2-气动热力学基础
叶轮机械气动热力学-第 2 章
Institute of Turbomachinery
第二章 叶轮机械的基本原理、分析和性能
本章采用一维分析方法分析叶轮机械的总体性能 与效率； 为了分析叶轮机械的性能，了解叶轮机械通道中 的流动过程是重要的； 以压气机、透平为例，首先分析叶轮机械中的流 动过程。
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R:气体常数 N:转速 D:直径 l1:叶高 l2:弦长
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应用量纲分析中的 定理，得到：
几何相似的条件下： l1 / D、l2 / D 相等，则可得：
十组参数化为三种无量纲参数
透平中情形： 透平等熵焓降 ？各级等熵焓降之和 透平效率 ？各级平均效率
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2.3.2 透平中的膨胀过程
喷嘴中气体由P1(P01)膨胀至P2(P02) 过程线1－2； P2<P1 ；P02<P01（粘性）； 动叶中部分内能进一步转换为动能，输出功 过程线2－3； P3<P2 ；P03<P02 ；
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上面表达式对叶轮机械中所有类型的可压缩流动（径流、轴流×压气机、 透平）适用。为了更方便应用，作以下处理：
Pshaft R h01 h02 T01 1 m
340mm17000pm压比20旋转失速发展为喘振仅出现旋转失速旋转失速频率比喘振频率高很多xianjiaotonguniversityinstituteturbomachinery20119284397255马赫数对压气机压比的影响压气机设计趋向于采用更高的叶尖速度相对马赫数压气机叶片的升力系数为
气动基础培训课件
气动基础培训课件一、教学内容本节课我们将学习《气动技术基础》教材的第1章“气动系统概述”和第2章“气动元件”，详细内容涉及气动系统的基本组成、工作原理以及气源装置、执行元件、控制元件等功能和用途。
二、教学目标1. 理解气动系统的基本组成、工作原理及其应用领域。
2. 掌握气动元件的分类、功能及选用原则。
3. 学会分析气动系统原理图，具备简单的气动系统设计能力。
三、教学难点与重点教学难点：气动元件的分类、功能及选用原则，气动系统原理图的分析。
教学重点：气动系统的基本组成、工作原理，以及气动元件在实际应用中的搭配与使用。
四、教具与学具准备1. 教具：气动基础培训PPT、气动元件实物、气动系统原理图、挂图等。
2. 学具：笔记本、教材、笔、计算器等。
五、教学过程1. 导入：通过展示实际气动设备运行视频，引发学生对气动技术的兴趣。
2. 理论讲解：1) 气动系统的基本组成、工作原理。
2) 气动元件的分类、功能及选用原则。
3. 实例分析：分析气动系统原理图，讲解气动元件在实际应用中的搭配与使用。
4. 随堂练习：让学生根据所学知识，分析气动系统原理图，并进行简单的气动系统设计。
5. 课堂小结：对本节课的重点内容进行回顾，巩固学生所学知识。
六、板书设计1. 气动系统的基本组成、工作原理。
2. 气动元件的分类、功能及选用原则。
3. 气动系统原理图分析步骤。
七、作业设计1. 作业题目：1) 简述气动系统的基本组成、工作原理。
2) 分析给定气动系统原理图，并指出其中所使用的气动元件。
3) 设计一个简单的气动系统，并说明其功能。
2. 答案：1) 气动系统的基本组成：气源装置、执行元件、控制元件、辅助元件等。
工作原理：通过气源装置提供压缩空气，经过控制元件调节后，驱动执行元件完成相应动作。
2) 略。
3) 略。
八、课后反思及拓展延伸1. 反思：本节课通过实际案例导入，激发学生兴趣，结合理论讲解、实例分析和随堂练习，使学生更好地掌握了气动基础知识。
气动基础知识教学课件.
气动基础知识教学课件.一、教学内容本节课的教学内容选自教材第四章“气动技术基础”，具体包括气压的定义、气源设备、气动执行元件、气动控制元件和气动系统的设计。
二、教学目标1. 使学生理解气压的概念及其在工程中的应用；2. 使学生熟悉气源设备、气动执行元件和气动控制元件的结构和工作原理；3. 培养学生设计简单气动系统的能力。
三、教学难点与重点重点：气压的定义及其在工程中的应用；气源设备、气动执行元件和气动控制元件的结构和工作原理；气动系统的设计。
难点：气动系统的设计方法和步骤。
四、教具与学具准备教具：多媒体课件、气动元件实物、气动系统模型。
学具：教材、笔记本、画图工具。
五、教学过程1. 实践情景引入：介绍气动系统在工业生产中的应用实例，引发学生对气动技术的兴趣。
2. 理论讲解：讲解气压的定义及其在工程中的应用，介绍气源设备、气动执行元件和气动控制元件的结构和工作原理。
3. 实例分析：分析典型气动系统的工作原理和设计方法，引导学生理解气动系统的设计方法和步骤。
4. 课堂练习：让学生根据给定的需求设计一个简单的气动系统，巩固所学知识。
5. 课堂讨论：引导学生探讨气动技术在现代工业中的作用和发展趋势，激发学生的创新意识。
六、板书设计板书内容：气压的定义及其在工程中的应用；气源设备、气动执行元件和气动控制元件的结构和工作原理；气动系统的设计方法和步骤。
七、作业设计作业题目：设计一个简单的气动系统，要求能够实现一个特定的功能。
答案：根据气动元件的选型和系统设计原则，结合实际情况，设计出一个能够实现特定功能的气动系统。
八、课后反思及拓展延伸拓展延伸：引导学生查阅相关资料，了解气动技术在现代工业中的最新应用和发展趋势，提高学生的综合素质。
重点和难点解析一、教学内容细节1. 气压的定义及其在工程中的应用：理解气压的概念，掌握气压在工程中的作用和应用场景，如气动控制、气动执行等。
2. 气源设备：熟悉气源设备的结构和功能，如气泵、气瓶、气压罐等，理解它们在气动系统中的作用。
第一部分 热力学和气动力学基础讲解
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发动机原理
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§1.1 气体的成分与状态参数
1.1.2 气体的基本状态参数
（2）压力P
如果气体作用于器壁表面积S上的垂直作用力为F，则壁面上的 压力为 F (N )
P
S（m 2）
SI单位 Pa 1bar 105 Pa bar 汞柱或水柱的高度来表示 标准大气压atm F
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发动机原理
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§1.2 气体能量方程
1.2.2 气体能量存在的几种方式
能量形式
气体内能 u PV功 气体的焓 h 气体的动能 w 气体的位能 z
含
义
气体内部具有的能量，包括气体内部分子的动能以及分子间相 互吸引而具有的位能。内能=动能+位能 气体微团具有压力P 和占有体积V，PV为气体微团对抗外界压 力P占有空间V对外所做的功。 气体的内能和PV功之和。h=u+PV 气体运动速度的大小和方向与所选择额运动坐标系有直接的关 系，因此气体动能的大小也与所选择的坐标系有关。 气体的位能与气体的动能一样，其数值的大小与所选择的运动 坐标系及引力场有关。
h = u + pv J/kg h(T) = u(T) + RT 是温度T 的单值函数；
例: 向无张力的气球加热
qp cp(T )dT cp(T 2 T 1)
T1
T2
加热 = 内能增加 + 对外做功
cv(T 2 T 1) p(v2 v1)
(cv R)(T 2 T 1) h
理想气体：分子只有质量而没有体积、分子之间没有作用力的气体。 氧气、氮气、氢气、二氧化碳及其混合物空气、燃气、烟气在所 使用的温度和压力条件下均可视为理想气体； 大气中和燃气中所含的水蒸气，由于其质量浓度很低，也可视为 理想气体；
热工气动基础知识
1.1.2 状态和状态参数
⒈ 状态
热力系在在某一指定的瞬间所呈现的一切宏观性质 平衡态
是热力系与外界不发生相互作用时, 是热力系与外界不发生相互作用时, 其宏观性质不随时间而 变化的状态 平衡态是一个理想的概念。但在许多情况下, 平衡态是一个理想的概念。但在许多情况下, 热力中, 气体与气体、 是研究气体在流动过程中, 气体与气体、气体与固体之间 相互作用所遵循的规律及参数的变化规律 主要内容包括: 气体流动的基本方程, 变截面管流等。 主要内容包括: 气体流动的基本方程, 变截面管流等。
第1.1节 基本概念 1.1节
分类
闭口系－ 闭口系－热力系与外界无质量交换 开口系－ 开口系－热力系与外界有质量交换 绝热系－ 绝热系－热力系与外界无热量交换 孤立系－ 孤立系－热力系与外界既无质量的交换也无能量的交换 简单热力系－ 简单热力系－热力系与外界只交换热量和一种模式功量 简单可压系－ 简单可压系－由可压缩流体构成的简单热力系
引起耗散的因素有摩擦，电阻，磁滞，非弹性变形等 引起耗散的因素有摩擦，电阻，磁滞，
补充： 补充：热工气动知识
工程热力学
是研究能量及其转换的科学
主要内容包括: 热力学第一定律和热力学第二定律; 主要内容包括: 热力学第一定律和热力学第二定律; 工质 的热力性质和热力过程等 热力学第一定律：在热能和机械能（ 热力学第一定律：在热能和机械能（功）的相互转换过 程中, 程中, 能量的总和保持不变 热力学第二定律： 热力学第二定律：一切实际的宏观热力过程都具有方向 性、不可逆性
1.1.4 热力过程和热力循环
热力系从一个平衡态向另一个平衡态变化时所经历 的全部状态的总和称为热力过程 热力过程按其性质分为
准静态过程
气动基础知识讲课教案
第二章 气动基础知识2.1 气动技术常用单位换算各换算关系入表2.1所示：表2－1 单位换算表一、长度（Length ）cm m in ft 1 0.01 0.39370.0328 100 1 39.3713.2809 2.54 0.0254 1 0.0833 30.48 0.3048 12 1 二、质量(Mass)kg lb1 2.20.4536 1三、面积（Area ） cm 2 m 2 in 2 ft 2 1 0.01 0.15500.001076 四、重量或力(Force) Kgf（千克力） Kp （千克力） N(Newton) lbf （磅-力）1 1 9.812.2 五、压力(Pressure) kg ／cm 2 atm lb/in 2(psi) bar MPa(N/m 2) l 0.9678 14.2230.9807 0.09807六 、流量(Flow) m 3／hr Ft 3/hr l ／Min 1 35.317 16.6667七、体积(Volume)m 3 dm 3或l ft 3 1 1000 35.317 0.0283228.315l2.2 气动技术常用公式：一、基本单位：长度l:m ，质量m ：kg ，时间t ：S ，体积：m 3或l 一、基本公式：（一） 力(Force): a m F ⋅= （2s m kg N ⋅=）； 牛顿定律 （二） 重量(weight)：g m G ⋅= （2smkg N ⋅=）；（三） 压力：A F P =(2mN Pa =)； 1Pa=10-5bar 上式为巴斯卡原理(Pascal ’s theory)（四） 波义尔定律：见图2.1（说明压力与体积成反比）2211V P V P =（五） 查理定律（charle ’s Law ）：图2.1波义尔定律222111T V P T V P = 说明压力与体积的变 化与温度成正比。
（六） 流量公式：V A Q ⋅= （smm s m ⋅=23）说明了流量为管路截面积与流速之乘积，见图2.2。
《气动基础知识》课件
《气动基础知识》课件一、教学内容本节课主要围绕《气动基础知识》教材的第一章“气动系统概述”进行展开。
详细内容包括气动系统的基本组成、工作原理、气动元件的功能及分类等。
具体章节为1.1节“气动系统简介”，1.2节“气动系统的基本组成”及1.3节“气动元件的分类及功能”。
二、教学目标1. 了解气动系统的基本组成，掌握气动系统的工作原理。
2. 掌握气动元件的分类及功能，能够正确区分和应用各种气动元件。
3. 能够分析并解决简单的气动系统故障。
三、教学难点与重点教学难点：气动元件的分类及功能，气动系统的故障分析。
教学重点：气动系统的基本组成，气动系统的工作原理。
四、教具与学具准备1. 教具：气动系统演示模型、PPT课件、视频资料。
2. 学具：气动元件实物、气动系统图解、练习题。
五、教学过程1. 实践情景引入：通过展示气动系统演示模型，让学生直观地了解气动系统的实际应用，激发学习兴趣。
2. 理论讲解：1) 介绍气动系统的基本组成，解释工作原理。
2) 讲解气动元件的分类及功能，结合实物进行展示。
3. 例题讲解：分析一个简单的气动系统故障，引导学生运用所学知识解决问题。
4. 随堂练习：分发练习题，让学生现场解答，巩固所学知识。
六、板书设计1. 气动系统的基本组成2. 气动系统的工作原理3. 气动元件的分类及功能4. 气动系统故障分析及解决方法七、作业设计1. 作业题目：1) 列出气动系统的基本组成，并简述其工作原理。
2) 画出气动元件的分类图，并说明各类型元件的功能。
2. 答案：1) 气动系统的基本组成为：气源装置、执行元件、控制元件、辅助元件。
2) 气动元件分类图略。
3) 故障分析及解决方法略。
八、课后反思及拓展延伸1. 反思：本节课学生对气动系统的基本概念和组成有了较为清晰的认识，但对气动元件的分类及功能掌握不够扎实，需要在下节课进行巩固。
2. 拓展延伸：引导学生了解气动系统在现代工业中的应用，探索气动技术的前沿发展。
预备知识气动热力基础
对1kg静止气体 de du cvdT
dW pdv
解析式： dq du pdv
对气体的加热转换为气 体内能变化并对外做功
q cv
T2 dT
T1
v2 pdv
v1
q cv (T2 T1)
v2 pdv
v1
q u2 u1
v2 pdv
v1
对于静止气体
二、气体的熵
抽象的热力学参数
定义：ds dq T
因为熵增只取决于 始点和终点的 状态参数
熵也是状态量
ds du pdv dh vdp cpdT vdp
T
T
T
ds
cp
dT T
R
dp p
s
c
p
ln(T2 T1
)
R
ln(
p2 p1
)
温熵图(T-S)
T
各种热力过程均可以 描述在T－S图上
预备知识 气动热力学基础
工程热力学
研究工质的性质、能量守恒与转换规律 在遵循这些规律的条件下，如何才能使热机
将热能以最大可能、最经济地转换为机械能
气体动力学
研究对象为气体 研究气体在各种装置内流动中所遵循的规律
第一节 热力学第一定律
一、气体的状态参数
气体是由大量杂乱无章运动着的气体分子组成 研究气体性质时，将气体作为宏观物体 在燃气轮机的工作过程中
1
面积a21ba
W a
1
bv
静止气体绝熱压缩功（或绝热膨胀功）
2
W pdv u
1
u
Cv (T2
大学物理02气动2
vx vx Δvx
x x Δx
在速度间隔 vy vy Δvy 空间间隔 y y Δy
vz vz Δvz
z z Δz
内的分子数为
N
n0
(
m 2πkT
)3/
2
eE
/
kT Δvx Δv yΔvz ΔxΔyΔz
n0
(
m 2πkT
)3/
2
e( Ek
Ep
)/
kT
ΔvxΔvyΔvzΔxΔyΔz
混乱性和无序性
令间隔 h0 , fi f (h)
f(h)
分布函数 f (h) ，分布曲线
归一化分布函数 f (h) 满足
f (h)dh 1
0
O
dh
h
身高在h~h+dh 范围内的人数dN= N f (h)dh
平均身高 h
h dN i
i
1
hNf (h)dh hf (h)dh
N
N0
0
可将h 推广为任意物理量,例如理想气体系统中分子的速
率v.速率为v ~ v +d v间隔内的分子数为dN
dN f (v)dv N
归一化条件 f (v)dv 1
f(v)速率的分布函数(曲线）
0
伽尔顿板实验
粒子落入其中一 格是一个偶然事件， 大量粒子在空间的 分布服从统计规律。
.......................................................................................................................................
A d d d
02-大气热力学
热力学第一定律 ：也叫能量不灭原理，就是能量守恒定 律。 定义自然界一切物体都具有能量，能量有各种不同形式， 它能从一种形式转化为另一种形式，从一个物体传递给另 一个物体，在转化和传递过程中能量的总和不变。
三、热流量方程
常温常压下空气块可看作理想气体，对于 单位质量的空气块，根据焦耳内能定律， 有
s1dT 1dp s2dT 2dp
21
即
dp s2 s1 (6.1.38) dT 2 1
应用化学势的定义式（6.1.35），由相变平 衡条件，可得
1 p1 s1T 2 p2 s2T
22
于是有
( 2 p 2 ) (1 p1 ) h2 h1 L s2 s1 T T T
41
dp L 在克拉柏龙－克劳修斯方程 dT T ( 2 1 )
中以e、Td、Lv分别代替p、T、L， 且考虑到α2>>α1
Lv Lv eLv de (6.2.18) 2 dTd Td 2 T RvTd RvTd d e
1000 T p
在精度要求不高的计算中常用kd代k计算θ
35
2、θ的守恒性
（
6.2.8）两边取对数然后微分，可得
d
dT dp (6.2.12) T p
对热流量方程 除以cpT, 有
RmT dQ c p dT dp 两边同 p
36
dQ dT Rm dp c pT T c p p
外界对系统的作用力保持平衡。
p pe
P 代表系统内部压强，Pe代表外界压强
３、气块（微团）模型
１）定义：是指宏观上足够小而微观上又大 到含有大量分子的封闭空气团，其内部可包 含水汽、液态水或固态水。
热力学基本概念
24
第一节 热力学基本概念
三. 状态参数的特性：
状态参数都是宏观的物理量。
状态参数是热力系统的单值函数，其值只取 决于初终态，与过程无关。
四. 平衡状态
如果在不受外界影响的条件下，系统的状 态能够始终保持不变,则系统的这种状态称为平 衡状态。
25
第一节 热力学基本概念
实现平衡的充要条件： 系统内部及系统与外界之间的一切不 平衡势差（力差、温差、化学势差）消 失 是系统实现热力平衡状态的充要条件。
能
温 差 发 电
磁 流 体 发 电
二 次 能 源
机
发 电 机
械 能
热 用 户
电
能
14
第一节 热力学基本概念 热能转换装置的工作过程
热 机 热能 ( 转换装置 ) 机械能
15
第一节 热力学基本概念
蒸汽机示意图
冷凝器 汽缸活 塞 曲柄连杆
锅炉
曲轴箱 泵
16
第一节 热力学基本概念
燃 气 轮 机 装 置 系统 简 图
1J 1Nm
功率：单位时间内完成的功，单位：W（瓦）
51
第一节 热力学基本概念
有关功的说明
功的数值不仅决定于工质的初、终态，而且还和过 程的中间途径有关，因此功不是状态参数，是过程量。 微元过程作出过程量用表示，如微功量用w（状 态参数为微增量，用d表示，如dp 、 dv 、 dT）。
膨胀功、压缩功均是通过工质体积变化与外界交换 的功，统称为体积变化功。体积变化功只与气体的压力 及体积的变化量有关，与形状无关。
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第一节 热力学基本概念
热力平衡状态满足： 热平衡：组成热力系统的各部分之间没有热量的 传递。 力平衡：组成热力系统的各部分之间没有相对位 移。 自然界的物质实际上都处于非平衡状态， 平衡只是一种极限的理想状态。工程热力学通 常只研究平衡状态。
气动基础知识培训课件
气动基础知识培训课件一、教学内容本课件基于《流体力学与气动基础》教材，主要涉及第三章“流体力学基础”和第四章“气动基础”的内容。
详细内容包括：流体的性质与分类，流体静力学，流体动力学基本方程，流体阻力和升力，气动元件的工作原理及运用等。
二、教学目标1. 掌握流体力学和气动基础的基本概念和原理。
2. 学会分析流体力学和气动元件在实际应用中的问题，并能够提出解决方案。
3. 培养学生的动手能力和实际操作技能，提高解决实际问题的能力。
三、教学难点与重点难点：流体动力学基本方程的理解和应用，气动元件的工作原理及其在实际应用中的选用。
重点：流体静力学，流体阻力和升力，气动元件的分类及功能。
四、教具与学具准备1. 教具：气动基础知识PPT，流体力学和气动元件实物模型。
2. 学具：笔记本电脑，学习手册，气动元件实操工具。
五、教学过程1. 实践情景引入（5分钟）：通过展示气动元件在实际应用中的视频，让学生了解气动技术的应用场景。
2. 理论讲解（10分钟）：讲解流体力学基础和气动基础知识，引导学生关注教学难点和重点。
3. 例题讲解（15分钟）：针对教学难点，通过例题讲解，使学生加深对流体动力学基本方程和气动元件工作原理的理解。
4. 随堂练习（10分钟）：布置相关练习题，让学生巩固所学知识。
5. 实操演练（15分钟）：分组进行气动元件的安装和调试，培养学生的动手能力。
六、板书设计1. 流体力学基础：流体的性质与分类，流体静力学，流体动力学基本方程。
2. 气动基础：流体阻力和升力，气动元件工作原理，气动元件分类及功能。
七、作业设计1. 作业题目：（1）简述流体的性质与分类。
（2）计算流体阻力和升力。
（3）论述气动元件的工作原理及其在实际应用中的选用。
2. 答案：（1）流体的性质与分类：流体具有无固定形状、可压缩性、粘性等特点。
根据流体的物理性质，可分为气体、液体和塑性流体。
（2）流体阻力和升力：根据流体动力学基本方程，计算物体在流体中受到的阻力和升力。
气动基础知识培训 ppt课件
• 设有缓冲装置的气缸，称缓冲气缸；否则，就是无缓冲气缸。无缓冲气缸适用于微型气 缸、小型单作用气缸和短行程气缸。
• 气缸的缓冲可分为弹性垫缓冲(一般为固定的)和气垫缓冲(一般为可调的)。弹性垫缓冲是 在活塞两侧设置橡胶垫,或者在两端缸盖上设置橡胶垫,吸收动能,常用于缸径小于25mm的 气缸。气垫缓冲是利用活塞在行程终端前封闭的缓冲腔室所形成的气垫作用来吸收动能 的,适用于大多数气缸的缓冲。
是压力损失）
• 设备厂家一般要求空气压力为大于0.5Mpa • 所以我们设备入口压力需要调整到0.55—0.65Mpa之间
气动基础知识培训
气动基础知识培训
气动基础知识培训
气动基础知识培训
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气动基础知识培训
气动基础知识培训
单向阀是流体只能沿进水口流动，出水口介质却无法回流，俗称单向阀。 单向阀又称止回阀或逆止阀。用于液压系统中防止油流反向流动,或者用 于气动系统中防止压缩空气逆向流动。单向阀有直通式和直角式两种。 直通式单向阀用螺纹连接安装在管路上。直角式单向阀有螺纹连接、板 式连接和法兰连接三种形式。
3.维修气缸结束后，应先检查身体任何部位未置于其行程范围内并 清除工具等杂物，方可接通气源试运行。接通气源时，应先缓慢通 入部分气体，使气缸缓慢充气运行到原始位置再完全接通气源；
4.手动运行几次直至气缸运行平稳。
气动基础知识培训
• 一.气源处理部分：
气动基础知识培训
• 一.气源处理部分
气动基础知识培训
• 与机械、液压、电气相比，气动技术也具有一定的缺 点
大气热力学基础
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4.1.2 热力学基本定律
热力学方程
将热力学第二定律δQ=TdS代入热力学第一定律中， 得热力学方程
dU=TdS－pdV
Page 12
4.1.2 热力学基本定律
热力学函数 热力学函数焓 对于封闭系，且只做体胀功的可逆过程来说， dH=TdS+Vdp 由上式可知，等焓条件是dS=0和dp=0，即等压绝热过程。 吉布斯函数
δQ=m(dh－αdp)
Page 8
4.1.2 热力学基本定律
若以Cp表示等压过程的比热容，则有
δQ=mcpdT
又由上式可知，等压过程 则
δQ=mdh dh=cpdT
同理，若以Cv表示等容过程的比热容，则有
δQ=mcvdT
又由上式可知，等容过程 则
δQ=mdu du= cvdT
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Page 3
4.1.1 基本概念
热力学过程
准静态过程：一个系统在外界影响下所经历的过程中任一状态都是平 衡态。准静力条件：p = pe 绝热过程：气块与气层热量隔绝，不交换热量，只通过做功方式交换 能量，使系统状态发生改变的过程。绝热过程必是无质量交换过程。 可逆过程：过程的每一步向相反方向进行时都能恢复原状态，而且不 影响外界任何变化的过程。如果同时满足定质量、无摩擦、准静态三个 条件必是可逆过程。
Page 20
4.1.3热力学定律应用于空气系统
含有液态水的饱和湿空气块是一个二元多相系统，在云团内云滴和雨 滴的形成过程也是二元多相过程，若是液汽共存的纯水系统，由上式可 得汽化潜热 lv为
lv=hv－hl
同样，固汽共存的纯水系统，由上式可得升华潜热 li
li=hv－hi
叶轮机械原理讲义2气动热力学基础
（1）、给气流加入功叶栅中的气流动能必然发生 变化，也就是加工量体现在气流动能的变化上。 （2）三项的意义分别是：相对动能的变化量（动 叶静压的升高）、绝对动能的变化量（为静叶静压 升高做准备）、离心力做的功。
（1）、式中 Cu 和 Wu常称为扭速，计算所得的 比功Lu常称为理论功或理论加功量。 （2）该式清楚池表明：基元级中加给气体的理 论功与动叶栅的圆周速度和气流流过叶栅时的扭速 成正比。 （3）在国际单位制，轮缘功的单位是J／kg
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第三章轴流压气机基元级理论
2、欧拉方程第二表达式：
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第三章轴流压气机基元级理论
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第三章轴流压气机基元级理论
总结 1、压气机的压缩过程 2、基元级的概念 3、速度三角形的组成及参数
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第三章 轴流压气机工作原理
叶轮机械原理——
第三章 轴流压气机工作原理
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第三章轴流压气机的工作原理
压缩过程的热力学图示表征
T-S图
h-S图
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第三章轴流压气机的工作原理
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第三章轴流压气机的工作原理
滞止等熵效率Isentropic efficiency
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第二章 叶片机中的气动热力学基础
热力学第一定律方程：
上述方程是对气体微团建立，在叶栅中气体微团从1 截面运动到2截面相应的状态参数从1变化到2：
注：状态参数变化与 坐标系无关，流体微 团与外界能量交换可 等效为热量交换。
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第二章 叶片机中的气动热力学基础
第二章大气热力学基础
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3、应用
1）可用于追溯气块或气流的源地以及研 究它们以后的演变
2）用于判断气层静力稳定度
四、成位都信温息垂工程直学梯院度 Chengdu University of Information Technology （2.21）式两边取对数再对z求导，得 1 ⋅ ∂θ = 1 ⋅ ∂T −κ ⋅ 1 ⋅ ∂p θ ∂z T ∂z p ∂z 利用准静力条件，周围大气静力平衡， 周围大气状态方程，上式化为
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（2.23）
对热流量方程
dQ
=
cpdT
−
RmT p
dp
两边同除以cpT, 则有
dQ = dT − Rm ⋅ dp cpT T cp p
比较上两式，可得
（2.24）
因为在干绝热过程中， dQ=0, 所以dθ=0，即干绝热过程中位 温θ是守恒量。
第二节 干空气与未饱和湿
空气的绝热过程
• 为了研究方便，对于作垂直运动的气块作如下 假定：
• 1．气块与外界始终不发生热量变 换，也不发生质量交换，即垂直运动 过程中其温度作绝热变化。称为绝热 条件。
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∴近似为 dT ≈ − g ⋅ dz c pd
∴Γd
= − dT dz
≈
g cpd
= 9.8/1004 ≈ 0.98K /100m
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三、位温 Chengdu University of Information Technology
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作用是吸收和排除压缩空气中的水分，油分和杂质，使 湿空气变成干空气的装置。从空压机输出的压缩空气经 冷却器、除油器、储气罐的初步净化处理后已能满足一 般气动系统的使用要求。但对于一些精密机械、仪表装 置还不能满足要求，为了防止初步净化后的气体中所含 的水分对精密机械、仪表产生锈蚀，需要进一步干燥和 再精过滤。主要形式分两种：冷冻式干燥器；吸附式干 燥器
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气动系统的维护和故障处理
通过拧减压阀的旋转手柄,检查压力可否调节。 当系统压力为零时,观察压力表的指针能否回零. 空压机入口过滤网眼有否堵塞. 观察各处压力表指示值是否在规定范围内. 电磁阀应查电磁线圈的温升,查阀的切换动作，让电磁换向阀反复切换, 从切换声音可判断阀的工作是否正常.对交流电磁阀,如有蜂鸣声,应考虑 动铁芯与静铁芯没离完全吸合,吸合面有灰尘,分磁环脱落或损坏等. 各种行程开关，限位开关能否正常接通与断开.
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气动辅助元件
• 油雾器
气动传动中的各种阀和气缸一般 都需要润滑，油雾器是一种特殊 的注油装置，它以压缩空气为动 力，将润滑油喷射成雾状并混合 于压缩空气中，随着压缩空气的 进入需要润滑的部位，达到润滑 的目的。
• 消音器
气动装置的噪音一般比较大，尤 其当压缩气体直接从气缸或换向 阀排向大气时，由于阀内的气路 复杂且又狭窄，压缩气体以接近 声速（340 m/s)的流速从排气孔排向大气， 较高的压差使气体体积急剧膨胀， 产生涡流，引起气体的振动，发 出强烈噪音，一般可达 100~120dB，严重危害人的健康。
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气动系统的维护和故障处理
每月或每季度的维护工作的主要内容: 仔细检查各处泄漏情况, 紧固松动的螺钉和管接头, 检查换向阀排出空气的质量,检查各调节部分的灵活性, 检查各指示仪表的正确性,检查电磁换向阀切换动作的可靠性, 检查气缸活塞杆的质量以及一切从外部能够检查的内容, 看元件如自动排水阀能否自动排水,手动操作装置能否正常动作, 查气缸运动是否平稳,速度及循环周期有否明显变化, 气缸安装架有否松动和异常变形,活塞杆连接有无松动, 活塞杆表面有无锈器蚀、划伤和偏磨的情况, 压缩空气的处理质量,气缸是否存在横向负载等.
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等熵压缩功 实际压缩功
滞止等熵效率计算式
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第三章轴流压气机的工作原理
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第三章轴流压气机的工作原理
结构参数 1、外径 2、轮毂直径（内径） 3、轮毂比 4、径向间隙 5、轴向间隙
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第三章轴流压气机的工作原理
级的参数变化及热力过程焓熵图
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第三章轴流压气机的工作原理
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第三章轴流压气机基元级理论
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第三章轴流压气机基元级理论
总结 1、压气机的压缩过程 2、基元级的概念 3、速度三角形的组成及参数
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第三章轴流压气机基元级理论
反动度定义：
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第三章轴流压气机基元级理论
现在航空发动机反动度0.5~0.7
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第三章轴流压气机基元级理论
运动反动度的定义： 由机械能形式的能量守恒方程有：
由静叶能量守恒方程有：
3
dp
2
2 2 c3 c2 0 2
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第三章轴流压气机基元级理论
反动度的表达式可写为：
2 2 2 w12 w2 w12 w2 w12 w2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 c2 c3 w1 w2 c2 c12 w12 w2 u (c2u c1u ) 2 2 2 2
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第二章 叶片机中的气动热力学基础
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第二章 叶片机中的气动热力学基础
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第二章 叶片机中的气动热力学基础
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第二章 叶片机中的气动热力学基础
动量矩方程：
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第二章 叶片机中的气动热力学基础
第三章轴流压气机基元级理论
基元级速度三角形及主要参数
速度三角形（velocity triangles）的组成
C W U
C: 绝对速度 W：相对速度 U：牵连速度
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第三章轴流压气机的工作原理
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第三章轴流压气机基元级理论
决定速度三角形的主要参数 1、进口轴向分速度C1a 2、进口切向分速度C1u 3、圆周速度U
2 2 W12 W22 C2 C12 U 2 U12 Lu 2 2 2
（1）、给气流加入功叶栅中的气流动能必然发生 变化，也就是加工量体现在气流动能的变化上。 （2）三项的意义分别是：相对动能的变化量（动 叶静压的升高）、绝对动能的变化量（为静叶静压 升高做准备）、离心力做的功。
在单位时间内流过dA的气流质量为：
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第二章 叶片机中的气动热力学基础
用滞止参数及流量函数表示连续方程：
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第二章 叶片机中的气动热力学基础
如果假定过流断面参数均匀（对轴流式流体机械 来说既径向参数均匀）：
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第二章 叶片机中的气动热力学基础
二、能量守恒方程
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第二章 叶片机中的气动热力学基础
在气体动力学和工程热力学中已 介绍过描述气体运动的基本方程:连续 方程、能量方程、热力学第一定律方 程、动量方程和动量矩方程。
本章重点介绍上述方程在叶轮机 械中的应用。
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第二章 叶片机中的气动热力学基础
一、连续方程
在dt时间内流过面积dA的气体质量dm为：
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第二章 叶片机中的气动热力学基础
叶轮机械中气体流动过程分析 一、轴流压气机和轴流涡轮的结构特点
轴流压气机
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第二章 叶片机中的气动热力学基础
结构特点： 1、在轴向，静叶与动叶交 错排列。 2、在周向，几何参数相同 的叶片均匀排列。 3、存在轴向间隙。 4、存在径向间隙。
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第二章 叶片机中的气动热力学基础
叶栅流动的简化：
假设流动是定常的； 假设流动是轴对称的； 假定粘性作用主要在边界层中。
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第二章 叶片机中的气动热力学基础
§2.2 一维定常流动的基本方程
一维流动分析的作用： 1、初始阶段设计方案分析及设计参数 优化； 2、初步确定流道形状、叶片数、级数 各截面特征参数。
4、扭速△WU （△CU）
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第三章轴流压气机基元级理论
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第三章轴流压气机基元级理论
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第三章轴流压气机基元级理论
基元级轮缘功（理论功、轮周功）
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第三章轴流压气机基元级理论
轮缘功的表达式： 1、欧拉方程第一表达式：
Lu U (C2u C1u ) UCu
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第二章 叶片机中的气动热力学基础
热力学第一定律方程：
上述方程是对气体微团建立，在叶栅中气体微团从1 截面运动到2截面相应的状态参数从1变化到2：
注：状态参数变化与 坐标系无关，流体微 团与外界能量交换可 等效为热量交换。
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第二章 叶片机中的气动热力学基础
机械能形式的能量守恒方程：
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第二章 叶片机中的气动热力学基础
叶片机中的气体流动的三维特性 1、叶片机中的气体流动的三维速度分布
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第二章 叶片机中的气动热力学基础
二、叶片机中的气体流动的三维特性 2、叶片机中的气体流动特性
1、轴向速度变化。 2、周向速度变化。 3、径向速度变化。 4、粘性对速度的影 响。 5、可压缩性。 6、非定常流动。
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第三章轴流压气机基元级理论
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基元级中静叶作用
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基元级反动度： 气流流过基元级时动叶、静叶都对气流 有增压作用，总的静压升高确定后静压升高 在动叶和静叶的分配对基元级的加功量和效 率有较大影响。
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第三章轴流压气机的工作原理
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平面基元级
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第三章轴流压气机的工作原理
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基元级的局限性： 1、无法考虑端部损失；
2、径向参数的不均匀性；
3、多级匹配问题； 4、周向参数不均匀的问题
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（1）、式中 Cu 和 Wu常称为扭速，计算所得的 比功Lu常称为理论功或理论加功量。 （2）该式清楚池表明：基元级中加给气体的理 论功与动叶栅的圆周速度和气流流过叶栅时的扭速 成正比。 （3）在国际单位制，轮缘功的单位是J／kg
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第三章轴流压气机基元级理论
2、欧拉方程第二表达式：
目的是反映机械能（动能与压力势能）的变化，以 及流动损失对机械能变化的影响。 通过状态参数变化也能反映非绝热过程影响。
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第二章 叶片机中的气动热力学基础
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第二章 叶片机中的气动热力学基础
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第二章 叶片机中的气动热力学基础
机械能形式的能量守恒方 程没有显式地反映气体与外 界热量交换的情况，但对与 外界有或无热量交换的流动 过程都是适用的。气体与外 界的热量交换对压缩功或膨 胀功项有影响，进而会影响 到气体绝对和相对动能变化 量的大小。
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第三章 轴流压气机工作原理
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第三章 轴流压气机工作原理
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第三章轴流压气机的工作原理
压缩过程的热力学图示表征
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h-S图
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第三章轴流压气机的工作原理
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滞止等熵效率Isentropic efficiency
上图给出的流管中取控制体(即开口系统)1122中的气体为 研究对，导出一维定常流的能量方程式。
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章 叶片机中的气动热力学基础
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第二章 叶片机中的气动热力学基础
注：非惯性坐标系下必须考虑所有惯性力做功，惯性力包括 离心力和哥氏力。哥氏力与相对运动速度垂直不做功。