）滞止多变膨胀功
ΩT=1-(C1U-C2U)/2*U C1U-C2U=571.5 m/s
Lu=U*( C1U+C2U) C1U+C2U=250000/408.2=612.4 m/s
C1U=592.0 C2U=20.4
C1a= C2a=C1U*tanα1=592.0*tan28=314.8 m/s
速度三角形如下图
37解：（1）Lu=Cp*(T3*-T4*)=Rg*(T3*-T4*)*K/(K-1)
涡轮
压气机
能量转换
把热能转换成机械能，从涡轮轴上得到机械功
把涡轮传给它的机械能转换成气流的压力势能和热能
叶栅通道
收敛式
扩散式
流动过程
气流膨胀加速
气流扩压减速
级的构成
静叶在前，动叶在后
动叶在前，静叶在后
叶型
叶型厚，弯度大
叶型薄，弯度小
轮缘功
因气流是膨胀加速，附面层薄不易分离，气流转折角大，而且因为温度高，所以轮缘功大
Lad*=n*R’*T3**(1-1/πT*(K’-1)/K’)/(n-1)
πT*=0.8/0.25=3.2
Lad*=1.28*8.3145*(273+1015)**(1-1/πT*(1.28-1)/1.28)/(1.28-1)
=10998 (J)
32解：Lu=HT*U*U
U= =408.2 m/s
=8.3145*(1200-935)*1.4/(1.4-1)=7711.7 (J)
LT= Lu*δse=7711.7*0.97=7480 (J)
(2)ηT*=LT/Lad*
Lad*=LT/ηT*=7480/0.89=8404.9
Lad*=K’*R’*T3**(1-1/πT*(K’-1)/K’)/(K’-1)
2 答：（1）进气装置：它的作用是把空气以一定方向引入工作轮。
（2）工作轮：供给压缩空气的机械能。
（3）扩压器：减速扩压，增加气体的静压。
（4）集流管：进一步降低速度，提高静压强，并将空气根据燃烧室的需要引入燃烧室。
3 答：缝隙式扩压器中气体的流动基本服从环量守恒律，由于无叶片和流向高反压条件，故可实现无激波超声流减速扩压。
πT*=2.62
πT*=P3*/P4*=5.4×10^5/2.62=2.06×10^5 Pa
因为是扩压过程，附面层厚，易分离，允许的气流转折角小，所以轮缘功小。
级数
级数少
级数多
多级流程
扩张
缩小
效率
单级
多级
单级
多级
共性：涡轮和压气机都是和气流进行能量交换的叶轮机械
5答：涡轮中流动损失所产生的热量加给气体的结果，使气体体积比原来有所增大，得到了一点额外的膨胀功，这就是再生热。
13答：①附面层内的摩擦损失；②尾迹损失及尾迹和主流的掺混损失；③附面层中的气流分离损失；④激波和激波附面层干扰引起的损失。
1答：离心式压气机 离心式压气机由导风轮、叶轮、扩压器等组成。空气由进气道进入压气机、经过与叶轮一起旋转的导风轮的导引进入叶轮。在高速旋转叶轮作用下，空气由叶轮中心被离心力甩向叶轮外缘，压力也逐渐提高，由叶轮流出的空气进入扩压器后速度降低，压力再次提高，最后由出气管流出压气机。
轴流式压气机，气体从进口流入压气机，经收缩器时流速得到初步提高，进口导向叶片使气流改为轴向，同时还起扩压管的作用，使压力有所提高。转子在外力作用下作高速转动，固装在转子上的动叶片推动气流，使气流获得很高的流速。高速气流进入导叶，气流动能降低而压力升高，相邻导叶叶片间的通道相当于一个扩压管。气体流经每一级连续进行类似的过程，使气体压力逐渐升高。
它和压气机基元机的完全一样。
20答：①单级功率不够；②轴流式压气机由于受到 的限制，圆周速度一般较低；③有时涡轮的最大尺寸受到限制或者需要保证一定的效率时，也不宜采用单级。
21答：一般来说，采用膨胀功逐级下降为佳，它有以下优点：
1末级功小，易使末级出口气流接近轴向，能量损失较小；
2第一级功大则焓降大，反力度一定时，第一级静叶片中气流的膨胀功就大，气流在静叶中的温度降低就多。第一级动叶片以及后面各级动叶叶片温度就低，对强度有利。
22答：对略去对外散热的情况下。涡轮全体实际膨胀过程由于“再生热”作用，在相同的落压比下，膨胀终了的气体总温高于等熵膨胀终了的总温。在多变指数n值相同和落压比相同的情况下，气体总温愈高，则其所作的膨胀功愈大，因此在气体膨胀过程中发生的“流阻”损失，可以在以后的膨胀过程中回收一部分。落压比愈大，则回收的愈多，涡轮效率也就愈高。
4 答：原因是具有锐边前缘，适合于超声来流，切向孔的锐边前缘具有把不均匀来流调匀的作用，从而减少损失。在管式扩压器的圆管中二次损失将大为减少。
缺点：工作特性比较陡峭，在亚声速工况下工作时效果不够明显。
第六章作业
1答：气流流经压气机时从动叶获得机械能，从而提高焓和压力。而在涡轮中，气流则将极高的焓转变成动能，然后一部分动能通过动叶转变成涡轮轴上的机械功。
2答：把喷嘴环放在前面有利于把来自燃烧室的高温高压燃气的热能转换发出大的功率。同时，由于燃气在喷嘴环中已做了相当程度的膨胀，燃气温度大为降低，改善了在高温下做高速转动的工作轮的工作条件，从而提高了涡轮的寿命和安全可靠性。
4特性
30解：（1）滞止等熵膨胀功
Lad*=K’*R’*T3**(1-1/πT*(K’-1)/K’)/(K’-1)
πT*=0.8/0.25=3.2
Lad*=1.33*8.3145*(273+1015)**(1-1/πT*(1.33-1)/1.33)/(1.33-1)
=10820 (J)
（2）滞止多变膨胀功
ΩT=1-(C1U-C2U)/2*U C1U-C2U=571.5 m/s
Lu=U*( C1U+C2U) C1U+C2U=250000/408.2=612.4 m/s
C1U=592.0 C2U=20.4
C1a= C2a=C1U*tanα1=592.0*tan28=314.8 m/s
速度三角形如下图
37解：（1）Lu=Cp*(T3*-T4*)=Rg*(T3*-T4*)*K/(K-1)
涡轮
压气机
能量转换
把热能转换成机械能，从涡轮轴上得到机械功
把涡轮传给它的机械能转换成气流的压力势能和热能
叶栅通道
收敛式
扩散式
流动过程
气流膨胀加速
气流扩压减速
级的构成
静叶在前，动叶在后
动叶在前，静叶在后
叶型
叶型厚，弯度大
叶型薄，弯度小
轮缘功
因气流是膨胀加速，附面层薄不易分离，气流转折角大，而且因为温度高，所以轮缘功大
Lad*=n*R’*T3**(1-1/πT*(K’-1)/K’)/(n-1)
πT*=0.8/0.25=3.2
Lad*=1.28*8.3145*(273+1015)**(1-1/πT*(1.28-1)/1.28)/(1.28-1)
=10998 (J)
32解：Lu=HT*U*U
U= =408.2 m/s
=8.3145*(1200-935)*1.4/(1.4-1)=7711.7 (J)
LT= Lu*δse=7711.7*0.97=7480 (J)
(2)ηT*=LT/Lad*
Lad*=LT/ηT*=7480/0.89=8404.9
Lad*=K’*R’*T3**(1-1/πT*(K’-1)/K’)/(K’-1)
2 答：（1）进气装置：它的作用是把空气以一定方向引入工作轮。
（2）工作轮：供给压缩空气的机械能。
（3）扩压器：减速扩压，增加气体的静压。
（4）集流管：进一步降低速度，提高静压强，并将空气根据燃烧室的需要引入燃烧室。
3 答：缝隙式扩压器中气体的流动基本服从环量守恒律，由于无叶片和流向高反压条件，故可实现无激波超声流减速扩压。
πT*=2.62
πT*=P3*/P4*=5.4×10^5/2.62=2.06×10^5 Pa
因为是扩压过程，附面层厚，易分离，允许的气流转折角小，所以轮缘功小。
级数
级数少
级数多
多级流程
扩张
缩小
效率
单级
多级
单级
多级
共性：涡轮和压气机都是和气流进行能量交换的叶轮机械
5答：涡轮中流动损失所产生的热量加给气体的结果，使气体体积比原来有所增大，得到了一点额外的膨胀功，这就是再生热。
13答：①附面层内的摩擦损失；②尾迹损失及尾迹和主流的掺混损失；③附面层中的气流分离损失；④激波和激波附面层干扰引起的损失。