叶轮机械原理第三章(5).

第三章
轴流压气机的工作原理
第三章
轴流压气机的工作原理
减少D点以前的型面转折角度数 ，可以降低D点处的 Ma数，从而可有效降低激波造成的流动损失。
方法是将叶型的吸力面进口段设计成：
•小转折角(多圆弧叶型) •零转折角（平直进口段叶型） •负转折角的型面（预压缩叶型） Ma1> 1.6 Ma1 < 1.2～ 1.6
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轴流压气机的工作原理
（5）二次流动损失
•在叶轮机领域，通常将与主流区流动方向不一致的流动（倒流、 潜流、泄漏流和通道涡）称为二次流动，由二次流动造成的损失 被称为二次流损失。 •一级的流动损失除基元级损失（叶型损失）外，新增损失主要 集中在叶根、叶尖两个端区。 •设计轴流压气机，可在动叶的端区多安排一些加功量，抵消端 区流动损失大的影响，使压气机出口的总压沿叶高接近一致。
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相平衡的压力梯度;
•动叶表面的气体微团可以看成是和叶片“粘”在一起旋转， 2 u 离
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轴流压气机的工作原理
•在静叶表面也会产生叶片表面附面层潜移流动，但是 潜移流动的方向与动叶相反，由叶尖向叶根潜移流动 。 •叶片表面的附面层向端区潜移会造成端区的低能气体 的堆积，使得角区的流动容易产生分离，增加角区的 流动损失。
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•在间隙比较小的情况下， 间隙流动中泄漏流占主要 部分 •压力面的气体动能高、 压力大，具有推迟或减小 吸力面气体流动分离的能 力
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（3）通道涡流动 •主流区压力面静压高，端壁 区压力面静压低; •压力面附近的气流从静压高 处流向低静压处，占据了端壁 的气流通道; •沿端壁流向静压更低的吸力 面，在吸力面角区卷起，形成 横跨整个叶栅通道的旋涡流动。
一、亚音压气机一级中的流动特征 （1）端区附面层流动
•在端壁角区，端壁附面层和叶 片表面附面层中低能气体的相 互阻滞; •角区的附面层增长很快，使得 角区比其它区域更加容易产生 流动分离。
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（2）径向间隙流动
倒流
泄漏流
倒流和泄漏流会改变间隙附近气流的出气方向，使该部位 压气机的加功和增压能力下降、效率下降
进入压气机的流量减少，
唯一攻角也不一定存在。
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第六节
轴流Байду номын сангаас气机的工作原理
压气机一级中的流动
当沿叶高将基元级叠加成压气机的一级以后，就 出现了： •端壁附面层流动； •端壁角区流动； •端壁间隙产生的间隙流动； •端壁半径变化产生的径向流动。 压气机一级的流动呈现出强烈的三维流动特性。
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轴流压气机的工作原理
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•动叶中的通道涡也是由压 力面附近高静压的气体通过
端壁附面层流向吸力面而产
生的。 •动叶尖部的间隙涡与尖部 通道涡的旋向相反，二者之
间有相互抑制作用，
动叶叶栅的通道涡和间隙涡
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（4）叶片表面附面层潜移流动
动叶表面附面层内的潜流
•流场中沿半径方向存在着与气体微团运动时周向分速度 cu 产 生的离心力
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二、超、跨声速级（动叶）流动特征 •超、跨声速压气机级一般出现在压气机的进口级； •超声速压气机级是指动叶从叶根到叶尖的来流相对 M w1 都大于1.0。
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•气流到达每一个槽道的中 和特征线位置时，气流的方 向是相同的，总是平行于中 和点B或E的切线方向；
•只要流动堵塞和激波贴体， 则在不同反压下，来流相对 吸力面B或E点的攻角为零 （唯一攻角）。
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在实际的三维叶片通道
中，即使某基元级处于堵
塞状态，如果激波脱体，
静子叶栅的通道涡
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•通道涡的特点是成对出现， 旋向相反，各占叶栅通道 的一半
•叶片的弯度越大，所形成 的通道涡越强烈
静子叶栅的通道涡
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h
0.50
0.25
0.00 80
k
100 2
通道涡使静叶的出口气流角沿叶高的分布不均匀，出现过转 （落后角< 0）和亏转（落后角>平均落后角）现象。
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（来流Mw1不变）
反压 p 2 对超声速叶栅流动特征的影响
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a、反压降低 b、反压提高
激波脱体后，反压的信息能够前传，滞止流线的位 置开始下移，激波造成的总压损失增大和槽道激波 处流通面积的减小使得流量开始减小；
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（反压p2不变）
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•正激波脱体，正激 波强度大； •斜激波贴体，斜激 波强度弱。
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超声速叶栅流动特征：
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•在来流相对速度超声速而其轴向速度分量为亚声速的情 况下，由叶片引起的对流场的扰动可以传播到叶栅进口额 线以前
•叶片前缘表面产生的激波、膨胀波和弱压缩波具有调整 气流方向的功能，使气流趋向于平行于叶片表面流动。这 样，激波和膨胀波系后的叶型只工作于一个攻角，即唯一 攻角
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•流动处于堵塞状态（反 压变化的信息不能前传至 槽道激波前的超音区）； •来流轴向速度分量为亚 声速； •激波附体（流量不随反 压变化）。
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•存在中和点B（E）及中 和特征线。 •气流经过BC段＋DE段膨 胀波时的折转角与气流 通过叶片2的外伸激波时 的折转角大小相等、方 向相反。
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五、超声速进口气流在平面叶栅中的流动特征 现阶段进口气流的相对速度马赫数大于 1.0情况只 发生压气机的转子上，即动叶进口气流的相对马赫 数 M w1>1.0。 在目前的轴流压气机技术水平的条件下，动叶进 口气流的轴向速度马赫数 M c1a仍然小于1.0。 这样，叶片对气流的扰动（激波和膨胀波）可以 传播到叶栅进口（额线）以前并影响栅前流场。
来流Ma数对超声速叶栅流动特征的影响
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当来流 M a1 继续增大，外伸激波和槽道激波会变 得很斜，叶栅内部和出口都有可能是超声速流动， 表明叶栅出口反压对于这时的 M a1 来说太低了。
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来流方向对超声速叶栅流动特征的影响
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